【正文】 量值由模糊控制器輸出量的確定值的轉(zhuǎn)化過程稱為模糊化 , 相應(yīng)語言變量值均由對(duì)應(yīng)的確定值來定義 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與建筑內(nèi)的普通空調(diào)系統(tǒng)相比 , 汽車空調(diào)會(huì)面臨車門啟閉次數(shù)多、車內(nèi)載客量大、車外氣溫和太陽輻射變化大等問題。因此 , 汽車空調(diào)控制過程必須對(duì)這些因素充分考慮。汽車空調(diào)模糊控制框圖 如圖 所示 。 具體實(shí)現(xiàn)步驟如 (1) 以人體舒適度為基礎(chǔ)，根據(jù)車內(nèi)反映溫度，車外對(duì)氣流、輻射等溫度傳感器以及車內(nèi)的溫度傳感器測(cè)出的溫度及濕度傳感器測(cè)出的濕度 , , 對(duì)車內(nèi)設(shè)定的溫度進(jìn)行模糊修正。 (2) 根據(jù)車內(nèi)實(shí)測(cè)空氣溫度與上述修正后的設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比 , 用模糊控制規(guī)則計(jì)算出輸出結(jié)果。 (3) 根據(jù)車外溫度和車內(nèi)載客量對(duì)控制輸出進(jìn)行熱負(fù)荷模糊修正。 (4) 根據(jù)車門開閉因素 , 對(duì)控制輸出結(jié)果進(jìn)行修正 , 完成控制過程 精確量的模糊化 把物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語言變量值的過程稱為精確量的模糊化。在以以前實(shí)驗(yàn)的 X:溫差 計(jì)算 模糊量運(yùn)算 負(fù)荷 模糊控制規(guī)則 隸屬度計(jì)算 圖 汽車空調(diào)模糊控制框圖 + — x 室溫 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁 共 42 頁 經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的模糊控制中，一般將模糊控制器的輸入輸出變量的狀態(tài)劃分為“正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大”七個(gè)檔次來描述，分別用英文字母 PL， PM， PS， 0，NS， NM， NL 表示之。對(duì)于系統(tǒng)偏差，描述其狀態(tài)時(shí)，還常把“零”分為“正零”和“負(fù)零”，分別用 P0， N0 表示之。 在汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)中，溫度設(shè)定值和溫度測(cè)量值之差稱作溫度偏差。我國南北溫差大，同一地方的冬夏兩季溫差也十分大，在一個(gè)沿海城市，它具有典型 的溫帶海洋性氣候，全年的溫度將在 10℃～ 30℃之間徘徊。按照醫(yī)學(xué)研究結(jié)果表明， 24177。 1℃是人體感受的最佳溫度。本文把 15℃到 28℃設(shè)定為規(guī)定的溫度范圍， [20， 20]是定義溫度偏差 e的范圍， [4， 4] 是溫度偏差變化率 ec 的范圍， [0%， 100%]為風(fēng)門電機(jī)的輸出量 u的范圍 (0%表示最大制冷， 100%表示最大采暖 )。對(duì) e， ec 和 u 的模糊狀態(tài) E， EC和 U的整數(shù)范圍分別定義如下 : E和 EC 的范圍為 :{4， 3， 2， 1， 0， 1， 2， 3， 4} U的范圍為 :{5， 4， 3， 2， l， 0， l， 2， 3， 4， 5} 綜上所述，量化因子 Ke=4/20=， Kec=4/4=l， Ku=l/10=。 物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語言變量值的步驟如下： 5 到 10 檔是語言變量的一般分法，檔級(jí)數(shù)的 到 2倍被稱為整數(shù)論域。檔級(jí)越少，語言變量值越粗糙，對(duì)控制質(zhì)量的影響越惡劣。檔級(jí)越多，語言變量越細(xì)，關(guān)系矩陣越大，占用內(nèi)存比例越大。， U， E 和EC 的模糊語言定義是根據(jù)汽車空調(diào)溫度控制模糊控制器來區(qū)分開的 : U的模糊集為 :{NB， NM， NS， NO， PO， PS， PM， PB}。 E和 EC 的模糊集均為 :{NB， NS， ZE， PS， PB}； 從模糊控制過程對(duì)于語言變量值的隸屬度函數(shù)形狀沒有緊密的聯(lián)系上可以體現(xiàn)出隸屬函數(shù)有著一種特殊性，只是與隸屬度函數(shù)的范圍有一定的聯(lián)系，三角形或梯形的隸屬函數(shù)在控制中有利于計(jì)算隸屬度，是隸屬函數(shù)控制過程有著緊密的關(guān)系 。 模糊控制規(guī)則的確定 將 IF Ai and Bi then Ci 作為本文空調(diào)系統(tǒng)模糊控制規(guī)則，其中溫差以 Ai代替，模糊子集以 E代替，模糊子集 EC 的溫差變化率以 Bi代替，風(fēng)門開度增量 U的模糊子集以 Ci代替。 總模糊控制規(guī)則表的數(shù)據(jù)是以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)參數(shù)特點(diǎn)和車廂溫度變化及專家的知識(shí) 理論為參考依據(jù)。