環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫、濕度模糊控制案例分析

環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫、濕度模糊控制案例分析III傳統(tǒng)的溫、濕度閉環(huán)控制通常采用開關(guān)控制或PID控制，前者實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但精度差，后者精度高，但需建立數(shù)學(xué)模型，參數(shù)整定要求較高，而在溫濕度非線性復(fù)雜變化的環(huán)境下，不易精確建模。模糊控制理論是能夠模擬人腦智能，隨環(huán)境變化的自適應(yīng)控制技術(shù)，適合于非線性系統(tǒng)和難以用數(shù)學(xué)模型精確描述的復(fù)雜系統(tǒng)。進(jìn)一步可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理結(jié)合的控制新模式。1環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫、濕度監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)見圖1。溫、濕度傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理，輸入到模糊控制算法模塊，產(chǎn)生決策信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)件（加熱器、制冷器、加濕器、除濕器），保持環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫、濕度恒定在設(shè)定值。設(shè)定值。2控制系統(tǒng)模糊控制機(jī)理典型的模糊邏輯控制由模糊化、模糊推理和清晰化三部分組成。下面以溫度控制為例來(lái)具體說(shuō)明。依據(jù)傳統(tǒng)模糊控制模型，本設(shè)計(jì)中溫度模糊控制系統(tǒng)原理如圖2據(jù)傳統(tǒng)模糊控制模型，本設(shè)計(jì)中溫度模糊控制系統(tǒng)原理如圖2所示。模糊控制器選用雙輸人單輸出控制方式，以溫度誤差e和誤差變化率ec作為輸入變量，以u(píng)作為輸出變量。模糊子集為E=EC=U={NB，NM出變量。模糊子集為E=EC=U={NB，NM，NS正中，正大），其論域?yàn)椋篹=ec=u=[-3，3]={-3,如圖3所示。ZE，PS，PM，PB}={負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，-2,-1,0，1,2,3}。隸屬度函數(shù)采用三角分布函數(shù)，箜里iFL電I/MiF二根據(jù)控制系統(tǒng)的輸入/輸出特性，以消除溫度偏差為控制目標(biāo)，制訂控制規(guī)則如表1所示。?]模糊控制規(guī)剜破NRNMNSZEPSPMPBUPBPBP抬PBPMPS2EPbPIMFMPM1如ZEZE倒PBPMPMPSZEZENSPMPSIEN￡NSNMPMZENSNSMMPS吁ZENSMMNMNBpmZEZENMNMNBNBPBZK7ENMMBNH村聽由模糊規(guī)則進(jìn)行推理可以得出模糊控制器語(yǔ)言規(guī)則的輸入輸出關(guān)系，其關(guān)系是一個(gè)非線性的關(guān)系曲面。當(dāng)偏差較大時(shí)，控制量的變化應(yīng)盡力使偏差迅速減小；當(dāng)偏差較小時(shí)，除了要消除偏差外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)沖，甚至引起系統(tǒng)振蕩。由隸屬度函數(shù)及規(guī)則表，使用Mamdani推理方法和面積重心法進(jìn)行清晰化，可得到控制查詢表。

EC一3-1Q+1+2+3V■3H-3十3七3十3+2+10-2+3+2+2+1+】0-1+34-2+3+1(107—G+10—I—2=-2+04-3+24-10-]+1+】fl0一1-2-2-3+200-1-2-i-S+30—1-2-3一布廿藉對(duì)應(yīng)輸出量U實(shí)際意義如表3所示。表事糖出的實(shí)際意哭加曲器r?格始隼）制泠踱單〉小功率加熱幼率倒嘩Jt新率則冷十3JJXX4-2JXXX-FlXVXXXXXX-IXXVXqXXX4-3XXJIt'11注：V表示啟動(dòng)；X表示不啟動(dòng)工作機(jī)理：依照模糊控制查詢表建立的二維常數(shù)數(shù)組，將輸入偏差E和偏差變化率EC量化到其基礎(chǔ)變量論域，作為數(shù)組的行和列實(shí)時(shí)檢索該查詢表，得到實(shí)時(shí)輸出U，依照輸出量U的實(shí)際意義控制加熱器或制冷器，從而驅(qū)使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過(guò)程采用ST語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，包括主程序、模糊控制算法、中斷服務(wù)程序、操作命令與報(bào)警程序，其中模糊控制算法程序流程圖如圖4所示。

中戶"整戶K?圖1模糊控制算法流程圖誤如［gj變化站比［*/日勵(lì)出戒用［47匕］通過(guò)亂燈,找代）計(jì)WM*）中戶"整戶K?圖1模糊控制算法流程圖誤如［gj變化站比［*/日勵(lì)出戒用［47匕］通過(guò)亂燈,找代）計(jì)WM*）如A—*，讓17式*）舟“>雌戶我日仃鼬打稔A叫止戶KMt宿戶也妣5開始4應(yīng)用效果外部環(huán)境溫度從16°c降溫到-20°C，應(yīng)用效果如圖5所示，從開始到基本穩(wěn)定（與設(shè)定值相差±1°C）用時(shí)510s,系統(tǒng)穩(wěn)定后波動(dòng)范圍在士O.8C以內(nèi)。收斂速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與量化因子、比例因子有關(guān)，合理選擇量化因子、比例因子，在收斂速度與穩(wěn)定性之間取得平衡。

5結(jié)語(yǔ)本設(shè)計(jì)采用基于模糊控制理論的控制策略，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度的可靠測(cè)量和控制，具有精度高、穩(wěn)定性好、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，與傳