電冰箱模糊控制的算法及應(yīng)用

1、河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Journal of Henan Normal Universit y (Natural Science)第33卷第2期2005年5月M ay. 2005Vol. 33 N o. 2文章編號(hào):1000 - 2367 (2005)02 - 0125 - 03電冰箱模糊控制的算法及應(yīng)用趙明富1 ,張聰品2，吳東芳3（1.河南科技學(xué)院電子工程系，河南新鄉(xiāng)，453003;2.河南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)，453007 3.平原大學(xué)信息工程學(xué)院，河南新鄉(xiāng),453003 ）摘要：將模糊控制技術(shù)用于電冰箱上，在冰箱內(nèi)可實(shí)現(xiàn)溫度和除霜的模糊控制，使電冰箱以最優(yōu)方式運(yùn)

2、行，保持冰箱內(nèi)的最佳溫度和濕度，實(shí)現(xiàn)食品保鮮和冰箱節(jié)能.關(guān)鍵詞:電冰箱；溫度模糊控制；除霜模糊控制中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A家用電冰箱一般有冷藏室和冷凍室，冷藏室溫度范圍為 010 C ,冷凍室溫度范圍為-6-24 C.顯然，傳統(tǒng)的機(jī)械式、電子式冰箱是通過(guò)控制蒸發(fā)器的溫差或箱內(nèi)溫差來(lái)控制壓縮機(jī)、風(fēng)扇的開(kāi)停狀態(tài)及風(fēng)門大小的，因而使冰箱內(nèi)保持一定低溫而保質(zhì)保鮮的.但冰箱內(nèi)的溫度要受環(huán)境溫度、存放物品的初始溫度、熱容量、充滿率及開(kāi)門頻繁度等因素的影響，冰箱內(nèi)的溫度場(chǎng)分布極不均勻，因此要使箱內(nèi)食品保持一定溫度、對(duì)壓縮機(jī)的控制方法就很難用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，而采用模糊控制技術(shù)可達(dá)到最佳控制效果

3、.1電冰箱的模糊控制系統(tǒng)家用電冰箱的發(fā)展趨勢(shì)，除了無(wú)氟大容量外，主要采用多門分體結(jié)構(gòu)或多通道風(fēng)冷式結(jié)構(gòu).為滿足這種需要,本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的是溫度的模糊控制和除霜的模糊控制.溫度控制通過(guò)傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度、各室溫度及開(kāi)門的頻繁度，利用模糊推理規(guī)則控制壓縮機(jī)、風(fēng)扇及風(fēng)門狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)食物最佳的保持溫度.除霜控制則是根據(jù)霜層厚度，選擇在門開(kāi)啟間隔最長(zhǎng)的時(shí)間段使電熱絲快速通電除霜，這樣對(duì)食品溫度的影響最小,最有利于食品保鮮.圖1為上述模糊控制系統(tǒng)的原理框圖.冷凍室傳感器、冷藏室傳感器、化霜傳感器和室溫傳感器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)經(jīng)放大器電壓放大后供單片機(jī)采樣分析，這些傳感器均為NTC熱敏電阻.電源電壓檢測(cè)電路可準(zhǔn)確檢

4、測(cè)出電壓的波動(dòng)情況，為壓縮機(jī)的過(guò)、欠壓保護(hù)提供依據(jù).開(kāi)門檢測(cè)電路可檢測(cè)出箱門的開(kāi)閉狀態(tài)及開(kāi)閉時(shí)間的長(zhǎng)短.風(fēng)門位置檢測(cè)電路用來(lái)檢測(cè)風(fēng)門的開(kāi)閉狀態(tài)及開(kāi)啟度的大小.按鍵和顯示電路可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，顯示電路由L ED顯示和數(shù)碼管顯示兩部分組成;L ED用來(lái)顯示冰箱的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)碼顯示則為維修人員全面檢查冰箱故障提供重要依據(jù).語(yǔ)音電路可發(fā)出“請(qǐng)您關(guān)門”等簡(jiǎn)單語(yǔ)句.輸出電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)門電機(jī)、風(fēng)扇、臭氧發(fā)生器及除霜電熱絲工作.狀態(tài)控制器可保證單片機(jī)在強(qiáng)干擾環(huán)境下正常工作.2溫度的模糊控制電冰箱的溫度控制一般以冷藏室溫度為控制目標(biāo)，根據(jù)箱內(nèi)實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的偏差來(lái)控制壓縮機(jī)的開(kāi)停狀態(tài)，使箱內(nèi)食品保持

