摘要：對(duì)變頻式空調(diào)器的工作原理和模糊控制技術(shù)在變頻式空調(diào)器中的應(yīng)用進(jìn)行了入探討，并分析了其硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：空調(diào)器 變頻 模糊控制 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)
空調(diào)技術(shù)的目標(biāo)就是為要人們創(chuàng)造一個(gè)舒適的環(huán)境, 但從室內(nèi)而言，怛溫環(huán)境并非是衛(wèi)生和舒適的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。因?yàn)槌藴囟纫酝猓�有濕度、空氣流速等多種因素影響到舒適的程度。而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)大多采用簡(jiǎn)單的機(jī)械溫控開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定控制溫度，通過(guò)壓縮機(jī)的停開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的恒溫控制。這種以溫度為變量的行方式一方面忽略了影響人體舒適感的多因素性；另一方在由于壓縮機(jī)頻繁的起動(dòng)和停止，不僅壓縮機(jī)易損壞，且將造成一定的能量損耗。而采用模糊挖掘的變頻式空調(diào)器，可以自動(dòng)根據(jù)室內(nèi)的熱環(huán)境因素調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，為人們創(chuàng)造一個(gè)舒適環(huán)境；同進(jìn)也有利于節(jié)約電能，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。
1 變頻空調(diào)器的工作原理
變頻空調(diào)器采用由變頻壓縮機(jī)、電子膨脹閥、室內(nèi)外換熱器和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的可變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)，該系統(tǒng)主要完成三大調(diào)節(jié)功能，即壓縮機(jī)功率調(diào)節(jié)、制冷劑流調(diào)節(jié)和熱交換器能力的調(diào)節(jié)。其中壓縮機(jī)功率調(diào)節(jié)由變頻器完成，制冷劑流則由電子膨脹閥調(diào)節(jié)，而熱交換能力由風(fēng)扇調(diào)節(jié)。
變頻空調(diào)器采用模糊控制技術(shù)輸入作模糊技術(shù)處理后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多變量的動(dòng)態(tài)控制，其控制關(guān)系如圖1所示。它包括三個(gè)輸入量：室內(nèi)溫差及其隨時(shí)間的變化率，室內(nèi)熱換器管壁的溫度及其時(shí)間的變化率，室外熱換器管壁的溫度及其隨時(shí)間的變化率。輸出量包括對(duì)空調(diào)器和制冷、制熱、除濕、化霜、風(fēng)向、風(fēng)量等功能實(shí)行智能化控制.
變頻空調(diào)器的工作原理可參見(jiàn)圖2，它可分為模糊輸入接口、模糊推理判別決策機(jī)構(gòu)和模糊輸出接口三個(gè)部分。
模糊輸入接口主要功能是根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計(jì)算所選擇的系統(tǒng)輸入變量，并輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚磳⒃诒豢叵到y(tǒng)的溫度差及溫度差變化率的精確值轉(zhuǎn)化為模糊量，以便進(jìn)行模糊推理和決策。
模糊決策機(jī)構(gòu)的主要功能是根據(jù)輸入變量的模糊量和模糊推理規(guī)則表推出控制決策。
模糊輸出接口的主要的功能是把經(jīng)模糊推理決策后所得的模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確量，去控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2 模糊控制在變頻空調(diào)器中的實(shí)現(xiàn)
變頻空調(diào)器的控制器在自動(dòng)工作方式下，根據(jù)溫度和溫差變化率推斷出變頻器的工作頻率，進(jìn)而控制壓縮機(jī)的運(yùn)行速度。
2.1 精確量的模糊化
本系統(tǒng)采用目前廣泛采用的二維模糊控制器。設(shè)模糊變量為：e（溫差）、de/dt（溫差變化率）、?（輸出量）。相應(yīng)的模糊語(yǔ)言變量取值為：
e={負(fù)大（NB），負(fù)小（NS）,零（ZO），正小（PS），正大（PB）}
△e＝{負(fù)高（NH）, 負(fù)低（NL），零（ZO），正低（PL），正高（PH）}
}
?＝{零（ZO），低（L），高（H），最高（MH）}
精確量的模糊化主要是求各詞集成的隸屬函數(shù)。
2.2.1 溫差模糊子集的隸屬函數(shù)
可將溫差論域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}，通過(guò)統(tǒng)可得模糊變量e的統(tǒng)計(jì)表，如表1所示。
