【正文】 由于常規(guī)模糊控制器是模仿人的經驗來代替人實現控制的，往往帶有人的主觀性和局限性，為此本論文提出一種適于實時控制的具有PID自調整功能的模糊控制器，它可根據過程的運行狀況，在線辨識和修正過程的模糊模型，實現在線模糊控制自學習。自調整PID的模糊控制器克服了模糊控制對人的依賴和主觀隨意性的影響，具有良好的學習能力，與常規(guī)的模糊控制器相比，其適應能力和控制性能都有所提高。 簡易Fuzzy PID控制器以及在線自調整Fuzzy PID控制器具有設計簡單．動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能好。溫差變化率e的隸屬度賦值表如表。模糊控制是以模擬人腦對模糊概念的判別能力為特點的一種智能控制方式。應用中一般采用串接電阻的方法對它進行校正，具體過程如下。 變頻電路的設計與控制 變頻電路驅動的對象是空調器壓縮機，壓縮機轉速是通過軟件編制的溫度模糊控制器來確定的，由室溫、設定溫度和采樣時間計算出溫差和溫差變化率，作為溫度模糊控制器的輸入變量，經過模糊化、模糊邏輯推理、反模的過程，得到精確的控制量一變頻器輸出頻率，按此頻率控制波形發(fā)生器，通過驅動變頻器控制壓縮機電機的轉速。 室外機組設計 室外風扇電機控制電路 室外風扇電機采用變繞組調速方式，電機的轉速是通過繼電器控制?？照{器開始運行以后，單片機根據設定溫度和室內實際溫度的溫差自動控制風扇速度，使運行狀態(tài)處于最佳水平。 模擬量檢測使用的是單片機A/D轉換端口，其中P50～P57口是A/D轉換采樣通道，由熱敏電阻將溫度變化轉換成電阻上的電壓信號輸入單片機，然后由CPU進行采樣和轉換。而普通的PID控制方法不適合具有大慣性、滯后特性的對象的控制，并且PID控制器一般針對固定的控制對象才能確定控制參數，取得好的控制效果，而空調應用的房間一經變化，PID參數就不能適應新的控制對象。 實現手段 微型計算機技術的發(fā)展使得可以對變頻器進行直接數字控制，直接數字控制的優(yōu)點有很多，如集成度高，大部分功能都能用軟件實現，需要改變功能時，只需調整軟件即可。 SPWM法是為了克服等脈寬PWM法的缺點而發(fā)展來的，是在1964年提出的，它采用通訊系統(tǒng)中的調制技術，用基波信號去調制三角載波，控制開關器件的動作順序和時間分配，從而在逆變器上同時進行電壓和頻率的控制。即當增大定子頻率時必需同時使定子電壓成比例地增加，否則氣隙磁通降低；當降低定子頻率時，必需同時使定子電壓成比例地降低，否則將超過飽和磁通密度而導致勵磁電流過大，使損耗增加甚至損壞電機。 本空調采用排氣量可變的雙轉子旋轉式壓縮機，廣泛應用于空調器中。渦旋式，壓縮機是一種新型壓縮機，獨特的渦旋結構使它具有效率高、扭矩變化小、振動小、噪音低、零件少、體積重量小的優(yōu)點，顯示出較大的優(yōu)越性。模糊控制發(fā)展至今，每年世界上都要發(fā)表相關論文約1000篇，其中大部分研究多是在中國和日本完成的，小部分在歐洲。如采用模糊控制技術對空調器進行控制就能取得很好的控制效果。同時由于紅外遙控器的使用，使操作更簡單，以及模糊控制理論的應用，使空調性能越來越可靠，感覺越來越舒適。從傳統(tǒng)的開關控制發(fā)展到現在的變頻控制，以及模糊智能技術的應用，空調器的性能有了很大的提高。此外，壓縮機的ON/OFF控制方式及空調器自身的結構特點使室內機的輸出與壓縮機的輸出相比有一定的滯后性，而且壓縮機處于全開或全關狀態(tài)，其制冷(熱)量也對室內溫度有較大影響，這些勢必影響空調的溫度控制精度和舒適性。變頻模糊控制空調器將傳感器測定的實際環(huán)境狀態(tài)和空調系統(tǒng)狀態(tài)與人們所期望達到的設定狀態(tài)進行比較，通過模糊邏輯控制技術使空調器控制系統(tǒng)具有自調整的智能特性，從而得出最佳的動態(tài)控制參數，并對空調器的變頻電源及各執(zhí)行單元實施控制，使空調器的工作狀態(tài)隨著人們的要求和環(huán)境狀態(tài)的變化而自動變化，始終保持在較合理的狀態(tài)下變頻模糊控制空調器對室外機的要求是，壓縮機能根據室內需要的冷(熱)量不同，連續(xù)地、動態(tài)地、實時地調整其制冷(熱)量。 從空調器的電控系統(tǒng)的發(fā)展上看，可分為繼電器一接觸器控制、分立元件的微電子元件控制和專用微電腦芯片控制三個階段。 