【文章內(nèi)容簡介】 中壓縮機(jī)的排出壓力超過設(shè)定值或吸入壓力低于設(shè)定值時，壓力控制器的觸點分別切斷電源，使壓縮機(jī)停止工作，起到保護(hù)和自動控制的作用。 家用中央空調(diào)控制的發(fā)展方向傳統(tǒng)空調(diào)器的溫度控制是通過溫度傳感器感受室內(nèi)溫度變化，來控制壓縮機(jī)的開、停（壓縮機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行）。由于房間熱容量很大，溫度動態(tài)響應(yīng)慣性大，是一個非線性、大滯后的復(fù)雜系統(tǒng)，所以既難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型，又難以控制，采用壓縮機(jī)的ON/OFF控制方式有一定的滯后性，造成室內(nèi)溫度波動性較大，影響空調(diào)的溫度控制精度和人的舒適性。同時傳統(tǒng)空調(diào)對溫度的調(diào)節(jié)是一種斷續(xù)的變化過程，它不能根據(jù)環(huán)境溫度變化及時調(diào)整空調(diào)器工作狀態(tài)（即壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速）。隨著人們生活水平的提高，人們希望環(huán)境溫度始終維持在某一設(shè)定值上，在人流變化、設(shè)備運(yùn)行、門的開閉等出現(xiàn)變化時要求實時調(diào)整制冷（熱）工況以減少溫度的波動，提高舒適感。采用傳統(tǒng)控制方法難以達(dá)到人們預(yù)期的控制要求，所以對空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行控制可以達(dá)到一定得效果。空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置直接影響著對室內(nèi)環(huán)境的控制效果，也直接反映了系統(tǒng)的冷熱量消耗。風(fēng)機(jī)盤管的控制就是為了調(diào)節(jié)盤管的供冷量。從風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的原理可知冷量的調(diào)節(jié)可采用風(fēng)量調(diào)節(jié)、水量調(diào)節(jié)和水溫調(diào)節(jié)，其中水溫調(diào)節(jié)屬于集中調(diào)節(jié)的手段，主要根據(jù)氣候或人員情況對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。風(fēng)量調(diào)節(jié)有最簡單的ON/OFF 風(fēng)機(jī)開?？刂?，手動三檔風(fēng)機(jī)調(diào)速，溫控風(fēng)機(jī)三級調(diào)速和溫控風(fēng)機(jī)無級調(diào)速等，水量調(diào)節(jié)有溫控電磁閥通斷控制和溫控電動閥水量調(diào)節(jié)控制。隨著自動控制理論的發(fā)展和微電子技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的控制方法被運(yùn)用到風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)中來。自動控制中的控制算法也從簡單的檔位切換到比例控制、比例微分控制、PID 控制及現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、解耦控制、模糊控制及網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制。有的風(fēng)機(jī)盤管還配置了遙控裝置，省去了在墻上專門布線來安裝溫控器等來對風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行控制?？刂萍夹g(shù)的發(fā)展，使風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的使用更加方便，室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)得更加舒適，能量的消耗也下降。 控制風(fēng)機(jī)盤管方法的比較（1）手動三速開關(guān)控制手動三速開關(guān)控制的風(fēng)機(jī)盤管一般采用定水量運(yùn)行，用戶根據(jù)體感的冷熱感覺來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管的檔位來改變風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量，進(jìn)而調(diào)節(jié)盤管的供冷量，維持室內(nèi)的溫度。這種方式下的風(fēng)機(jī)盤管不涉及自動控制，結(jié)構(gòu)十分簡單，房間中也不用安裝任何類型的傳感器，初投資上相對較小。由于依靠人手動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管的檔位，熱舒適不好，溫度控制精度很低，特別是當(dāng)空調(diào)高檔起動時很長時間內(nèi)不能調(diào)低檔，控制效果不好。