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制冷系统中温度和湿度的模糊控制

摘要

在冷库中质量保存的食物和制冷系统的能量消耗依赖于装置的控制。在这篇文章中，将讨论如何改进基于模糊逻辑的制冷系统的策略。为了发展这种物理概念的控制器了解其动态过程是必要的。因此，热力学模型被用于分析冷库的动态性能，尤其是温度和相对湿度的耦合。有了这些知识加之制冷工程师的经验知识，一些符合规则的制冷系统被提出，因此，实施模糊逻辑的方法被利用。模糊逻辑的设计考虑到用简单直接的方式量化动态的温度和湿度。一项关于制冷设备和仿真调查结果显示，模糊控制给出了一些仿真过程的描述等，了解了扰乱的影响和设置点

1导言

冷冻是储存食物最常见的方法，制冷的目的是有质量的储存，其关键的参数是温度和湿度，否则，当货物被储存时可能干燥，这些参数通常被保持在一定的数量级。但这并不意味着他们是唯一确定储存条件的参数。例如：空气流速也很重要。

Bang-bang控制器仍然是最广泛被用于的冷库的温度控制。尽管它很重要，但是相对湿度往往没有被控制。在很多情况下，加湿器被利用，虽然回带来象蒸发器除冰和电力消耗增加等的额外问题。

日益增加的对食品质量要求和对制冷系统电能的低消耗，往往不能满足在此领域的概念控制。在此项工作中，象素变压缩机和蒸发器风扇的连动装置利用可能会带来好处，所以基于先进理论的控制概念将被探索出来。事实是，模糊逻辑对制冷系统是实施基于规则控制策略的一个有用

2制冷系统

图1显示了一个制冷系统的典型结构。一个共同的蒸汽压缩制冷周期用来从冷库中吸收热量，冷库中空气与蒸发器之间的热量交换通过风扇加强。为了除蒸发器上的霜通常安装电加热器（功率）。过程被打乱通常由于开门、装、卸货物或是环境的改变。这里假设压缩机的制冷器（）和蒸发器风扇（）连续工作的，虽然这样的连动器已经面市，但是，它们不经常用于制冷系统中。目前工作的目的是了解其可能性，以期在新的控制策略中利用这种连动装置。

图1制冷系统

3.仿真模型

在Kaisersiautem大学,SIMORES模型(制冷系统的仿真模型)的发展是为了仿真整个制冷系统的动态过程.如图2所示,该模型的结构具有模块化.最主要的子系统有:冷库空气、墙体、货物、制冷机、结霜蒸发器表面、除霜妻、风扇、门和环境。尤其是不同子系统之间能量和物质流动的相互作用应该被考虑（其作用用箭头在图2中示出）。

图2SIMORES的模块结构

SIMORES的建模由上而下。每一个子系统由一组基于，象热量和物质传递一样的，能量和物质平衡的微分和代数方程组成，子系统的描述应尽可能的简单，目的是尽量合理的表示整个系统的动态。输入仅需要一个小参数，如果这些参数不可用，他们将从物理硬件的角度分析。

这些模型的实施在防真系统MATLAB/SIMlJLINK下进行。为了对这些微分方程的数值积分，Runge-Kuaa的方法是可用的，为解决代数循环实施了积分的方式。此外，必须认定这个系统的参数是可变化的，例如，水可经历相变（结冰、融化），从而形成了一个高度非线形的结构。

例如，冷库中能量和物质的平衡的微分方程是：

在此模型基础上，不同子系统之间的整个动态过程是可以被分析的，例如，分析干扰过程的影响。

此外，该模型可用于分析和优化现有的控制系统，以及为设计、改善新的控制策略。

4．温度和湿度耦合的研究

这个仿真模型有以下作用，例如，研究冷库的动态行为以了解扰乱或设置点变化的影响。在图3中冷库中的动态结果在以温度T和相对湿度ф的坐标中给出。该曲线给出了热量（a），湿度（b），增加的冷量（c），增加的风扇功率（d）的结果，以及从稳定点的过程。图3示出了两个重要的规律：

温度的变化直接导致相对湿度的变化（曲线a），但湿度对温度的影响很小（曲线b）

压缩机（c）和风扇（d）功率的改变对温度和相对湿度有显然的影响，因此，蒸发器风扇有可能改变冷库系统中的相对湿度

如温度和湿度等物理参数耦合控制的研究是有可行的，这种控制策略的事实

称为模糊控制。

图3扰动和冷量或风扇功率对冷库温度T和相对湿度ф的影响

5温度和湿度的模糊控制器

5.1控制系统的结构

图4显示了模糊控制系统的反馈和进程。这个模糊控制系统包括一个温度模糊控制器和一个湿度控制器。温度模糊控制器的输入是温度误差eT和温度变化的误差。湿度模糊控制器的输入是湿度误差eφ和湿度变化的误差。这个模糊控制器的输出是制冷功率dPR和蒸发器功率dPF的改变。温度对湿度