模糊控制理論在汽車中應(yīng)用

1、模糊控制理論在n一、概述n二、在汽車上的應(yīng)用方面n三、舉例說明在汽車空調(diào)當(dāng)中的應(yīng)用 一、概一、概 述述n、什么叫模糊控制？、什么叫模糊控制？ 所謂模糊控制，就是對難以用已有規(guī)律描述的復(fù)雜系統(tǒng)，采用自然語言（如大、中、小）加以敘述，借助定性的、不精確的及模糊的定性的、不精確的及模糊的條件語句來表達(dá)，模糊控制是一種基于語言語言的一種智能控制。 2 2、為什么采用模糊控制？、為什么采用模糊控制？ 傳統(tǒng)的自動控制控制器的綜合設(shè)計都要建立在被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型)的基礎(chǔ)上，但是在實際中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，油氣混合過程、缸內(nèi)燃燒過程油氣混合過程、缸

2、內(nèi)燃燒過程等等) ) ，很難找出精確的數(shù)學(xué)模型精確的數(shù)學(xué)模型。 這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大，因為模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型不用建立數(shù)學(xué)模型，不需要預(yù)不需要預(yù)先知道過程精確的數(shù)學(xué)模型先知道過程精確的數(shù)學(xué)模型。 要研制智能化的汽車，就離不開模糊控制技術(shù)，如汽車空調(diào)：人體舒適度的模糊性和空調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)。 3 3、工作原理、工作原理n把由各種傳感器測出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運算的模糊量；n然后將這些量在模糊控制器中加以運算； n最后再將運算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量, 以便對各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。n在模糊控制中, 存在著一個模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化（模糊化和去模糊化）的問題 模糊控

3、制原理圖模糊控制原理圖s:系統(tǒng)的設(shè)定值。x1,x2:模糊控制的輸入(精確量)。X1,X2:模糊量化處理后的模糊量。U:經(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。u:經(jīng)模糊判決后得到的控制量(精確量)。y:對象的輸出。也可以表示成如下：工作步驟： 1）輸入量模糊化 2）建立模糊規(guī)則 3）進(jìn)行模糊推理 4）輸出量去模糊4 4、模糊控制的特點、模糊控制的特點 1）無須知道被控對象的數(shù)學(xué)模型； 2）控制行為反映了人類的智慧；3）控制規(guī)則是以人類語言表示的，易被人們所接受；4）構(gòu)造容易，可用單片機(jī)構(gòu)造模糊控制對象；5）魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。二、模糊控制

4、在汽車的應(yīng)用方面二、模糊控制在汽車的應(yīng)用方面1、ABS防抱死系統(tǒng)：工況的多變及輪胎的非線性工況的多變及輪胎的非線性2、汽車巡航系統(tǒng)：外界負(fù)荷的擾動、汽車質(zhì)量和傳外界負(fù)荷的擾動、汽車質(zhì)量和傳動系效率的不確定性、被控對象的強(qiáng)非線性動系效率的不確定性、被控對象的強(qiáng)非線性3、汽車空調(diào)：人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)人體舒適感的模糊性和空調(diào)復(fù)雜結(jié)構(gòu)三、在汽車空調(diào)上的應(yīng)用三、在汽車空調(diào)上的應(yīng)用對汽車空調(diào)系統(tǒng)的要求： 1）節(jié)能； 2）技術(shù)性能和控制性能優(yōu)良，滿足人體舒適性。自動控制的應(yīng)用是達(dá)到這兩方面要求的一個重要途徑。經(jīng)典控制理論：經(jīng)典控制理論：建立數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代控制理論：現(xiàn)代控制理論：狀態(tài)方程 全空調(diào)型

5、客車空調(diào)原理圖全空調(diào)型客車空調(diào)原理圖1、外進(jìn)風(fēng); 2出風(fēng)口; 3、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī): 4、蒸發(fā)器芯; 5、熱水器芯: 6、溫度門: 7、出風(fēng)口:8車內(nèi)進(jìn)風(fēng) 空調(diào)器為典型的傳質(zhì)換熱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部物理過程復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。汽車空調(diào)由于工作條件多變工作條件多變，用傳統(tǒng)的控制方法如: PID控制，難以獲得較好的控制效果。 用模糊控制，對于環(huán)境干擾魯棒性好，能夠抑制非線性因素對控制器的影響。n模糊控制是基于語言的控制n模糊語言集的組成： T（E） T（E）=負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大用模糊語言變量E 來描述偏差，或用符號表示 負(fù)大NB（Negative Big）

6、 負(fù)中NM（Negative Medium） 負(fù)小NS（Negative Small） 零ZE（Zero） 正小PS（Positive Small） 正中PM（Positive Medium） 正大PB（Positive Big）則： T（E）= NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB建立隸屬函數(shù)：建立隸屬函數(shù)：n各參數(shù)對相應(yīng)子集的隸屬函數(shù)分別由不同的函數(shù)不同的函數(shù)族決定族決定。參數(shù)的相應(yīng)子集指該參數(shù)被人為地劃分成的等級所構(gòu)成的一組模糊集合。相應(yīng)子集的多少，由控制精度決定。n例如，參數(shù)“溫差”的相應(yīng)子集可以是“正大，正小，負(fù)小，負(fù)大”，也可以是“正大，正中，正小，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大”，后者比前