變頻空調器的產生與發(fā)展 傳統(tǒng)空調器采用開關控制方式，利用異步交流電機控制壓縮機進行制冷或制熱，這種控制方式有很多缺點和不足：空調器保持恒溫所采用的措施是利用簡單的感溫裝置來控制溫度。模糊控制器是一種語言控制器，有很強的魯棒性和控制穩(wěn)定性。模糊邏輯商業(yè)化最成功的是日本，日本的國際貿易和工業(yè)部已經建立了兩個主要研究機構，一個是國際模糊工程研究實驗室；另一個是模糊邏輯系統(tǒng)研究所。 目前絕大多數中、小型空調器采用蒸發(fā)一壓縮循環(huán)制冷系統(tǒng)，從對壓縮機的控制上有CCTXV、CCOT和VDOT三類系統(tǒng)。空調器的制冷或制熱能力一般用壓縮機的排氣量來衡量，旋轉式壓縮機的理論排氣量為。也就是說，對電機供電的變頻電源一般要求兼有調壓和調頻兩種功能，根據定子電壓V和定子頻率f的不同比例關系，將有不同的變頻調速控制方式，因為壓縮機為恒轉矩負載，選擇具有低頻電壓補償的恒壓頻比控制方式比較適合于壓縮機電機控制。是目前最普遍的一種調制方式。這是模擬控制不可比擬的。所以PID不能適應房間溫度調節(jié)系統(tǒng)的時變、滯后、大慣性等復雜特性，并且在空調控制中，房間對象的數學模型很難確定，很難對PID參數進行整定。 室內機組設計 紅外遙控器信號的接受紅外遙控器由紅外遙控發(fā)射器和紅外遙控接收器兩部分組成。溫差與風扇速度關系如表32所示。其轉速分為三檔，分別對應著高速、中速、低速。P41～P46是6路SPWM波形輸出口 室外機軟件的編制 室外機程序由SPWM波形輸出程序、溫度A/D轉換程序、除霜控制程序、壓縮機過熱保護程序、功率模塊IPM故障中斷處理程序、電路過流過壓保護程序以及三分鐘延時程序等部分組成，溫度A/D轉換程序每1s啟動，采用查尋方式對室外環(huán)境溫度、壓縮機溫度、熱交換器溫度進行采集。一般情況下，熱敏電阻的溫度/電阻特性可表示為 （32）式中R1和R0。如圖41所示，典型的模糊控制系統(tǒng)是以A/D、D/A、模糊控制器、對象、傳感器、執(zhí)行器等組成，其中最重要的也是區(qū)別其它計算機控制系統(tǒng)的特點是具有模糊控制器。U(e)3 2 1 0 1 2 3PH 0 0 0 0 00,3333 1PL 0 0 0 0 0ZO 0 0 1 0 0 ZL 0 0 0 0 0NH 1 0 0 0 0 0表42溫差變化率e的隸屬度賦值表 控制量輸出頻率f的模糊化根據頻率設定范圍(120～120Hz)將輸出量整數論域定為．120～120，分為9個模糊狀態(tài)：PE(最大功率制熱)、PH(大功率制熱)、PM(中功率制熱)、PL(小功率制熱)、ZO(零功率)、NL(小功率制冷)、NM(中功率制冷)、NH(大功率制冷)、NE(最大功率制冷)。抗干擾能力強、適用于線性和非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制的一系列特點，又由于采用線性分檔，故對偏差、偏差變化、偏差和以及控制量的量化等級數可以取得任意大而不增加控制器算法的復雜性。 本章小結 本章主要對模糊控制的原理及設計方法進行了闡述，說明了模糊控制的優(yōu)點，針對空調系統(tǒng)的特點設計了常規(guī)模糊溫度控制器，并針對常規(guī)模糊溫度控制器的缺點提出了一種具有自調整功能的模糊控制器，它可根據過程的運行狀況，在線修正PID參數的系數，實現在線模糊控制規(guī)則的自調整。最后通過仿真驗證了這種自調整PID模糊控制器的可行性，表明比常規(guī)的模糊控制具有更加優(yōu)良的控制性能。所以二維模糊溫度控制器對室溫進行控制，通過空調器的實際運行證明了模糊控制的可行性。對比可得，自調整PID模糊控制器對參數變化的適應能力明顯優(yōu)于常規(guī)模糊控制器，具有較強的魯棒性。在一些實際過程中，人們也常把模糊控制(Fuzzy)與PID控制結合在一起。與e相同，也分為5個模糊狀態(tài)：PH(正的大溫差變化率)、PL(正的小溫差變化率)、ZO(零溫差變化率)、NL(負的小溫差變化率)、NH(負的大溫差變化率)。第 4 章 模糊控制器的設計 模糊控制的基本原理 糊控制是一種語言控制，能更為近似地反映人的控制行為，有很強的魯棒性和控制穩(wěn)定性，能夠運用于各種不同對象的控制。