5、最佳溫度.控制以環(huán)境溫度、箱內(nèi)溫度及其變化率為研究對(duì)象.電冰箱通過(guò)壓縮機(jī)驅(qū)使制冷劑快速循環(huán)，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱膨漲后使箱內(nèi)食品溫度降低而實(shí)現(xiàn)保質(zhì)保鮮.當(dāng)環(huán)境溫 收稿日期:2004 - 06 - 12基金項(xiàng)目：河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（0424300007 ）作者簡(jiǎn)介：趙明富（1964 -）,男，河南新鄉(xiāng)人，河南科技學(xué)院副教授，主要從事EDA技術(shù)和家用電器控制技術(shù)工作9 L994-20仙 hiiKi AcsdifmicPublishAll（ llJiIs- rcstrved,hJlp:打評(píng)126河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005 年 994-2(108 Cliiiw Acadwik-

6、JkiuriialPuhlishiEig House, All jiglits reserved,126河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005 年圖1電冰箱模糊桂制原理圖度變化時(shí)，蒸發(fā)器表面的溫度也會(huì)相應(yīng)變化，提供的冷量也會(huì)變化.另外壓縮機(jī)工作時(shí)提供的冷量，一部分使貯藏的食品降溫，一部分通過(guò)箱 體向外散發(fā)，另一部分在箱體開(kāi)門時(shí)向外散發(fā)因此在不同環(huán)境溫度下，使冰箱內(nèi)的食品保持一定的貯藏溫度，壓縮機(jī)的工作條件會(huì)大不相同.由此設(shè)計(jì)的模糊控制方案歸納為：根據(jù)箱內(nèi)溫度T、溫度變化率 T、環(huán)境溫度（室溫）t和開(kāi)門時(shí)間長(zhǎng)短 D來(lái)決定本次控制所需的制冷量，冷量多少由壓縮機(jī)工作時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)提供，相應(yīng)的模糊控制框

7、圖和隸屬度函數(shù)分別如圖 2和圖3所示.模糊推理則可表示為：幵門時(shí)間検短壓鏑機(jī)開(kāi)停網(wǎng)闌轉(zhuǎn)速推.Tt：風(fēng)門開(kāi)啟度_泄進(jìn)遢卷一於藏寶溫度變此串環(huán)境溫度（室謐）if T = L and T = M and t = L and D = S then Q( F) = s圖2霜內(nèi)溫度模潮控制框圖if T = H and T = L and t = M and D = M then Q( F) = mif T = H a nd T = H a nd t =H and D = L then Q（F） = b式中L、M、H分別表示溫度、溫度的變化率、環(huán)境溫度的模糊集為低、中、咼三檔；S、M、L分別表示開(kāi) 門時(shí)間的

8、模糊集為短、中、長(zhǎng)三檔；Qr/r或F分別表示所需的制冷量和風(fēng)門 的開(kāi)啟程度，用s、m、b分別表示制冷 量的少、中、多和風(fēng)門開(kāi)啟度的小 中、大3除霜的模糊控制ooD/iinQ/F圖3握度模糊控制追屬度函轂在使用電冰箱的過(guò)程中，冷凍室蒸發(fā)器的表面溫度很低，冷凍室內(nèi)的空氣和食物中的水分聚集在蒸發(fā)器表面而結(jié)霜霜層越厚，熱交換效率越低，這樣就增大了冰箱的耗電量 因此，在風(fēng)冷式冰箱冷凍室的周圍安裝有除霜裝置除霜措施是在蒸發(fā)器的表面設(shè)置電熱絲，除霜時(shí)壓縮機(jī)停機(jī)、電熱絲通電發(fā)熱使蒸發(fā)器表面溫度回升而快速化霜顯然，除霜過(guò)程中除霜的控制目標(biāo)是對(duì)食品溫度的影響最小因此，一般在冰箱溫度最穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行快速除霜除霜的模

