基于模型预测控制与货物核心温度基准的冷藏公路运输节能研究

《Translational Food Sciences》：Energy-efficient dynamic temperature control for frozen plant-based food transport using model predictive control

　　

摘要

冷藏公路运输能耗巨大，因为传统控制器以被动方式调节舱内空气温度，而货物本身的温度变化缓慢。本研究利用一辆运送冷冻植物基食品的半挂汽车模拟模型，探讨了将控制基准从空气温度转向货物核心温度的潜在节能效果。控制器采用双节点热模型，同时跟踪快速空气动态和缓慢的货物热响应，并利用压缩机效率图优化制冷决策，使其在高性能系数时段运行。收缩式预测时域与剩余运输时间相匹配，双层惩罚机制确保冷冻产品温度边界。在10小时运输路线的模拟实验中，包含开门扰动和环境温度变化的情况下，MPC将能耗从28.6 kWh降至22.6 kWh，节能21.1%，同时保持模拟货物温度低于-18°C。节能来源于三个控制阶段：定时开门前的预冷、高温低效时段的滑行以及环境温度改善后的恢复。