（2）溫控三級調(diào)速控制 在這種方式中，風(fēng)機(jī)檔位的切換由人手變成了數(shù)字芯片。設(shè)置在房間中的溫度傳感器測得房間的實時溫度，根據(jù)設(shè)定的溫度值，判斷應(yīng)采用的動作方式，溫度過高相應(yīng)地降低檔位，溫度過低則調(diào)高檔位。由于風(fēng)機(jī)的檔位調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)盤管的供冷量受多種因素的影響，使得風(fēng)機(jī)盤管的供冷量是階躍式的變化，風(fēng)機(jī)盤管的供冷量不可能剛好等于當(dāng)時的冷負(fù)荷，因而即使不考慮滯后性，送入的冷量迅速在室內(nèi)分布均勻，室內(nèi)溫度也不可能剛好在設(shè)定點上。如果室內(nèi)溫度一出現(xiàn)任意的偏差就調(diào)整風(fēng)機(jī)的檔位，勢必使風(fēng)機(jī)不停地切換檔位。采用自動控制后，室內(nèi)的溫度得到了較好的控制，溫度的波動值基本在容許的范圍內(nèi)，同時耗冷量也下降了。但是由于室內(nèi)的初始溫度較高，而此時的負(fù)荷值較小，會出現(xiàn)較大的溫度波動，在其他的時候也會出現(xiàn)一樣的情況，控制不夠理想。（3）三級調(diào)速加電動調(diào)節(jié)閥控制 在這種控制方式中，影響盤管供冷量的兩個變量風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和流經(jīng)盤管的冷水量都得到調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)仍然采用三級調(diào)速，水量的調(diào)節(jié)也采用位式的調(diào)節(jié)規(guī)律，分成幾個調(diào)節(jié)檔位，可調(diào)節(jié)的最小水量為標(biāo)準(zhǔn)狀況下水量的 50%。與前面的控制方法相比，由于可控變量為兩個，因而控制過程復(fù)雜得多，但同時調(diào)節(jié)的選擇余地也大大增加，能實現(xiàn)更加靈活的控制和更好的控制效果。采用這種方法，室內(nèi)控制的效果顯著提高，溫度波動明顯減小，在大部分的時間里，室內(nèi)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)緩慢地波動。相比較而言控制精度得到了很大的提高。（4）常規(guī)PID控制運(yùn)用這些方法對風(fēng)機(jī)和水閥的調(diào)節(jié)都是具有位式調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，在這種位式調(diào)節(jié)規(guī)律下，被控制量室內(nèi)溫度的波動范圍較大，室內(nèi)溫度作周期性的波動，尤其是負(fù)荷率較小的時候，控制效果迅速惡化，溫度波動范圍擴(kuò)大，波動的周期變短，控制效果變差；風(fēng)機(jī)的檔位切換和水閥的動作頻率都提高，這對風(fēng)機(jī)和水閥的壽命都是非常不利的。在整個調(diào)節(jié)過程中由于風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量和水量均只能階躍式地變化，使得風(fēng)機(jī)盤管的供冷量呈階躍式地變化，供冷量也就很難等于或接近當(dāng)時的負(fù)荷量，發(fā)生超調(diào)。另外室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的偏差量的大小沒有也不能反映到調(diào)節(jié)量的大小上，調(diào)節(jié)只有方向（調(diào)大或調(diào)?。?，而沒有大?。ㄕ{(diào)多少），具有一定的盲目性。為了進(jìn)一步提高控制效果，在空調(diào)的控制系統(tǒng)中引入自動控制發(fā)展歷程中歷史最久、最具生命力的基本控制方式－比例、積分、微分控制（PID 控制）。由于其原理簡單、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、控制品質(zhì)對被控對象的特性不太敏感等特點，在現(xiàn)代控制理論中有著廣泛的運(yùn)用。常規(guī)PID控制原理是被控量對輸入的偏差的比例、積分、微分三種作用的線性疊加來產(chǎn)生控制作用，其傳遞函數(shù)： ()常規(guī)的PID控制具有簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點，而且PID調(diào)節(jié)規(guī)律對相當(dāng)多的控制對象，特別是對于線性定常系統(tǒng)的控制是非常有效的，一般都能夠得到比較滿意的控制效果，其調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)取決于PID 控制器各個參數(shù)的整定。但是，常規(guī)的PID 控制存在一些問題。首先，常規(guī)PID 控制器不能在線整定參數(shù)；并且，常規(guī)PID 控制器對于非線性、時變的系統(tǒng)和模型不清楚的系統(tǒng)就不能很好的控制，其PID參數(shù)不是整定困難就是根本無法整定，因此不能得到預(yù)期的控制效果。