制冷空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制實(shí)現(xiàn)

1、    制冷空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制實(shí)現(xiàn)        陳 曦 李 煒 時(shí)間:2009年07月20日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：關(guān)鍵詞：1 制冷模糊控制系統(tǒng)原理制冷模糊控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。模糊控制器有單輸入單輸出型和兩輸入單輸出型兩

2、種常用型式。為了提高控制精度和速度，我們采用兩個(gè)輸入為偏差和偏差變化率及控制變量輸出的兩輸入單輸出控制方式。輸出所得到的過(guò)熱度與設(shè)定的過(guò)熱度比較，形成反饋回路，其結(jié)果誤差e作為模糊控制器的輸入量。誤差e和誤差變化率e作為輸入量，經(jīng)過(guò)模糊控制器模糊化成為模糊矢量和。再由、和模糊關(guān)系控制規(guī)則(模糊關(guān)系矩陣)，根據(jù)推理合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到控制量。2 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器的實(shí)現(xiàn)是由3部分組成的：實(shí)測(cè)值的模糊化、模糊關(guān)系矩陣的獲取、模糊決策。2.1 實(shí)測(cè)值的模糊化，是蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差，sy°C;(2)輸入語(yǔ)言變量之二，記為，是蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率，ei+1ei°

3、;C；(3)輸出語(yǔ)言變量，記為Ut，是電子膨脹閥在6秒周期內(nèi)連續(xù)開(kāi)啟的時(shí)間，單位為秒，它對(duì)應(yīng)電子膨脹閥開(kāi)度大小。蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差是指實(shí)測(cè)被控對(duì)象的蒸發(fā)器出口過(guò)熱度減去設(shè)定蒸發(fā)器出口過(guò)熱度值的差。我們將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度控制范圍分為模糊控制區(qū)和確定控制區(qū)，以蒸發(fā)器出口過(guò)熱度設(shè)定值的±1.0°C為界。蒸發(fā)器出口過(guò)熱度在設(shè)定值的±1.0°C以內(nèi)為模糊控制區(qū)，以外為確定控制區(qū)。而在模糊控制區(qū)，將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差分為7個(gè)模糊狀態(tài)：PB(正的大蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)；PM(正的中蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)；PS(正的小蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)；Z(正的零蒸發(fā)器出口過(guò)

4、熱度偏差)；NS(負(fù)的小蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)；NM(負(fù)的中蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)；NB(負(fù)的大蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差)。將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差計(jì)算，圓整，并將±1.0°C的范圍細(xì)分為13個(gè)點(diǎn)，分別給出了它們對(duì)7個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值，即輸入語(yǔ)言變量的取值：(負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大)，表示符號(hào)NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB。語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)選擇三角形和梯形，如表1所示。蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率理論上應(yīng)該指蒸發(fā)器出口過(guò)熱度變化速度對(duì)控制輸出的影響；實(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率定義為一個(gè)采樣間隔內(nèi)蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化。由于蒸發(fā)器出口過(guò)熱

5、度偏差變化是較慢的，我們將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化值在±0.4°C以內(nèi)定為模糊控制區(qū)，在模糊控制區(qū)將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率分為7個(gè)模糊狀態(tài)：PB(正的大蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；PM(正的中蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；PS(正的小蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；Z(正的零蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；NS(負(fù)的小蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；NM(負(fù)的中蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)；NB(負(fù)的大蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率)。將蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏差變化率計(jì)算，圓整，并將±0.4°C的范圍細(xì)分為13個(gè)點(diǎn)，分別給出了它們對(duì)7個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值，即輸入

6、變量的取值：(負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大)，表示符號(hào)NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB，語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)的選擇，為計(jì)算簡(jiǎn)單取值與表1相同，如表2所示。輸出變量Ut的取值分為13種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)電子膨脹閥開(kāi)度大?。?/5關(guān)閉電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為04/3微開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為802/1小開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為160 0/+1半開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為240+2/+3大半開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為320+4/+5多半開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為400+6全開(kāi)電子膨脹閥 電子膨脹閥開(kāi)度為480將這13種輸入狀態(tài)分為7個(gè)模糊輸出狀態(tài)：關(guān)閉、微開(kāi)、小開(kāi)

