模糊控制器的原理及探索

空调技术的目标就是要为人们创造一个舒适的环境，但从室内环境而言，恒温环境并非是卫生和舒适的标准环境。因为除了温度以外，还有湿度、空气流速等多种因素影响到舒适的程度。而常规空调系统大多采用简单的机械温控开关来设定控制温度，通过压缩机的停开来实现空气调节系统的恒温控制。

这种以温度为变量的运行方式一方面忽略了影响人体舒适感的多因素性；另一方面由于压缩机频繁的起动和停止，不仅压缩机易损坏，且将造成一定的能量损耗。而采用模糊控制的全自动模糊空调器，可以自动根据室内的热环境因素调节压缩机的转速，为人们创造一个舒适环境，同时也有利于节约电能，提高压缩机使用寿命。

全自动模糊空调器的模糊控制关系如所示。其输入量有：室内温差及其随时间的变化率；室内换热器前壁的温度及其随时间的变化率；室外换热器前壁的温度及其随时间的变化率。输出量包括对空调器的制冷、制热、除湿、化霜、风向、风量等功能实行智能化控制。

二模糊控制原理1模糊推理框图。空调器的主要控制目标是室温，并使室温保持稳定。室内人员的增减、房门的开启、关闭或者室内其他热源的产生，都将引起室内气温的变化，它们是构成温控系统的输入变量。控制系统的输出即输出变量应该是压缩机的转速。输入变量和输出变量之间的函数关系，由模糊推理判定，其推理框图如所示。

环境温度与设定温度的偏差；另一个是温差的变化率，它反映引起温差变化的驱动因素的强度，如人员的突增、开门引起的热气引入以及室内外温差的大小等等。

所以温度的变化率包含了多方面的因素。输出变量f是指变频器的频率，它决定了压缩机的转速。

2模糊量定义（ 1）输入模糊量：温差温差变化率d/ dt （ / S）（ 2）输出模糊量：变频器的频率f （ Hz）根据室内空调器的实际工作情况，考虑到实际检测条件和适当的控制精度，输入变量温差的定义域为- 3 + 3 ，取5个模糊量：负大% （ NB）、负小% （ NS）、零% （ ZO）、正小（ PS）、正大（ PB）。

输入量温差变化率d / dt的定义域为（ - 0 03 / S）（ + 0 03 / S）。取5个模糊量： 负高（ NH）、负低（ NL）、零%（ ZO）、正低 （ PL）、正高% （ PH）。

输出变量f，是变频器的与转速n相应的频率，其定义域为15 125Hz.取5个模糊量：零%（ ZO）、低（ L）、中（ M）、高%（ H）、*高（ MH）。

3模糊控制规规表。根据实际运行经验进行实验分析、归纳，空调器运行状态应按下列规则：在制冷工况IF is PB and d/ dt is PH then f is MH；IF is PS and d/ dt is PL then f is M；IF is NB and d/ dt is NH then f is MH；在制热工况IF is NS and d / dt is NL then f is M；类似的规则共有25条。模糊控制器的基本结构如所示，它可分为模糊输出接口、模糊推理判别决策机构和模糊输出接口3个部分。

模糊输入接口的主要功能是根据本次采样得到的系统的输出值，计算所选择的系统的输入变量，并将输入变量的精确值变为模糊量。即将被控系统的温差及温差变化率的精确值转化为模糊量，以便进行模糊推理和决策。

模糊决策机构的主要功能是根据模糊推理规则表和输入变量的模糊量，推断出控制决策。模糊输出接口的主要功能是把经模糊推理决策后所得的模糊控制量转化为精确量，去控制压缩机的转速。

三空调器模糊控制硬件系统变频调速分体式模糊控制空调器的硬件系统分为室内机和室外机两部分。

1室内控制系统的构成。室内控制系统的原理图如所示。其控制核心是8098准16位单片机，它的输入包括两部分，**个输入接口接收来自遥控器的有关输入控制信息，确室内控制系统的结构定系统的给定运行方式和温控指标；另一个输入接口接收来自于传感器的室内温度和湿度等现场检测信息。输出有三部分，一是运行状态的LED显示及驱动电路，二是室内风机运行参数控制，三是与室外控制装置连接的串行通信接口。

遥控器与室内控制部分配套，用来设定空调器的运行方式和温控指示，发射红外遥控信息，它由单独的4位单片CPU组成。

2室外控制系统的构成。室外装置的核心也是采用准16位单片机8098CPU，其控制系统的原理图如所示。其输入信息包括室外气温、室外热交换器进出口温度以及变频电路的过电流、过电压保护信息；输出部分包含室外风扇电机的驱动电路、变频器IGBT模块及其驱动电路以及与室内装置连接的串行通信接口等。

变频器采用交直交电压型逆变电路，电容滤波，自关断功率器件双极型绝缘栅晶体管（ IGBT ）构成单相变频器，输出频率范围为15 125Hz，功率约1 5KW，具有过流过压、欠压保护功能。

变频式模糊控制分体空调器的软件设计分为室内机、室外机和遥控器三部分。室内机与遥控器之间通过红外信号编码传递控制指令，室内机与室外机之间由串行通信接口传送信息。

室内机是控制系统的核心，主要承担控制功能。其软件采用模块化结构，主要包括主程序，定时子程序， A/ D转换子程序，误差加权子程序，误差变化子程序，模糊推理子程序，模糊决策子程序，函数子程序，模糊关系R表格等。主程序框图如所示。首先进行初使化，然后循环等待，当定时到后去采集模拟通道口的数据，调用A/ D转换子程序，判断是否采集了两次。如果采集两次则进行加权、模糊化、模糊推理、模糊决策等处理；否则就再进行第二次采集。*后把结果量化存入相应单元。