家用中央空調(diào)所控制的空調(diào)房間的溫度、濕度具有非線性、時變性、大滯后性等，所以采用這種方法有一定的缺點。（5）模糊控制器模糊控制系統(tǒng)是一種智能自動控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯為理論基礎(chǔ)，采用計算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器。模糊邏輯控制系統(tǒng)是一種典型的智能控制系統(tǒng)，在控制原理上它應(yīng)用模糊集合論、模糊語言變量和模糊推理知識，模擬人的思維方法，對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊邏輯控制的基礎(chǔ)是模糊邏輯，模糊邏輯從含義上比其它傳統(tǒng)邏輯更接近人類的思想和自然語言。它能夠?qū)φ鎸嵤澜缃频?、不確切的特征進(jìn)行刻畫。實際上，模糊邏輯控制是利用模糊邏輯建立一種“自由模型”的非線性控制算法，特別是在那些采用傳統(tǒng)定量技術(shù)分析過于復(fù)雜的過程，或者提供的信息是非定性、非精確的、非確定的系統(tǒng)中，模糊邏輯控制的效果相當(dāng)明顯。在對家用中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)盤管的控制中運(yùn)用模糊控制的方法是目前比較受關(guān)注的控制方法，使控制系統(tǒng)更具智能化。與傳統(tǒng)的控制相比．模糊控制具有如下特點：（a）適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不很清楚或難以求得，只要求掌握操作人員或領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗或知識。（b）模糊控制是一種語言變量控制器，其控制規(guī)律只用語言變量的形式定性的表達(dá)，構(gòu)成了被控對象的模糊模型。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型用傳遞函數(shù)描述；在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，則用狀態(tài)方程來描述。（c）該系統(tǒng)尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制。但是簡單模糊控制由于不具有積分環(huán)節(jié)，因而在模糊控制的系統(tǒng)中又很難消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下，常常在平衡點附近會有小的振蕩現(xiàn)象。為了使設(shè)計的控制器對非線性、時變、滯后的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時使控制器穩(wěn)定性好，可靠性高，設(shè)計了一個兼有兩者優(yōu)點的模糊PID控制器。目前的模糊PID控制有多種控制形式：引入積分因子的模糊PID控制器；混合模糊PID控制器；另外將其與其它先進(jìn)控制技術(shù)結(jié)合又有模糊自適應(yīng)PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制等?；旌夏：齈ID控制器又有FuzzyPID開關(guān)切換控制器、SmithFuzzy控制器、設(shè)定值遷移模糊PID控制器等，本控制系統(tǒng)使用的是FuzzyPID開關(guān)切換的模糊PID控制器。這個控制器既具有模糊控制靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點，又具有PID 控制精度高的特點。設(shè)計的基本思想是采用并行FuzzyPID開關(guān)切換控制方法，當(dāng)實際溫度與設(shè)定值偏差較大時，采用模糊控制，發(fā)揮其動態(tài)響應(yīng)快的特點；當(dāng)實際溫度與設(shè)定溫度偏差較小時，采用PID 控制，發(fā)揮其靜態(tài)性能好的特點，提高系統(tǒng)的控制精度。 模糊PID控制技術(shù)介紹FuzzyPID開關(guān)切換控制器是由模糊控制器和PID控制器兩個獨(dú)立的通道構(gòu)成。在某種工作狀態(tài)中，只有一個控制器在控制對象。當(dāng)系統(tǒng)的偏差較大、超過模糊變量值的零檔時，則采用模糊控制器，這時對象和1端相連。當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小，為模糊變量值的零檔時，則采用PID控制器，這時對象和2端相連接。 模糊PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PID控制技術(shù)PID控制器根據(jù)給定值R和實際輸出Y的控制偏差e，將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進(jìn)行控制。在運(yùn)用到家用中央空調(diào)系統(tǒng)時，給定值R是指空調(diào)房間的實際溫度（即傳感器測得的溫度），實際輸出Y是指空調(diào)的設(shè)定溫度（即空調(diào)系統(tǒng)輸出冷熱量改變后的房間溫度）。