9、 994-2(108 Cliiiw Acadwik- JkiuriialPuhlishiEig House, All jiglits reserved,第2期趙明富等：電冰箱模糊控制的算法及應(yīng)用127，由此實(shí)現(xiàn)以最佳方式除霜壓綢機(jī)累計(jì)運(yùn)齊時(shí)間模!?霜厚度除紙揩專推弄門頻戳瓏?yán)砟：评砜蛱镏Χ入x中低購(gòu)OFFOFFON中OFFOFFON厚OFFONOFF開(kāi)門頻掰匪r/hQ/ainD糊控制方案為：根據(jù)壓縮機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間T、蒸發(fā)器表面的著霜厚度 Q及箱門開(kāi)啟的頻繁度 D作出是否除霜、何時(shí)除霜、加熱器通電多長(zhǎng)時(shí)間的指令，相應(yīng)的模糊除霜推理框圖、隸屬度函數(shù)如圖4和圖5所示.表1列出了電熱絲狀態(tài)與

10、著霜厚度及箱門開(kāi)啟頻繁度之間的推理規(guī)則 表1除II推理規(guī)則乘用上述模糊控制技術(shù)不僅酯實(shí)現(xiàn)冰箱溫度的模糊控制和智能K5摸柵除搭隸廉度語(yǔ)數(shù)采用上述模糊控制技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)冰箱溫度的模糊控制和智能除霜控制；而且在溫度傳感器失效時(shí)，根據(jù)自適應(yīng)系統(tǒng)能自動(dòng)控制壓縮機(jī)的開(kāi)停機(jī)時(shí)間，使冰箱正常工作采取新型的過(guò)欠壓保護(hù)措施，可在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的地區(qū)使冰箱在寬電壓范圍內(nèi)仍能正常工作.根據(jù)模糊推理規(guī)則，合理控制壓縮機(jī)的開(kāi)、停機(jī)時(shí)刻，降低壓縮機(jī)開(kāi)、停機(jī)的頻繁度，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電.因此，模糊控制技術(shù)將是電冰箱節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方 向，也將廣泛應(yīng)用于其它制冷設(shè)備上同時(shí)配合變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，將從整體上提高電冰箱的

11、控制技術(shù)，有利于冰箱的換代升級(jí)，提高在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力參考文獻(xiàn)1 劉獻(xiàn)心，黃布毅模糊控制技術(shù)在家用電冰箱上的應(yīng)用J 家用電器科技，1996，(5) :31 - 33.2 周 澤.電冰箱的模糊控制技術(shù)J .家用電器科技，1997，：39 - 42.3 黃布毅，崔光照.模糊控制技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用M .北京 沖國(guó)輕工業(yè)出版社，1998 ,180 - 200.4 余永權(quán)，曾 碧.單片機(jī)模糊邏輯控制M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1995，145 - 175.5 竇振中.模糊邏輯控制技術(shù)及其應(yīng)用M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1995，98 - 106.CalculationWay and

12、 Applications of the Fuzzy Controlin Refrigerator123ZHAO Ming2fu ,ZHAN G Cong2pin ,WU Dong2fang(1. Depart me nt of Electro nic Engin eeri ng , He nan In stitute of Scie nee a nd Tech no logy ,Xin xia ng 453003 ,Ch ina ;2. College of Computer and In formati on Tech no logy , He nan Normal Un iversity

13、 ,Xi nxia ng 453007 ,Chi na ;3. College of Information Engineering ,Pingyuan University ,Xinxiang 453003 ,China)Abstract : We use for the f uzzy control technique to refrigerator ,realize the fuzzy control of the temperatures and divide frost in the refrigerator , make refrigerator circulated in a superior way , keeping the best temperature and degree of humidity in2 side the ref rigerator , realize protecting f resh of the food a