一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统及方法

本发明涉及地铁车辆设备数字化及人工智能化，具体地，涉及一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统及方法。

背景技术：

1、随着城市轨道交通行业需要向数字化、人工智能化发展，以适应现有超大规模交通网络体系的运维管理，确保列车运行安全。地铁在运行过程中车厢相对封闭、狭小且人口密度较高，地铁空调系统可以有效保持车厢环境的适宜性。地铁车辆空调控制系统是地铁空调系统的核心部件，同时也是确保地铁车辆车厢环境舒适性的关键设备，其服役性能的好坏不仅会直接影响到乘客乘坐舒适性体验，也会影响车厢室内的空气质量甚至影响乘客的健康。

2、现有的地铁车辆空调控制系统，以上海地铁为例，其控制过程是以单片机或plc为主控芯片的控制器，通过利用热敏电阻采集空调系统的新风、送风及回风处的温度值，并以新风温度(环境温度)为参照点设定空调控制系统的目标温度值，利用pid调控方式，将回风温度值与目标温度值的差值来调控送风温度，最终实现将车厢温度的调节到目标温度。然而，目前现有的地铁车辆空调控制系统存在较为明显的缺陷，主要表现为：1、空调控制系统的温度调控过程均是以自身传感器所采集到的温度信息为基础进行调控，缺乏对其他车厢温度的感知，各控制系统之间存在数据信息阻塞问题，造成各车厢的温度调控差异较大；2、空调控制系统以功能性调控为目标，缺乏对自身健康状态判断和识别，造成各车厢控制器的调控性能差异较大。因此，随着使用年限的增加，各车厢空调控制系统存在性能状态不一的问题，使得部分车厢温度过冷、过热，已经成为地铁运营中的主要投诉点之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统及方法，具有控制鲁棒性强、可靠性高和一致性好的优点。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，包括控制单元、执行装置、传感检测装置以及数字融合推理单元，所述执行装置包括压缩机、冷凝器和供风机，所述压缩机、冷凝器和供风机通过控制总线与控制单元相连，用于执行控制单元命令，完成对空调系统的调温，所述传感检测装置包括回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器，所述回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器与控制单元相连，用于给控制单元提供感知信号，所述数字融合推理单元与所述控制单元相连，数字融合推理单元根据获取的其他车厢控制系统的状态信息和控制单元的数字信息给出控制指令给控制单元。

4、优选地，所述控制单元、执行装置、传感检测装置和数字融合推理单元作为空调控制子节点，每节车厢对应一个空调控制子节点，可以根据列车的编组数量，通过多个空调控制子节点组合方式，实现列车级地铁车辆系统的控制。

5、优选地，所述传感检测装置的回风温度传感器用于检测回风温度t_ri，新风温度传感器用于检测新风温度t_fi，送风温度传感器用于检测供风温度t_si，所述控制单元通过数字信号获取传感检测装置的回风温度、新风温度和供风温度来计算目标温度值t_mi。

6、优选地，所述控制单元的目标温度t_mi通过pid差值调控公式进行控制，所述目标温度t_mi为：

7、t_mi＝t_refi+ai·(t_fi+bi)/ci+offset

8、其中，t_refi为基准温度，t_fi为新风温度，offset为空调控制子节点偏移量，ai为温度比例系数，bi为温度系数，ci为比例系数。

9、优选地，所述基准温度t_refi的取值为：

10、

11、所述温度比例系数ai的取值为：

12、

13、所述温度系数bi的取值为：

14、

15、所述比例系数ci的取值为：

16、

17、空调控制子节点偏移量offset的取值范围为：-4℃＜offset＜4℃。

18、优选地，所述数字融合推理单元通过串口获取控制单元的数字信息，获得控制单元的剩余使用寿命诊断模型为：

19、其中lr为控制板使用剩余寿命，ld为控制板设计寿命；lu为控制板实际使用年限；lk为控制板的动态调整寿命；为动态调整范围；为系统的固有可用性，即理想情况下的可用性；ro为系统的运营可用性，即实际运行状态下的可用性；表示线路上的所有控制板的平均无故障间隔时间；表示线路上的所有控制板的平均校正性维修时间。

