随着我国交通运输网的高速发展,公路隧道的数量和规模都在不断地增加。对于长度大于10公里的特长公路隧道,为保障公路隧道的运营安全,需设置洞内值班室。洞内值班室环境较为封闭,室内空气污染严重,恶劣的工作环境将严重危害值班室救援人员的人身安全,从而威胁到隧道运营安全。本论文分析了特长公路隧道洞内值班室空气流动特性,结合值班室内污染物检测结果,针对性地提出了一种适用于公路隧道洞内值班室环境改善的空气净化系统。该系统在结构上分为三部分:室外净化过滤机组、室外富氧机组和室内循环机组。为了提高空气净化系统的净化效率,同时给出了三种系统工作模式:室内工作模式、室外工作模式、混合工作模式。区别于传统空气净化系统,本系统不仅可有效净化粉尘、颗粒物等污染物,对于隧道中CO消除及汽车尾气中的污染物净化,可完全满足救援人员室内24小时连续工作标准。此外,通过室外富氧机组的控制,可大大提高特长公路隧道洞内值班室的空气质量和舒适度。为了提高空气净化系统的控制精确性,本论文提出了一种值班室空气净化系统的非线性PID控制算法。利用Simulink仿真平台,比较了传统PID空气净化系统和非线性PID空气净化系统的控制性能。针对氧气浓度控制,进行了稳定性和快速性的仿真及分析。结果表明,非线性PID空气净化系统的稳定性、响应时间和最大超调量等性能指标均优于传统PID空气净化系统。本论文系统及控制方法已实施于秦岭终南山特长公路隧道值班室,净化和控制效果表明,该空气净化系统对污染物的净化效率,远高于现有的空气净化系统;该系统的控制效果和控制精度均满足预期的设计目标。本系统的成功应用为其他空气净化工程提供了一个较好的工程参考范例。