7、、半開(kāi)、大半開(kāi)、多半開(kāi)、全開(kāi)，表示符號(hào)為CB、CM、CS、H、OS、OM、OB，每種具體輸出狀態(tài)對(duì)這7個(gè)模糊輸出狀態(tài)的隸屬度值如表3所示。 每個(gè)語(yǔ)言變量所取的語(yǔ)言值對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)都是交叉重疊的。初始設(shè)計(jì)時(shí)，可采用均勻等分的方式布置，然后再根據(jù)系統(tǒng)仿真或?qū)嶋H控制結(jié)果進(jìn)行合理的調(diào)整和改進(jìn)。2.2 獲取模糊關(guān)系矩陣模糊推斷邏輯是由一組IFTHEN的控制規(guī)則組成的，這一組控制規(guī)則的形成來(lái)源于人類思維邏輯和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，用語(yǔ)言形式來(lái)表述推理控制決策過(guò)程如下：· IF(實(shí)際過(guò)熱度過(guò)大)AND(實(shí)際過(guò)熱度有增加的趨勢(shì))THEN(電子膨脹閥的開(kāi)度要增大)· IF(實(shí)際過(guò)熱度太

8、小)AND(實(shí)際過(guò)熱度有減小的趨勢(shì))THEN(電子膨脹閥的開(kāi)度要減小)類似于上述的一系列控制規(guī)則集中在控制規(guī)則表4中。根據(jù)表4寫(xiě)出如下規(guī)則：(1) if NB and(NB or NM) then UtOB(2) if NB and(NS or Z) then UtOM(3) if NB and(PS or PM) then UtOS(4) if NB and PB then UtH (29) if PB and(NM or NS) then UtCS(30) if PB and(Z or PS) then UtCM(31) if PB and(PM or PB) then UtCB總共31條

9、規(guī)則，根據(jù)這31條規(guī)則可以得出相應(yīng)的模糊關(guān)系：將上述模糊關(guān)系寫(xiě)成通式。設(shè)某一時(shí)刻的偏差與偏差變化為e*、ec*，根據(jù)各條規(guī)則給出的模糊關(guān)系進(jìn)行合成推理運(yùn)算可得到相應(yīng)的輸出控制量模糊值： (l1,231)。由此，模糊控制器總的輸出控制量(模糊值)應(yīng)該是:由于上式所得到的一個(gè)輸出量是模糊矢量，而被控對(duì)象(電子膨脹閥)只能接受一個(gè)確切的控制量，因此必須經(jīng)過(guò)解模糊，將模糊矢量清晰化，在這里我們使用最大隸屬度法： uumax。上面的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，可以使用軟件編程實(shí)現(xiàn)。按照上述合成推理與解模糊方法可以得到一個(gè)容量為13*13的模糊控制查詢表，如表5所示。2.3 模糊決策在實(shí)際控制系統(tǒng)中，取得過(guò)熱度偏差

10、、過(guò)熱度偏差變化率后將其轉(zhuǎn)化為模糊值，然后查詢表5即可得到控制量的模糊值u。但u還是論域U中的一個(gè)等級(jí)值，還須乘上一個(gè)輸出量化因子，才能決定控制量的確切值。3 模糊控制器的實(shí)現(xiàn)3.1 硬件我們所設(shè)計(jì)的模糊控制器，主控制器采用PC機(jī)，測(cè)溫元件采用鉑100電阻，數(shù)據(jù)采集及控制量輸出使用研華的多功能數(shù)據(jù)采集控制卡818LS，制冷劑流量采用電子膨脹閥控制，開(kāi)度越大，流量越大。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。3.2 軟件軟件設(shè)計(jì)采用了Visual Basic編程，圖形界面簡(jiǎn)單。使用研華公司提供的有關(guān)例程，程序編寫(xiě)比較方便。對(duì)模糊矩陣采用了查表法求取。程序的主要模塊有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與計(jì)算、采樣、顯示、論域變換及控制計(jì)算與動(dòng)作等。3.3 干擾問(wèn)題的處理為了減少系統(tǒng)的干擾，在設(shè)計(jì)中對(duì)開(kāi)關(guān)頻繁的電器使用固態(tài)繼電器；模擬輸入端加有低通濾波器。在軟件中加入了數(shù)字濾波程序、死機(jī)自動(dòng)攔截程序、數(shù)據(jù)存取校驗(yàn)程序等。4 制冷空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制結(jié)果當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為6時(shí)，達(dá)到±0.4的