但是這種測溫元件的最大缺點是它的線性度較差。振蕩頻率為45kHz，采用高頻鐵氧體磁心制作高頻變壓器，使體積大為縮小。溫度的模糊控制程序、溫度A/D轉換程序、EEPROM的讀寫程序和風扇電機的調速及風門步進電機控制則放在軟件定時器中斷程序中。自動控制時，風扇轉速由單片機控制。 四通閥是控制制冷、制熱切換的，使四通閥得電，空調器制熱；使四通閥掉電，制冷劑向相反方向流動，空調器制冷。由于空調器使用的房間的大小、結構各不相同，另外由于季節(jié)、天氣、室內人員多少及電器的用量等的變化，房間對象的不確定性又是非常嚴重的。本系統(tǒng)根據上述比較，選擇電壓SPM調制，因為它簡單可靠、具有很好的波形，且數字化實現比較方便。 等脈寬PWM法是每一脈沖的寬度相等，改變脈沖序列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當的控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化，其缺點是輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。要保持磁通恒定，在調節(jié)定子頻率時就必需同時改變定子的端電壓。消除運動部件起、停時產生的慣性力沖擊。相對于往復式壓縮機，旋轉式壓縮機具有效率高、可靠性好、體積小、重量輕、結構簡單等優(yōu)點，而且運轉平穩(wěn)、噪聲小。近年來研究的三要內容是模糊系統(tǒng)、神經網絡以及兩者結合的模糊神經網絡技術方面。 模糊控制技術的發(fā)展及研究動態(tài) 空調器室溫控制這種對象尺寸變化大、溫度特性差別大的情況，使用傳統(tǒng)的PID控制方法不能取得良好的控制效果。電源及復位電遙控器接收電路按鈕開關溫度控制定時控制溫度檢測風扇控制壓縮機控制指示燈蜂鳴器壓縮機風扇電機圖11空調器微電腦控制框圖 從最初的繼電器一接觸器控制、分立的電子元件控制到現在的微電腦控制，對空調器的控制趨向操作簡易、功能多樣化。 空調器控制技術發(fā)展概況 在空調器控制技術發(fā)展概況 空調器的電氣控制技術是涉及很多學科在內的一項綜合性技術。 傳統(tǒng)空調器的溫度控制是通過溫度傳感器感受室內溫度變化來控制壓縮機的運行和停止的，風扇則在設定的速度下工作，這會造成受控環(huán)境溫度變化較大，使人們在使用空調時仍不斷感受到冷熱的變化。 正由于變頻空調器具有這些優(yōu)點，世界各國廠商都競相開發(fā)研制，但目前技術比較成熟的國外廠商的產品普遍存在價格比較高的問題，而國內的變頻空調技術尚不夠成熟。 最初，空調器的控制電路大都采用選擇開關、繼電器和接觸器組成。當溫度達到設定溫度時，使壓縮機停止轉動，經過一段時間之后，由于外部影響使室溫再度升高時，再接通壓縮機電路肩動壓縮機制冷。同采用PID控制的變頻空調相比，模糊控制空調器具有省電、噪音低和舒適度高等優(yōu)點，具有很好的市場前景。美國工業(yè)界在近幾年不少公司像Eaton、GE、HP、Rockwell等，有的已經推出，有的正在推出模糊邏輯產品。采用熱力膨脹閥來控制制冷劑流量的制冷系統(tǒng)稱為CCTXV系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對壓縮機實行通斷控制。 （21）式中：H一氣缸長度或高度(m)；A一氣缸工作面積(m2)：n一壓縮機轉速(r／min)。它不需要轉速閉環(huán)，結構簡單，也沒有大量的復雜計算，其調速性能可滿足要求。它從電動機的供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產生可調頻調壓的三相對稱正弦波電源，其特點是，在半個周期中等距、等幅(等高)、不等寬(可調)，總是中間的脈沖寬，兩邊的脈沖窄，各脈沖所圍面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例，這樣，輸出電壓中低次的諧波分量可以大大減少。確定微機控制后，要選擇合適的微控制器。對于房間溫度控制這種對象尺寸變化大、溫度特性差別大的情況，特別適合使用模糊控制。(1)遙控發(fā)射器遙控發(fā)射器的電路結構框圖見圖32。 室內風扇電機的轉速還要由其它因素決定。速度檔位的控制由室外機的冷凝器溫度與室外環(huán)境溫度之差