e = 實際溫度－設(shè)定溫度=R－Y PID控制器原理圖PID控制是由比例、積分、微分組成的控制，其控制的三個環(huán)節(jié)的作用如下：（1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù) ，積分時間常數(shù)越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的速度，減少調(diào)節(jié)時間。模擬PID的控制規(guī)律為： ()在模糊PID控制中，采用單片機(jī)實現(xiàn)的PID控制算法，一般將其離散化，其離散PID控制的規(guī)律為： () 式中u(k)、e(k)分別為第k個采樣時刻控制器控制量和偏差量，為比例益， 、分別是積分和微分時間常數(shù)，常數(shù)Ts為采樣周期。根據(jù)PID增量算式得： () 其中： () () ()或?qū)懗桑? ()本設(shè)計在，偏差小時采用數(shù)字PID控制技術(shù)控制，消除靜差。 模糊控制技術(shù)介紹用模糊邏輯推理對空調(diào)控制系統(tǒng)的實時輸入狀態(tài)觀測量進(jìn)行處理，則可產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策。模糊控制能避開對象的數(shù)學(xué)模型（如狀態(tài)方程或傳遞函數(shù)等），它力圖對人們關(guān)于某個控制問題的成功與失敗的經(jīng)驗進(jìn)行加工?？偨Y(jié)出知識，從中提煉出控制規(guī)則，用一系列多維模糊條件語句構(gòu)造系統(tǒng)的模糊語言變量模型，應(yīng)用各類模糊推理方法，可以得到適合控制要求的控制量。它是由設(shè)定的隸屬函數(shù)求出控制輸入（偏差和偏差變化率）的隸屬度，據(jù)此進(jìn)行模糊規(guī)則判斷，得出模糊控制輸出，再進(jìn)行模糊量的運(yùn)算，得出精確的控制輸出，實行對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。 模糊控制器原理圖圖中，虛框線內(nèi)為模糊控制器。根據(jù)模糊控制器結(jié)構(gòu)可分為模糊輸入，模糊推理決策和模糊輸出三大部分，它們構(gòu)成了模糊控制器的控制機(jī)理和算法結(jié)構(gòu)。模糊輸入的主要功能是實現(xiàn)控制器精確輸入量的模糊化，?e精確值轉(zhuǎn)化為模糊量，以便進(jìn)行模糊推理和決策。模糊推理決策的主要功能是模仿人的思維特征，根據(jù)設(shè)計者總結(jié)的人工控制策略取得的語言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，并決策輸出模糊控制量。模糊輸出的主要功能是對經(jīng)模糊推理決策后所得的模糊控制量進(jìn)行模糊判決，把輸出模糊量轉(zhuǎn)化為精確量后，施加于被控對象。在實際應(yīng)用中模糊控制器有兩種組成方式，其一是由模糊邏輯芯片組成的硬件專用模糊控制器，它用硬件芯片來直接實現(xiàn)模糊控制算法，這種模糊控制器的特點是推理速度快，控制精度高，但是價格昂貴，靈活性較差；另一種組成方式是采用與數(shù)字控制器相同的硬件結(jié)構(gòu)，目前多用微型計算機(jī)芯片來組成硬件系統(tǒng)，而在軟件上用模糊控制算法取代原來數(shù)字控制算法，這樣就把原來的數(shù)字控制器改成了模糊控制器，組成了一個單片機(jī)的模糊控制系統(tǒng)。這種模糊控制器資源開銷少，靈活性高，通用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，特別適合于家用消費(fèi)類產(chǎn)品的應(yīng)用，是目前在過程控制及家用電器中應(yīng)用模糊控制的主流。 模糊控制算法1．模糊化的過程模糊化是把精確量轉(zhuǎn)換成模糊量的過程。設(shè)有論域U，有精確數(shù)據(jù)；同時，有模糊集合。如果存在，令 ()則稱屬于集合，并且隸屬度為，表示為： ()一般稱以隸屬度歸屬域。在論域U中，如果給出一個精確值，并根據(jù)找到它所屬的模糊量。如果以取代，則稱模糊化為。在模糊化的具體過程中需要進(jìn)行量化、迷糊劃分和模糊表達(dá)。量化的實質(zhì)是把連續(xù)輸入精確值的范圍離散化；模糊劃分就是對論域范圍確定模糊量的個數(shù)；模糊表達(dá)就是對模糊t的隸屬函數(shù)進(jìn)行定義（1）論域的量化在模糊控制中，為了便于使用執(zhí)行離散處理的微型計算機(jī)，把隸屬函數(shù)用離散形式表示，也就是模糊量用單點表示。模糊控制系統(tǒng)中的被控制對象狀態(tài)是連續(xù)的，系統(tǒng)的給定值也是連續(xù)的，所以，反映到模糊控制器輸入端的輸入量也必然是連續(xù)的。但是，模糊控制器由微型計算機(jī)構(gòu)成，它只能執(zhí)行離散處理。因此，模糊控制器要求輸入的量是離散模糊量，也即是單點表示的模糊量。 把連續(xù)論域進(jìn)行離散化的過程稱為量化。連續(xù)論域竟量化之后就成為一個離散論域。對于一個連續(xù)論域量化，就是把連續(xù)論域分成一個個小部分，每一部分為一個元素，以這些元素組成的論域則是離散論域。例如，將連續(xù)論域0~500分成5個均等分，并取:0~100對應(yīng)2，100~200對應(yīng)1，200~300對應(yīng)0，300