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1、变频空调温度控制模糊PID算法的设计肖玉玲 河南工业大学化学工业职业学院 450042Desig n on fuzzy-PID con trol algorithm for Variable freque ncy Air con diti onerXiao Yuli ngHenChemical College, Henan University of Technology,Thispaperintroducesusedinair一conditionThemathematicalmodelisbuildandthecontPIDisd；eimign,etdi.onresPIDcontrolPro
2、PercKey wordsFuzzyPIDcontrol；aireuith of olleru零 ,;其论1 , 2 ,UECNMNSIErsPMPBMHMiNHNRIVBNRNH-NMMiMHNbNMNMNM辭NRMlNMNMNSN!%NMZFZF卩驚PMr psp-sd殆PSPMIFFBIP0PMPMPMPMPB卩BPBPRmrohiPUPMPBPM阳PU表l模糊控制规则表iht摘要本文采用模糊P算法，设计出变频空调温度控 制器。利用MATL建立了空调房间温度控制 仿真模型。仿真结果表明，模糊 PI相结合可 使控制效果大大提高。关键词模糊P ID控制；空调；房间温度Abstract滞环节。
3、控制器采用模糊PID并联型控制，控 制策略是：以误差的大小作为选择的条件。 在大误差范围内，采用模糊控制；在小误差 范围内，采用PID控制。同时，为了防止控 制策略的切换过于频繁，在误差的切换点， 系统规定控制策略不作切换，维持上一次 的动作。3模y糊控制器的设计u algor frequency change.3.1确定模糊控制器的结构,.t采用单变出维模糊控制器,输入穷t based on fuzzy 温度偏差e及偏差的变化率ec,输出为频率 rcn proved Fuzz, 空制信号u。E、EC、U分别为偏差e偏 bine is effi cient差变化率ec和输岀控制量 u经模糊化的
4、 co语言变量io其模糊集均为：temjer ns：ZE , PS , PM , PB，分别代表 “负 大”，“负中”，“负小”， “正小”，“正中”，“正大” 域均为： - 3 , - 2 , - 1 , 0 , 3;均采用三角形隶属度函数。3.2建立模糊控制规则依靠实际运行经验进行分析、归纳，可确定变频空调的模糊控制规则如表l所示 。3.4模糊推理及解模糊模糊决策采用 Mamdani的(min-max) 决策法，解模糊采用重心法 (centroid)。4. PID控制及参数整定PID控制器是一种线性控制器，它将 给定值与实际输岀值偏差e(t)进行比例、e积分和微分，通过线性组合构成控制器，
5、 对被控对象进行控制。其理想的控制规律 为：城“ =；旳曲+ 丫*号“叫PID调节器的参数整定是控制系统设 计的核心内容。它是根据被控过程的特性1.引言空调温度控制是一大滞后、慢时变、 非线性的复杂系统，常规的 PID控制器难 以收到良好的控制效果。而模糊控制不依 赖于控制对象精确的数学模型，动态性能 好、受系统参数变化影响小，但稳态精度 不高。本文采用模糊、PID相结合的方法， 构成模糊PID复合控制，既有模糊控制灵 活、适应性强的优点，又有 PID控制精度 高的特点。2控制系统模型和控制策略通过对变频空调系统的分析，建立房 间温度和温度控制设备的数学模型。它包 含一个振荡环节、一个积分环节
6、与一个延1*94-2010 ChinaJ jumal EItcironic Public-133-制造中国科技信息 2010年第 2 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2010参考文献1 姚胜兴.Lo现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用研究：工程硕士学位论文. 湖南： 湖南大学图书馆.2 0 0 52 诸静.模糊控制原理与应用M. 北京：机械工业岀版社.19 9 93 闻新，周露，李东江，等.MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M.北京：科学出版社.2 0 0 1确定PID调节器的比例系数、积分时间和 微分时间的大小。工程整定法是
7、较常采用 的方法，主要包括临界比例度法、响应曲 线法、衰减曲线法和经验试凑法。5. 仿真及结果分析5.1 MATLAB模糊逻辑工具箱(FLT)和 Simulink 简介MATLAB 模糊逻辑工具箱是建立在 MATLAB 数字计算环境下的函数集，可 以利用调用函数命令或利用工具箱中的图 形用户界面(GUI)的方式来生成和编辑模糊 推理系统(FIS)。利用GUI方式生成和编 辑FIS更为直观、快捷，后者包含3个编辑 器和2个观测器，即：模糊推理系统编辑器、 隶属度函数编辑器、模糊规则编辑器以及 模糊规则观察器、输出曲面观察器。Simulink是一个用来对动态系统进行 建模、仿真和分析的软件包，它提
8、供了一 种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的 方法便能迅速地建立起系统框架图模型， 甚至不需要编写一行代码。它和 MATLAB 的无缝结合使得用户可以利用 MATLAB丰富的资源，方便地进行控制系 统、DSP系统、通信系统以及其它系统的 原型设计，建立仿真模型，监控仿真过 程，分析仿真结果。5.2仿真模型的建立图 1 为利用 MATLAB7.0 的 Simulink 工具箱所创建的变频空调温度模糊PID控制系统仿真功能模块图。 R(t)为设定温 度，误差切换点为丨E | =4，数字显示模 块动态显示房间温度y(t)的仿真输岀。5.3仿真结果分析1) 设置房间温度R(t)=25 C、限幅器 参数
9、值为3C，延迟20s,仿真时间5000s时 的仿真波形如图2所示。由图2可见，利用文中所提出的温度 控制算法，系统的输岀在经过短时振荡后 稳定在25 C，达到了温度调节的目标。模 糊控制下降速度比PID控制快，动态性能 优于PID控制，但仍有小辐振荡，稳态 误差较大；由于控制系统具有较大的时间 延迟，传统PI D控制波动较大，响应速 度缓慢而且超调量较大，易导致系统的不 稳定；模糊和PI D结合控制系统的超调 小，调节速度快，稳态误差小，控制效 果优于PID和模糊控制。2) 将延迟时间改为30s，PID和模糊 PID控制效果比较见图 3所示。由图3可以看岀，当系统的延迟时间 改变时，PID控制
10、具有较大的超调，过渡 时间过长。延迟时间进一步增大，系统将 变得不稳定，甚至岀现发散振荡。PID控制对系统模型具有较强的依赖性，而模糊 PID组成的复合控制受参数变化的影响很 小，不依赖于系统的数学模型，超调小， 系统很快稳定在设定值附近。6. 结束语由上面仿真结果可知，该控制器既具 有传统PID控制器高精度的优点，又具有 模糊控制器快速、适应性强的特点，并可 以迅速消除系统误差，保证了系统具有良 好的动、静态特性，能达到较理想的控制效 果。制造中国科技信息 2010年第 2 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2010制造中国科技信息
11、 2010年第 2 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2010图2无干扰时的仿真运行曲线01010101_101010101CH01010101011010101010 民竝芯；、0101010101、1010101010 t I4 0101010W1a1010101010制造中国科技信息 2010年第 2 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2010制造中国科技信息 2010年第 2 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2010总 1*94-2010 ChinaJ jumal EItcironic-1 34-
变频空调温度控制模糊PID算法的设计