20、优选地，通过检测回风温度t_ri与新风温度t_fi温度偏差值δti，获取目标温度值t_mi以及自身健康状态信息lr计算供风温度t_si的公式为：

21、t_si＝t_mi+βiδti+ωi∫δti+μilr

22、其中，δti为回风温度与新风温度的温度偏差值，βi为温度偏差系数，ωi为积分系数，μi为性能系数。

23、优选地，所述的温度偏差系数βi的取值为：

24、

25、积分系数ωi的取值为：

26、

27、性能系数μi的取值为：

28、

29、进一步地，本发明还提供一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制方法，包括以下步骤：

30、在现有地铁车辆空调控制系统中，增设一与空调控制系统的控制单元电性连接的数字融合推理单元；

31、所述数字融合推理单元将获取的控制单元的自身健康状态信息和其他车厢控制系统的状态信息反馈给控制单元；

32、控制单元根据传感检测的温度信息和数字融合推理单元获取的信息进行车辆温度调控。

33、优选地，所述数字融合推理单元一方面通过射频无线网络感知其他车厢控制系统的状态信息，另一方面通过串口获取控制单元的自身健康状态信息，并给出控制指令给所述控制单元。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

35、1、本发明控制鲁棒性强：控制单元、数字融合推理单元联合用于空调系统状态识别及控制，一方面数字融合推理单元通过射频无线网络感知其他车厢控制系统的状态信息，另一方面通过串口获取控制单元数字信息，即使在不确定的干扰下，也可以给出控制指令。

36、2、本发明控制可靠性高：该控制系统融合自身状态信息，可以实现自身健康状态的判断和识别，提高了控制器调控性能的可靠性。

37、3、本发明控制一致性好：使用数字融合推理单元可以实现各车厢数字信息互联互通，可以有效解决各车厢温度调控差异较大的问题，实现调温一致。

技术特征：

1.一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述系统包括控制单元、执行装置、传感检测装置以及数字融合推理单元，所述执行装置包括压缩机、冷凝器和供风机，所述压缩机、冷凝器和供风机通过控制总线与控制单元相连，用于执行控制单元命令，完成对空调系统的调温，所述传感检测装置包括回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器，所述回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器与控制单元相连，用于给控制单元提供感知信号，所述数字融合推理单元与所述控制单元相连，数字融合推理单元根据获取的其他车厢控制系统的状态信息和控制单元的数字信息给出控制指令给控制单元。

2.根据权利要求1所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述控制单元、执行装置、传感检测装置和数字融合推理单元作为空调控制子节点，每节车厢对应一个空调控制子节点，可以根据列车的编组数量，通过多个空调控制子节点组合方式，实现列车级地铁车辆系统的控制。

3.根据权利要求1所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述传感检测装置的回风温度传感器用于检测回风温度t_ri，新风温度传感器用于检测新风温度t_fi，送风温度传感器用于检测供风温度t_si，所述控制单元通过数字信号获取传感检测装置的回风温度、新风温度和供风温度来计算目标温度值t_mi。

4.根据权利要求3所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述控制单元的目标温度t_mi通过pid差值调控公式进行控制，所述目标温度t_mi为：

5.根据权利要求4所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述基准温度t_refi的取值为：

6.根据权利要求1所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述数字融合推理单元通过串口获取控制单元的数字信息，获得控制单元的剩余使用寿命诊断模型为：其中lr为控制板使用剩余寿命，ld为控制板设计寿命；lu为控制板实际使用年限；lk为控制板的动态调整寿命；atk为动态调整范围；为系统的固有可用性，即理想情况下的可用性；ro为系统的运营可用性，即实际运行状态下的可用性；表示线路上的所有控制板的平均无故障间隔时间；表示线路上的所有控制板的平均校正性维修时间。

7.根据权利要求6所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，通过检测回风温度t_ri与新风温度t_fi温度偏差值δti，获取目标温度值t_mi以及自身健康状态信息lr计算供风温度t_si的公式为：

8.根据权利要求7所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统，其特征在于，所述的温度偏差系数βi的取值为：

9.一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的基于数字融合推理的地铁车辆空调控制方法，其特征在于，所述数字融合推理单元一方面通过射频无线网络感知其他车厢控制系统的状态信息，另一方面通过串口获取控制单元的自身健康状态信息，并给出控制指令给所述控制单元。

技术总结本发明提供了一种基于数字融合推理的地铁车辆空调控制系统及方法，所述系统包括控制单元、执行装置、传感检测装置以及数字融合推理单元，所述执行装置包括压缩机、冷凝器和供风机，所述压缩机、冷凝器和供风机通过控制总线与控制单元相连，用于执行控制单元命令，完成对空调系统的调温，所述传感检测装置包括回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器，所述回风温度传感器、新风温度传感器和送风温度传感器与控制单元相连，用于给控制单元提供感知信号，所述数字融合推理单元与所述控制单元相连，数字融合推理单元根据获取的其他车厢控制系统的状态信息和控制单元的数字信息给出控制指令给控制单元。技术研发人员：彭乐乐,范菁华,彭佳雯,沈辉煌,郑树彬,陈玉洁,李立明受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9