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摘要：利用控制監(jiān)控調(diào)節(jié)方法對室內(nèi)溫度進行檢測控制。將給定的溫度與實際溫度比較，從而得出控制量及其控制方法，使得控制量達到設定值。為實現(xiàn)對室溫的控制，要對室溫進行監(jiān)控。由于室溫與濕度、圍護結(jié)構(gòu)及其冷風等因素有關(guān)，采用傳統(tǒng)PID控制很難達到預定要求。...

基于模糊控制技術(shù)的供暖節(jié)能技術(shù)研究

徐海亮 王虎 黃璐

(陜西省建筑設計研究院有限責任公司710018 西安）

一、前言

    為實現(xiàn)對室溫的控制，要對室溫進行監(jiān)控。由于室溫與濕度、圍護結(jié)構(gòu)及其冷風等因素有關(guān)，采用傳統(tǒng)PID控制很難達到預定要求。本次設計采用模糊控制技術(shù)對室溫進行控制，將預定值與實際室溫比較，得出控制量及其方法，使其達到設定值。

二、室溫模糊控制器設計

    本設計引入模糊智能控制器、流量控制閥。采用雙輸入單輸出的模糊控制結(jié)構(gòu)，流量控制器實際入口溫度值為，給定標準溫度值為，偏差為。輸入量經(jīng)過模糊化后輸入到推理機后清晰化輸出控制量U，即分別作為控制閥門的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)開關(guān)量和控制閥門開度的脈沖量個數(shù)，之后采用比例因子來調(diào)節(jié)暖氣流量。調(diào)節(jié)規(guī)則如下：

    （1）>0，表示房間溫度值偏低，則開大流量控制器閥門，使熱水供給量增加，提高值；

    （2）<0，表示房間溫度值偏高，則開小流量控制器閥門，使熱水供給量減少，減小值。

    通過不斷調(diào)整，使值漸趨于0，實際室溫由于各種因素會在設定溫度值附近波動，保證系統(tǒng)供熱穩(wěn)定。實際住宅供熱系統(tǒng)中，不同的時間與天氣對應不同的設定溫度值，本設計中設定溫度的標準值為23。

    根據(jù)智能調(diào)節(jié)閥輸入信號、開度和數(shù)據(jù)流量，流量和開度是非線性關(guān)系，參考了2012中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告中關(guān)于調(diào)節(jié)閥與房間溫度的研究報告，能得到閥門流量與房間溫度的廣義對象的傳遞函數(shù)為（2-1）所示：

 

（2-1）示

    一維模糊智能控制器的輸入為溫度誤差。誤差的模糊論域為[－6，＋6]，模糊集取{NB，NS，ZO，PS，PB}。根據(jù)＝、＝，可求出和的量化因子，根據(jù)控制要求，=4，則量化因子為：考慮對論域的覆蓋程度和靈敏度與魯棒性原則,的隸屬函數(shù)選用三角形隸屬函數(shù)。 

     系統(tǒng)采用負偏差邏輯，即偏差，偏差變化率。由于設計要求為無靜差控制系統(tǒng)，被控對象具有慣性特征，為達到設計要求，因此采用二維模糊控制器。

    輸入量輸出量的模糊化

    （1）確定輸入輸出語言變量

    設計模糊控制系統(tǒng)首先要明確模糊輸入、輸出變量及其相應的模糊取值，包括隸屬度函數(shù)，室溫控制系統(tǒng)的模糊輸入確定為溫度的偏差和偏差的變化。設目標溫度為A，實測溫度為B，則偏差，偏差的變化為。

    輸入語言變量選用實際溫度與設定溫度的偏差及其偏差變化率△e，把各控制量作為輸出的語言變量。根據(jù)室溫情況，輸入輸出語言變量都選取7個語言值：PL(正的大溫度偏差)，PM(正的中溫度偏差)，PS(正的小溫度偏差)，ZO(零溫度偏差)，NS(負的小溫度偏差)，NM(負的中溫度偏差)，NL(負的大溫度偏差)。根據(jù)室溫的情況，對于溫度模糊控制輸入及輸出的語言的模糊子集確定為：

    計算機實現(xiàn)模糊控制算法進行模糊控制時，將每次采樣所得數(shù)據(jù)經(jīng)計算機處理，成為模糊控制器的輸入變量。為實現(xiàn)模糊化處理，將輸入變量的基本論域乘以相應的量化因子轉(zhuǎn)換到相應的模糊集的論域，再將模糊控制算法給出的控制量乘以因子，將其轉(zhuǎn)換到控制對象能夠接受的基本論域。設偏差的量化因子為，偏差變化的量化因子為，輸出變量的比例因子為，偏差和偏差的變化分別量化為和，輸出變量為。一維模糊控制系統(tǒng)示意圖如圖2.3所示：

圖2.3  模糊控制器示意圖

    對于設定偏差、的論域X，將誤差大小量化為9個等級，既是：X={-1、-2、-3、-4、-5、-6、0、1、2、3、4、5、6}。對于控制量的論域Y，其控制器可以量化為9個，即為Y={-1、-2、-3、-4、-5、-6、0、1、2、3、4、5、6}。對于輸入輸出變量模糊子集的定義關(guān)鍵是確定隸屬函數(shù)，在確定隸屬函數(shù)時掌握的原則是：a. 表示隸屬函數(shù)的模糊集必須是凸模糊集；b. 變量所選取的隸屬函數(shù)通常是對稱和平衡的；c. 隸屬函數(shù)要遵從語義順序；d. 論域中的每個點應該至少屬于一個隸屬函數(shù)的區(qū)域，至多兩個隸屬函數(shù)的區(qū)域；e. 對同一個點沒有兩個隸屬函數(shù)會同時有最大隸屬度；f. 當兩個隸屬函數(shù)重疊時，重疊部分的任何點的隸屬函數(shù)的和應該小于等于1，根據(jù)以上的原則，以及簡化計算選擇三角形隸屬函數(shù)。

表2.1  模糊控制規(guī)律圖

    取輸出的基本論域為{-0.06,0.06}，的模糊論域取[-6，+6]，模糊集為{NB，NS，ZO，PS，PB}，控制量的論域為[4，20]mA,其最大值為20mA，最大增量一般是最大值的2％，如選為5×2％＝0.2，那么的初選值為。的隸屬函數(shù)也選擇為三角形隸屬函數(shù)

可得比例因子=0.0189。的隸屬函數(shù)選擇為三角形隸屬函數(shù)。反模糊化采用重心法，即（2-2）式：

（2-2）示

    為第n條規(guī)則結(jié)論部分隸屬函數(shù)的特征值，是第n條規(guī)則的輸出控制量模糊集的隸屬度。控制器采用增量形式，即：，可得控制查詢表如表2所示。當偏差達一定量小時，引起靜差，為消除靜差，引入量，所以總輸出可以表示為 。

三、結(jié)語

    本文提出的模糊控制理論技術(shù)，是基于模糊控制理論進行模糊控制器的設計及其模糊推理方法，并結(jié)合相應的算法算術(shù)平均值與分批估計相結(jié)合的融合算法，對室溫數(shù)據(jù)進行實驗，在數(shù)據(jù)測量的精確度有了很大的提高。

參考文獻

    【1】 韓紅.基于模糊推理的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法.計算機工程與應用，2003.45

    【2】 杜曉坤.基于byaes估計的多傳感器最優(yōu)融合.工業(yè)控制計算機,2005.25

(本文來源：陜西省土木建筑學會      文徑網(wǎng)絡：呂琳琳  尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)

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