如表 所示 ： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁 共 42 頁 表 模糊控制規(guī)則表 NB NS 0 PS PB NB NB NM NS 0 0 NS NM NM 0 0 PS 0 NS NS 0 PS PM PS NS O PM PB PB PB 0 PS PM PB PB 模糊控制規(guī)則建立的基本步驟 :當(dāng)誤差較大或大時(shí)，選擇的控制量應(yīng)該以盡快消除誤差為主，而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量應(yīng)該以注意防止超調(diào)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主。當(dāng)誤差較大時(shí)，誤差變化正在變 大，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除己有的較大誤差并抑制誤差變大的趨勢(shì)，所以取最大的控制量，即得到最大的風(fēng)門角度，使通過加熱器的風(fēng)量增大。 模糊量的精確化 為了使控制更加精確，精確量 u 還需由模糊量 u轉(zhuǎn)化而成，即對(duì)模糊量進(jìn)行清晰化處理。求取模糊控制表也就是模糊量的精確化。把輸入的所有情況都考慮到是求取模糊控制表的前提，下面以系統(tǒng)輸入論域值為 1的偏差 E，論域值為 2的偏差變化率 EC，為例來介紹模糊輸出量 U是怎樣確定的。 以偏差 E為 1，偏差變化率 EC為 2時(shí)，可以推導(dǎo)出偏差量有 :μ ZE(1)=,μ PS（ 1）=，其它模糊集的隸屬度都為 0。 當(dāng)μ PS（ 2） =1，相對(duì)于輸入的偏差變化率可以導(dǎo)出其余的模糊集的隸屬度為 0。 在模糊狀態(tài)控制表里可查得 U=PM 是以 ZEE和 PSEC為根據(jù)的，同理，以 PSE和 PSEC可查出 U=PB，有兩條控制規(guī)則相對(duì)于當(dāng)前輸入值是有效的 : IF E=ZE and EC=PS then U=PM IF E=PS and EC=PS Then U=PB 由 的模糊推理算法，再根據(jù)以上控制規(guī)則得出模糊推理過程如下 : 首先取兩個(gè)前件的隸屬度的最小值以第一條規(guī)則為基礎(chǔ)，對(duì) 后件的模糊集求截集，E C EC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁 共 42 頁 求得與該控制規(guī)則相符的控制量的模糊截集有 :μ PM(1,2)=min(， 1)= 接著再取兩個(gè)前件的隸屬度的最小值以第二條規(guī)則為基礎(chǔ)，對(duì)其后件的模糊集求截集，所求的控制量與第二條規(guī)則相符的模糊截集有 :μ PM(l,2)=min(， l)= 最后將所有符合有效規(guī)則的當(dāng)前輸入值進(jìn)行推理所得的控制量的模糊截集相加，得到 ,按重心法原則對(duì)當(dāng)前輸出控制量的模糊集進(jìn)行模糊判決，求出控制量 u: u=[μ (1) 1+μ (2) 2+μ (3) 3+μ (3) 3+μ (3) 3]/[ μ (1)+ μ (2)+ μ (3)+ μ (4)+ μ (5)]=(l 0+2 +3 +4 +5 )/(0++++)=≈ 4 由此可知，當(dāng)輸入 e=1， ec=2 時(shí)求得的控制量 u的論域值為 4，按以上方法，論域z元素表示的控制量變化值是以論域 x,y 中的元素所有組合計(jì)算出來的，并根據(jù)以上元素寫成矩陣 (u)。該矩陣構(gòu)成的相應(yīng)的表格即模糊控制器的控制表。見表 。 表 模糊控制器的控制表 E 4 3 2 1 0 1 2 3 4 4 5 4 3 2 1 0 0 0 1 3 4 3 3 2 1 0 0 1 1 2 3 3 3 2 0 1 1 1 2 1 2 2 2 2 0 1 1 2 3 0 2 1 1 1 1 2 2 2 3 1 1 1 1 0 1 3 2 3 3 2 1 0 0 0 1 4 3 3 4 3 0 0 0 1 2 4 3 4 4 4 0 1 1 2 3 4 4 4 5 C EC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁 共 42 頁 4 硬件電路設(shè)計(jì) 汽車全自動(dòng)空調(diào)控制器硬件 工作原理 汽車空調(diào) 控制系統(tǒng)對(duì)所需要的控制參數(shù)進(jìn)行采集主要通過安裝在車內(nèi)不同位置的各種傳感器，經(jīng)過 A／ D 由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后微處理器以檢測(cè)的數(shù)據(jù)和設(shè)定值為依據(jù)進(jìn)行決策處理后，以控制汽車空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、混合風(fēng)門的驅(qū)動(dòng)模塊的方式來改變各個(gè)控制對(duì)象的狀態(tài)，從而汽車室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)得以實(shí)現(xiàn) [12]。 硬件組成 空調(diào)控制系統(tǒng)由傳感器，鍵盤，風(fēng)門電機(jī)等組成，硬件框圖如 。 單片機(jī)簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器 Vcc：供電電壓 GND：接地。 P0 口：之所以 PO 口每腳可吸收 8TTL 門電流，是因?yàn)榫哂幸粋€(gè) 8 位漏極開路雙向 單片機(jī) 車內(nèi)溫度傳感器 車外溫 度傳感器 蒸發(fā)器溫度傳感器 統(tǒng)內(nèi)風(fēng)門電機(jī) 混合風(fēng)門電機(jī) 水閥電機(jī) 壓縮機(jī) 風(fēng)機(jī) 電源 鍵盤 /顯示驅(qū)動(dòng) 放大器 驅(qū)動(dòng)器 LCD 鍵盤 圖 控制系統(tǒng)硬件框圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁 共 42 頁 I/O 口。