基于空氣加濕器的模糊控制器設計

1、基于空氣加濕器的智能控制器設計摘要：加濕器是一種可以增加房間濕度的家用電器，可以給指定房間加濕。在日常生活中加濕器得到了廣泛的應用，但是現(xiàn)在有的加濕器都需要手工控制開啟和關閉并且不具備對室內(nèi)空氣溫濕度的監(jiān)測，人們在使用過程中存在過度加濕和干燒的問題，不僅給室內(nèi)空氣舒適度造成負面影響并且還存在安全隱患。因此開發(fā)設計一種具有自動控制功能的加濕器顯得尤為必要。本設計采用智能控制，實現(xiàn)加濕器的智能開啟和關閉。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量和健康的要求愈來愈高。空氣加濕器就是這樣慢慢的走進全球的很多家庭當中，成為干燥地區(qū)家庭不可缺少的一種小型家電產(chǎn)品。近年來發(fā)展起來的模糊控制是一種智

2、能的非線性控制方法，在家用電器和其他嵌入式控制系統(tǒng)中取得了很好的控制效果。本文結(jié)合空氣加濕器的具體應用，設計了其智能控制器（包括常規(guī)PID控制器和常規(guī)模糊控制器）。根據(jù)測定，人感覺最舒適的環(huán)境溫度在25左右，相對濕度在45%55%RH這個區(qū)間，過低的相對濕度會造成皮膚干裂及瘙癢等現(xiàn)象，合適的相對濕度會使人感覺非常舒適，維護人體健康，提高工作效率。因此設計時相對濕度低于40%R時自動加濕。假設系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=e/（11S+1）。一基于simulink的常規(guī)PID控制器的仿真及其調(diào)試：常規(guī)PID控制算法以其計算量小、實時性好、易于實現(xiàn)等特點廣泛應用于過程控制。當建立起控制對象的精確數(shù)學

3、模型時,只要正確設定參數(shù)K、K和K,PID控制器便可實現(xiàn)其作用。PID控制本質(zhì)上是一種負反饋控制，特別適用于過程的動態(tài)性能良好而且控制性能要求不太高的情況。它包含三種控制策略：比例控制、積分控制、微分控制。圖1 基于simulink的常規(guī)PID控制器的仿真結(jié)構(gòu)圖調(diào)節(jié)后的K，K，K分別為：10 ，1， 0.05。示波器觀察到的波形為：圖2 常規(guī)PID控制器仿真圖二基于simulink的常規(guī)模糊控制器的仿真及其調(diào)試：模糊控制器的輸入、輸出量都是精確的數(shù)值，而模糊控制器采用模糊語言變量和模糊邏輯推理，因此必須將輸入變量變換成模糊語言變量，這個過程稱為精確量的模糊化；然后進行模糊推

4、理；最后將控制策略轉(zhuǎn)換為一個精確的控制變量值，即去模糊化，并對輸出控制變量進行控制。本系統(tǒng)采用二維模糊控制器，以濕度誤差和誤差的變化率作為模糊控制器的輸入信號，模糊控制器輸出控制量U。(1)確定語言變量、語言值和隸屬度函數(shù)。本文涉及的模糊控制器有兩個輸入信號和一個輸出信號，分別為：1) 輸進語言變量之一，記為e，是濕度設定值和實際濕度的偏差，e=s-40。2) 輸進語言變量之二，記為de/dt是偏差的變化率。3) 輸出語言變量，記為u,是室內(nèi)加濕器的控制電壓，單位為V。圖3 模糊推理系統(tǒng)編輯器(2)然后進行輸入量和輸出量的量化：將偏差e分為五級：負大（NB），負?。∟S），零（O），正小（PS

5、），正大（PB）。根據(jù)偏差e的變化范圍分為七個等級：-15，-10，-5，0，+5，+10，+15。隸屬函數(shù)選擇三角函數(shù),得到誤差變化模糊表3-1?？刂屏縰為控制電壓的變化。將其分為五級：負大（NB），負?。∟S），零（O），正?。≒S），正大（PB）。并根據(jù)u的變化范圍分為七個等級： -3，-2，-1，0，+1，+2，+3。得到控制電壓模糊劃分表3-2。表1 誤差變化劃分表隸屬度變化等級-15-10-5051015模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51表2 偏差變化率變化劃分表隸屬度變化等級-3-2-1

6、0123模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51表3 控制電壓變化劃分表隸屬度變化等級-3-2-10123模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51(3)模糊規(guī)則的描述：根據(jù)日常經(jīng)驗，設計以下模糊規(guī)則：（1）“若e為負大且ec為負大，則u正大”（2）“若e為負大且ec為負小，則u正大”（3）“若e為負大且ec為0，則u為正大”（4）“若e為負大且ec為正小，則u正小”（5）“若e為負大且ec為正大，則u為0”（6）“若e為

7、負小且ec為負大，則u正大”（7）“若e為負小且ec為負小，則u正大”（8）“若e為負小且ec為0，則u為正小”（9）“若e為負小且ec為正小，則u為0”（10）“若e為負小且ec為正大，則u負小”（11）“若e為0且ec為負大，則u正大”（12）“若e為0且ec為負小，則u正小”（13）“若e為0且ec為0，則u為0”（14）“若e為0且ec為正小，則u負小”（15）“若e為0且ec為正大，則u為負大”（16）“若e為正小且ec為負大，則u正小”（17）“若e為正小且ec為負小，則u為0”（18）“若e為正小且ec為0，則u為負小”（19）“若e為正小且ec為正小，則u負大”（20）“若e為

8、正小且ec為正大，則u負大”（21）“若e為正大且ec為負大，則u為0”（22）“若e為正大且ec為負小，則u負小”（23）“若e為正大且ec為0，則u為負大”（24）“若e為正大且ec為正小，則u負大”（25）“若e為正大且ec為正大，則u負大”根據(jù)上述經(jīng)驗規(guī)則，可得模糊控制表3-3。表4 模糊控制規(guī)則表UECNBNSZOPSPBENBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB圖4 模糊規(guī)則編輯器圖5 模糊規(guī)則輸出圖圖6 基于simulink的常規(guī)模糊控制器的仿真圖7 常規(guī)模糊控制器仿真圖三結(jié) 論通過比較PID控制器和模糊控制器可知兩個系統(tǒng)觀察到的波形并沒有太大的區(qū)別。相對而言，對于給出精確數(shù)學模型的控制對象，PID控制器顯得更具有優(yōu)勢，其一是操作簡單，其二是調(diào)節(jié)三個參數(shù)可以達到滿意的效果；對于給出給出精確數(shù)學模型的控制對象，模糊控制器并沒有展現(xiàn)出太大的優(yōu)勢，其一是操