7、者模糊子集多，因而控制精度更高（在其它條件相同的情況下）。 X溫度偏差x 的相應(yīng)子集為： 正大：u() =1-1/（1+0.5X2） (X0) 正中：u ()=1/（1+（x-2）2） (X0) 正小：u ()=1/（1+(x-1)2） (X0) 正很?。簎 ()=1/（1+0.5X2） (X0) 負(fù)很?。簎 ()=1/（1+0.5X2） (X0) 負(fù)小：u ()=1/（1+(x+1)2） (X0) 負(fù)中：u ()=1/（1+(x+2)2） (X0) 負(fù)大：u ()= 1-1/（1+0.5X2） (X0)溫度偏差E的隸屬函數(shù)溫度變化率Eu的隸屬函數(shù)控制輸出量U的隸屬函數(shù)汽車空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的控

8、制執(zhí)行器：控制執(zhí)行器：壓縮機(jī)、蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、電子膨脹閥控制目標(biāo)控制目標(biāo): 壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制其排量; 蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)控制車內(nèi)的送風(fēng)量; 電子膨脹閥控制壓縮機(jī)吸入氣體的過熱度。 執(zhí)行器和控制量之間有交互的影響, 增加了控制的復(fù)雜性。 汽車空調(diào)模糊控制框圖模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則：（根據(jù)人工經(jīng)驗設(shè)定） 根據(jù)溫差和溫差變化率設(shè)定等級，推導(dǎo)壓縮機(jī)排量、膨脹閥開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的等級。 (1) 如果溫差“正大”, 溫差變化率“負(fù)很小”,認(rèn)為機(jī)器制冷力嚴(yán)重不足。運行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“最大”, 膨脹閥開度為“最大”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“最大”。 (2) 如果溫差“正中”, 溫差變化率“正大”, 認(rèn)為為機(jī)器制冷

9、力不足, 運行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“大”, 膨脹閥開度為“大”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“大”(3) 如果溫差“正小”, 溫差變化率“正 中”, 認(rèn)為機(jī)器制冷力仍不足, 運行狀態(tài)設(shè)置為: 壓縮機(jī)排量為“中”, 膨脹閥開度為“中”, 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為“中”。 如果溫差變化率相應(yīng)子集數(shù)和溫差相同, 均為8個, 那么, 這種類型的規(guī)則應(yīng)有64 條。 模糊控制規(guī)則表建立模糊控制規(guī)則的基本思想:n當(dāng)誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；n當(dāng)誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點。n以誤差為負(fù)大時，誤差變化率為負(fù)大為例： 這時誤差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，

10、所以控制量取負(fù)大，即使風(fēng)門開度達(dá)到最小，減少通過加熱器的風(fēng)量。n控制步驟：控制步驟：、計算出溫差 x，溫差的變化率 ，x、 即為精確的控制輸入。、求出控制輸入x、 對相應(yīng)子集的隸屬度，把精確的控制輸入轉(zhuǎn)換成模糊量。例如，x=1,x=0.1/min,則有： x 對相應(yīng)子集的隸屬度為（按前述設(shè)定隸屬函數(shù)）： 正大：u (x)=0.33 正中：u (x)=0.5 正?。簎 (x)=1 正很?。簎 (x)=0.67 其余子集：u (x)=0 x x x 同樣地， 對相應(yīng)子集隸屬度亦可算出，例如： 正大：u ( )=0.1 正中：u ( )=0.8 正?。簎 ( )=0.9 正很小：u ( )=0.1

11、其余子集：u ( )=0 x x x x x （3）、利用模糊控制規(guī)則，推導(dǎo)控制輸出的模糊量 由前一步驟計算的對規(guī)則條件部分的隸屬度u（y）,可直接得出相應(yīng)規(guī)則結(jié)論部分對相應(yīng)子集的隸屬度。例如， 對規(guī)則，已知y 對條件部分的隸屬度u（y）=0.8，那么，壓縮機(jī)排量F 對“中等排量”隸屬度u (F)=0.8，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速v，對“中等轉(zhuǎn)速”隸屬度u (v)=0.8，膨脹閥開度N 對“中等轉(zhuǎn)速”隸屬度u (N)=0.8。 考慮所有有關(guān)的結(jié)論部分，即可得到控制輸出對相應(yīng)子集的隸屬度。如壓縮機(jī)排量F 對相應(yīng)子集的隸屬度為： 最大：u (F)=0 大：u (F)=0.1 中：u (F)=0.8 小：u (F)=0.7 最?。簎 (F)=0.1 模糊推理規(guī)則模糊推理規(guī)則用削頂法進(jìn)行模糊推理用削頂法進(jìn)行模糊推理 輸出模糊量重心法去模糊化重心法去模糊化 模糊控制器控制表 模糊控制與常規(guī)控制比較模糊控制與常規(guī)控制比較模糊控制具有超調(diào)量小、穩(wěn)差小的特點。一般汽車空調(diào)模糊控制可節(jié)能 15%20%。n控制過程：1、根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器測定的溫度濕度，以人體舒適感為基礎(chǔ)，對車廂溫度進(jìn)行模糊修正；2、根據(jù)設(shè)定溫度和實測溫度，用模糊控制原則推論控制