當(dāng) 1 被定義為高阻輸入的前提必須是第一次輸入 PO 口的管腳。 PO 被定義為數(shù)據(jù) /地址的第 8 位，使其能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 PO 外部必須被拉高是因?yàn)?PO口在 FLAS 編程時(shí)作為原碼輸入口， PO當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)輸出原碼。 P1口： P1口是一個(gè) 8位雙向 I/O口內(nèi)部提供上拉電阻， P1口緩沖器能接受輸出 4TTL門電流。當(dāng) 1被寫入 P1口管腳后，用作輸入時(shí)被內(nèi)部上拉為高電平，當(dāng)輸出電流 時(shí) P1口由于內(nèi)部上拉的緣故造成外部下拉為低電平。 P1 口作為第 8位地址是在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)。 P2 口 :P2 口為一個(gè) 8位雙向 I/O 口內(nèi)部上拉電阻， P2口緩沖器可接收輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) 1 被寫入 P2口管腳后，作為輸入時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 當(dāng) 作為輸入時(shí)，由于內(nèi)部上拉的緣 故， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流 。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn) 行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的 內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) [13] 當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們用作輸入 的原因是 被內(nèi)部上拉為高電平。作為輸入 ， P3口輸出電流（ ILL）是由于內(nèi)部上拉為高電平而是 外部下拉為低電平。 RST：復(fù)位輸入 ， 保持 RST 腳的高電平 保持 兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間 是 器件 被振蕩器復(fù)位的關(guān)鍵因素 。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，用于鎖存地址的地位字節(jié) 是 地址鎖存允許的輸出電平 形成的 。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 AP3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電 LE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有 效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 13 頁 共 42 頁 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET 的條件是是加密為 1。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 是 當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí) 。 此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）的前提是在 FLASH編程期 間 。 XTAL1：反向振蕩放大器及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2： 輸出由 反向振蕩器 產(chǎn)生 。 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 溫度傳感器的選擇 溫度檢測(cè)采用電阻式傳感器 ， 電阻式傳感器是把位移、力 、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。由電阻元件及電刷兩個(gè)基本部分組成。電刷相對(duì)于電阻元件的運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)，因而可以將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出 [14]。 溫度傳感器采樣放大電路 溫度傳感器采集的溫度信號(hào)是模擬信號(hào)，需要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。某些結(jié)型半導(dǎo)體器件，例如二極管和三極管對(duì)溫度呈現(xiàn)出敏感性，因而可用作溫度敏感元件，因此可以利用這個(gè)特性，從它的輸出電量的大小直接換算，而得到絕對(duì)溫度值。 HN36 便是根據(jù)此原理制造的一種電阻型傳 感器。 單片機(jī)的 ADC0809 芯片就是用于 A/D 轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展芯片，它可以進(jìn)行 8 路模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。但電壓值是 ADCO809 的輸入信號(hào)，電壓范圍一般在 OV～ 5V，而電流信號(hào)也就是HN36 采集的溫度信號(hào)，之所以 HN36 傳感器采集的溫度信號(hào)還不能直接輸入到單片機(jī)中，