2.2.2 溫差變化率模糊子集的隸屬函數(shù)
設(shè)溫差變化論域劃分為7檔{-3,-2,-1,0,1,2,3}，通過(guò)統(tǒng)計(jì)可得模糊量de/dt的賦值表，如表2所示。
2.2.3 輸出量模糊子集的隸屬函數(shù)
設(shè)輸出量量論域?yàn)?檔{0，1，2，3，4，5，6}。通過(guò)統(tǒng)計(jì)可得輸出變量?的賦值表如表3所示。
2.2 模糊控制規(guī)則的形成
對(duì)于雙輸入單輸出模糊控制器，其控制規(guī)則可寫(xiě)成如下形式：
其中Ai：溫差e的模糊子集，Bj：溫差變化率de/dt模糊子集，Cij：輸出量?模糊子集。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析、歸納，可確定模糊控制規(guī)則如表4所示。
2.3 模糊推理
表4中的控制規(guī)則可表示成一個(gè)總的模糊關(guān)系R，即：
R的隸屬函數(shù)為：
當(dāng)輸入模糊變量分別取模糊集Aj、Bj時(shí)，根據(jù)模糊推理合成規(guī)則可得輸出量Cij：
Cij=(Ai×Bj)oR
則輸出量C的隸屬關(guān)系為：
 
根據(jù)以上公式得到的輸出量的隸屬函數(shù)后，采用加權(quán)平均法，則系統(tǒng)最終得出的精確量
f=∑(μf(fi)·fi)/∑μf(fi)
3 變頻空調(diào)器硬件系統(tǒng)
新型的變頻式模糊控制空調(diào)器實(shí)際上是一個(gè)多CPU控制系統(tǒng)，如圖3和圖4所示。它主要包括三個(gè)部分：紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)、室內(nèi)機(jī)組控制系統(tǒng)、室外機(jī)組控制系統(tǒng)。其中紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)是一個(gè)良好的人機(jī)交互系統(tǒng)，便用用戶(hù)選擇相應(yīng)的空調(diào)器工作方式和式作參數(shù)，控制空調(diào)器的開(kāi)停；室內(nèi)機(jī)組控制系統(tǒng)接收徠自于發(fā)射系統(tǒng)的遙控指令，借助于傳感技術(shù)，采用模糊邏輯推理自動(dòng)設(shè)定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)工作頻率，控制室愉風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速以及風(fēng)門(mén)的搖擺動(dòng)作，并且將有關(guān)的決策信息通過(guò)串行通信方式傳關(guān)到室外機(jī)助； 室外機(jī)助控制系統(tǒng)接收室內(nèi)機(jī)助的串行指令，利用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的制冷量連續(xù)調(diào)節(jié)。三者既相互獨(dú)立，又能有效地傳遞、交換信息，最終成為一個(gè)有機(jī)的整體，使之達(dá)到操作方便、工作可靠、技術(shù)性能穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高等期望結(jié)果。
4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
變頻式模糊控制分體空調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)為室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)和遙控器三部分。室內(nèi)機(jī)與遙控器之間通過(guò)紅外信號(hào)編碼傳遞控制指令，室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)之間由串行通信接口傳送信息。
室內(nèi)機(jī)是控制系統(tǒng)的核心。其軟件控制系統(tǒng)由主程序和若干子程序組成。子程序包括三個(gè)層次，最高層次有制冷子程序、除濕子程序、快速／超靜子程序、應(yīng)急控制子程序；中間層次有風(fēng)機(jī)速度控制子程序、風(fēng)門(mén)步進(jìn)電機(jī)控制子程序、紅外遙控指令輸入捕捉中斷子程序、實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)子程序、IRQ外部中斷報(bào)務(wù)子程序；最低層次不串行通信子程序、數(shù)據(jù)采集及濾波子程序、延時(shí)子程序、報(bào)警提示子程序、模糊推理機(jī)等。其主要程序流程圖如圖5所示。
室外機(jī)控制系統(tǒng)軟件可分為壓縮機(jī)變頻控制模塊，與室內(nèi)機(jī)的通信模塊和信號(hào)采集、控制輸出三大模塊。其中變頻控制軟件是室外機(jī)控制系統(tǒng)的核心。其主程序流程圖如圖6所示。
變頻式空調(diào)器，采用 模糊控制技術(shù)可根據(jù)周?chē)h(huán)境狀況自動(dòng)采取最佳運(yùn)行方式，以達(dá)到最舒適的環(huán)境。它抗干擾能力強(qiáng)，成本低，又省電，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
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