制冷空调系统的模糊控制实现

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:510

作者：湖北武汉华中理工大学控制科学与工程系（430074）陈曦李炜

来源：《电子技术应用》

摘要：在制冷空调系统中采用电子膨胀阀代替传统的热力膨胀阀，将为各种调节控制技术的应用提供广阔的前景。介绍了模糊控制器的设计及其在制冷空调系统中的应用。 关键词：模糊控制器制冷空调系统电子膨胀阀

采用蒸汽压缩式制冷循环的制冷空调系统的制冷量是通过调节制冷剂的循环量来实现的。而制冷剂的循环量通常采用热力膨胀阀来控制调节，目的是保证制冷量与热负荷相匹配，使蒸发器出口制冷剂的过热度稳定在一定范围内。但热力膨胀阀感温系统的热惯性大，滞后现象严重，导致控制系统性能不佳，甚至会出现控制不稳定、失控等现象。

随着电子膨胀阀的出现，对膨胀阀的开度控制逐步简便，通过单片机、ｐｃ机对制冷系统实行控制是大势所趋。由于制冷系统具有滞后大、非线性的特点，存在很多不确定的外界因素，很难建立精确的数学模型。目前，控制领域还大量采用ｐｉｄ控制方式。ｐｉｄ参数的选择及调整不便仍是普遍存在的难题。

模糊控制是近十年来发展最快的一项控制技术，已成功地应用于各种各样的控制系统中。因为引入了人类的逻辑思维方式，使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力，有很强的鲁棒性和稳定性，因而特别适用于没有精确数学模型的实际系统。本文将简单实用的模糊控制方法引入制冷空调系统中，取得了一定的成果。

１制冷模糊控制系统原理

制冷模糊控制系统原理图如图１所示。

模糊控制器有单输入单输出型和两输入单输出型两种常用型式。为了提高控制精度和速度，我们采用两个输入为偏差和偏差变化率及控制变量输出的两输入单输出控制方式。

输出所得到的过热度与设定的过热度比较，形成反馈回路，其结果误差ｅ作为模糊控制器的输入量。误差ｅ和误差变化率δｅ作为输入量，经过模糊控制器模糊化成为模糊矢量和δ。再由、δ和模糊关系控制规则（模糊关系矩阵），根据推理合成规则进行模糊决策，得到控制量。

２模糊控制器的设计

模糊控制器的实现是由３部分组成的：实测值的模糊化、模糊关系矩阵的获取、模糊决策。

2.1 实测值的模糊化

因为在模糊逻辑推断中运用了语言变量，而模糊控制器的输入、输出是确定值，所以要求有模糊化过程——将输入的确定输入值变成模糊变量值，以实现调节和控制作用。

设计模糊控制器的第一步是确定语言变量、语言值和隶属函数。例如：语言变量 “蒸发器出口制冷剂的过热度”可以取各种语言值，如“过热度很大”、“很小”、“适中”。那么，多个语言值的集合就构成了语言变量的取值范围。而一个语言值，如“过热度很大”，其物理意义则包含了模糊信息，可以用一个隶属函数来描述。隶属函数有多种形式，实际控制系统中常用三角形、梯形和ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ来作为隶属函数。

本文涉及的模糊控制器有两个输入信号和一个输出信号，分别为：

（1）输入语言变量之一，记为，是蒸发器出口过热度偏差，＝ｓ－ｙ°ｃ

（2）输入语言变量之二，记为δ，是蒸发器出口过热度偏差变化率，δ＝[ｅｉ＋１－ｅｉ]°ｃ；

（3）输出语言变量，记为ｕｔ，是电子膨胀阀在６秒周期内连续开启的时间，单位为秒，它对应电子膨胀阀开度大小。