中央空调温度模糊控制器的设计.doc

中央空调温度模糊控制器的设计 目 录 摘要 模糊控制器理论和基本结构 2.1模糊化 2.2知识库 2.3模糊推理机 2.4解模糊 中央空调系统控制方法 3.1控制目标和被控对象建模 3.2系统控制方案的设计 中央空调模糊控制器的设计 系统硬件设计 5.1单片机系统设计在现代化的楼房大厦中,大多数采用了中央空调统一供热、制冷的方法。在每一个房间内都安装了热交换器和循环风机,通过设定风机的转速来改变换热量的大小,调节房间的温度。一般的控制器可以设定“高/中/低/关”四种模式。但这种控制方法的缺点是房间温度需要手动调节,各种环境因素的变化常常会使人们感到不适。 　　由于被控对象具有较大的惯性和迟延,受各种因素变化影响,因而对象的传递函数具有非线性和时变特性;对于各个空调控制器,由于房间情况和安装情况不同导致对象特性不同,采用常规PID控制难以取得较好的控制效果。而模糊控制是基于模糊规则的控制,可以引入设计者的经验,对非线性对象、大惯性大迟延对象以及数学模型不太清楚的对象都可以取得较好的控制效果,具有较好的鲁棒性。 　　法国ST公司生产的ST62系列单片机,具有优良的噪声免疫能力,可以直接与电力线连接,能为一般民用 　　电器的设计提供一种可靠性高、成本低的解决方法。基于ST62系列单片机,本文提出了具有实用价值的房间温度模糊控制器的设计方案。 图1模糊控制器的基本结构 图1中，是SISO被控对象的输入，是被控对象的输出，是参考输入，是误差。图中虚线框内的就是模糊控制器(FC)，它根据误差信号产生合适的控制作用，输出给被控对象。模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分组成，各部分的作用概述如下。 2.1模糊化 模糊化接口接受的输入只有误差信号，由再生成误差变化率或误差的差分，模糊化接口主要完成以下两项功能。 ⑴论域变换：和都是非模糊的普通变量，它们的论域（即变化范围）是实数域上的一个连续闭区间，称为真实论域，分别用X和Y来代表。在模糊控制器中，真实论域要变换到内部论域和。如果内部论域是离散的（有限个元素），模糊控制器称为“离散论域的模糊控制器”(D－FC)，如果内部论域是连续的（无穷多个元素），模糊控制器称为“连续论域的模糊控制器”(C－FC)。对于D－FC，，＝{0±整数}；对于C—FC，，＝[－l，1]。无论是D－FC还是C－FC，论域变换后，变成，，相当乘了一个比例因子（还可能有偏移）。 ⑵模糊化：论域变换后和仍是非模糊的普通变量，对它们分别定义若干个模糊集合，如：“负大”(NL)、“负中”(NM)、“负小”(NS)、“零”(Z)、“正小”(PS)、“正中” (PM)、“正大”(PL)，…，并在其内部论域上规定各个模糊集合的隶属函数。在t时刻输入信号的值，经论域变换后得到，，再根据隶属函数的定义可以分别求出，对各模糊集合的隶属度，如、、…，这样就把普通变量的值变成了模糊变量（即语言变量）的值，完成了模糊化的工作。注意在这里，既代表普通变量又代表模糊变量，作为普通变量时其值在论域，中，是普通数值；作为模糊变量时其值在论域[0，1]中，是隶属度。 2.2 知识库 顾名思义，知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心。知识库又分为两部分，分别介绍如下。 ⑴数据库（data base） 它虽然叫作数据库，但并不是计算机软件中数据库的概念。它存贮着有关模糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，如前面已经介绍的模糊化中的论域变换方法、输入变量各模糊集合的隶属函数定义等，以及将在下面介绍的模糊推理算法，解模糊算法，输出变量各模糊集合的隶属函数定义等。 ⑵规则库（rule base） 其中包含一组模糊控制规则，即以“IF…，THEN…”形式表示的模糊条件语句，如 其中，和就是前面所说的语言变量和，Al，A2，…，An是的模糊集合，B1，B2，…，Bn是的模糊集合，Cl，C2，…，Cn 是的模糊集合。 在12.4节中已经讲过，每条控制规则是一个在积空间中的模糊关系，，，，如果皆为离散论域，还可以写出模糊关系矩阵Ri，i＝1，2，…，n。规则库中的n条规则是并列的，它们之间是“或”的逻辑关系，因此整个规则集的模糊关系为 2.3模糊推理机 由介绍的模糊推理方法我们知道，模糊控制应用的是广义前向推理。在t时刻若输入量为和，，，若论域都是离散的，在上对应矢量，在上对应矢量，则推理结果是上的矢量， 2.4解模糊 解模糊可以看作是模糊化的反过程，它要由模糊推理结果产生控制ul的数值，作为 模糊控制器的输出。解模糊