模糊控制电冰箱预制冷模糊建模

1、第 33卷 第 6期 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 Vol. 33, No. 6 2001年 12月 J OU RNAL OF HARB IN INSTITU TE OF TECHNOLO GY Dec . , 2001模糊控制电冰箱预制冷模糊建模傅继盈 1, 周延周 1, 李正友 1, 王铁山 2(1. 哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系 , 黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 锦州石化股份有限公司 , 辽宁 锦州 121004摘 要 :从硬件上将模糊控制和脉宽调制相结合 , 解决了压缩机须断电延时难题 . 设计了具有交流变频技 术的家用电冰箱模糊控制器硬件 . 软件上首次实现电冰箱

2、预制冷模糊建模 , 给出了模糊建模流程图 ; 建立了 3个预制冷模糊规则库 , 规则库具有模糊控制规则少 、 编程方便 、 执行速度快 、 智能化程度高等优点 . 每天冰 箱能预制冷最多 4次 , 且根据流程图 , 预制冷次数和预制冷时间可以调节 .关键词 :家用电冰箱 ; 模糊控制 ; 微控制器 ;中图分类号 :TP273 文献标识码 :A :2(0842204Fuzzy and f uzzy modelof pre 2refrigeratorFU Ji 2Y ing 1, ZHOU Yan 2zhou 1, L I Zheng 2you 1, WAN G Tie 2shan(1. Dept

3、. of Automation C ontrol &T est , H arbin Institute of T echn olo gy , H arbin 150001,China ; 2.JZSH stock L TD. C o , JinZh ou , China Abstract :The switching off of a compressor just for a delay has been eliminated by combining fuzzy control with pulse width modulation via hardware. Fuzzy cont

4、rol hardwares have been designed using AC frequency conversion technology for household refrigerators. Fuzzy model of pre 2refrigeration is built by software for the fuzzy controller of household refrigerator for the first time and fuzzy modeling flowchart of and three bases of well 2performed fuzzy

5、 rules are established. The advantages include fewer rules 、 convenient pro 2 gramming 、 faster execution rate and strong maneuverability. Refrigerators can perform at most four pre 2re 2 frigerations. And the number and duration of pre 2refrigerations are variable according to flowchart. K ey w ord

6、s :household refrigerator ; fuzzy control ; microcontroller 随着用户对家用电冰箱智能化的要求越来越 高 , 模糊控制电冰箱现在已成为许多国内著名电 冰箱厂家 (如科龙 、 海尔 、 新飞等 的研制热点 . 因 为电冰箱采用模糊控制 , 可以解决电冰箱的自动 除霜 、 自动除臭 、 预制冷 、 压缩机断电延时等棘手 问题 , 使其保鲜 、 低功耗 、 低噪音等性能指标得到 极大的改善 . 但是目前还没有任何厂家推出真正 的模糊控制化智能电冰箱 , 重要原因在于难于建 立完善的模糊控制规则库 . 本文就模糊控制电冰 箱智能化标志之一 预制

7、冷记忆功能 , 进行了 实质性研究 .收稿日期 :2000-07-03.作者简介 :傅继盈 (1943- , 男 , 教授 . 1 控制原理及硬件设计控制原理是模糊控制加上单片机交流变频技 术 . 硬件系统包括 :5路温度采集系统 (冷藏室、 冷冻 室、 冷藏蒸发器、 冷冻室蒸发器、 室温 及开门次数检 测系统 ; 经模糊控制器的模糊数据处理后 , 应用模糊 控制规则 , 通过单片机 (MC68HC705MC4 6路脉宽 调制 PLM 的 D/A 转换端口 , 经由 MC3203和双向可 控硅、 UL2003等组成的驱动电路 , 分别控制压缩机、 风扇电机、 冷冻蒸发器加热管、 冷藏蒸发器加热

8、管、 风门及除臭电机 , 见图 1 ; 图 1中 , 温度采集由热敏电 阻、 放大电路和单片机的 A/D 来实现 . 硬件上实现 了压缩机的弱运转、 模糊除臭、 模糊除霜及预制冷 , 能真正实现智能控制 . 图 1 电冰箱模糊控制变频系统Fig. 1 Fuzzy control and variable frequency system of re 2 frigerator2 预制冷模糊建模预制冷是指根据一定时间段内开门的频繁程 度来决定后来每天该时间段前和该时间段内的制 冷程度 , 达到补偿由于开门造成冷冻 、 冷藏室的温 度上升对冷藏室食品保鲜及冷冻室食品保质的不 良影响 . . 2. 1

9、 预制冷模糊量及其取值该系统中 , 4门的频繁程度 D R D F 、 冷冻室控制温度与室温差值 D T FR 、 冷藏室控制 温度与室温差值 D T R R. 输出模糊变量 3个 :压 缩机转速 C 、 风扇电机转速 F 、 风门开度 V . 根据 模糊控制理论 , 对以上变量的输入输出取值如下 : (1 C :“ 弱转 CS ” , “ 中速 CM ” , “ 较快 CE ” , “ 快速 CF ” , “ 非常快 CV ” , “ 最快 CZ ” .(2 F :“ 停止 FS ” , “ 慢速 FW ” , “ 中速 FM ” , “ 快转 FF ” .(3 V :“ 关 V C ” ,

10、 “ 四分之一开 V Q ” , “ 半开 V H ” , “ 全开 V F ” .(4 D R :“非常少 D RN ” , “少 D RL ” , “多 D R M ” , “ 非常多 D RV ” , “ 太多 DR T ” .(5 D F :非 常 少 D FN ” , “少 D FL ” , “多 D FM ” , “ 非常多 D FV ” , “ 太多 D FT ” .(6 D T FR :“非常小 FN ” , “小 FL ” , “中 FM ” , “ 较大 F J ” , “ 大 FB ” , “ 非常大 FV ” , “ 太大 FT ” .(7 D T R R :“非常小

11、RN ” , “小 RL ” , “中 R M ” , “ 大 RB ” , “ 非常大 RV ” .2. 2 预制冷模糊建模流程图为了减少模糊控制规则的条数 , 采用以下的 建模流程 , 如图 2.2. 3 模糊控制规则库模糊规则库的建立原则是 :尽量减少模糊控 制输入输出量 , 从而减少了控制规则的条数 . 本 文将冷冻室和冷藏室分开控制 , 从而大大简化了 模糊控制建模 . 在图 2中 , 共建立了 3个模糊控 制规则库 , 分别见表 13. 表 1中 , 共有 10条模 糊控制规则 ; 表 2中 , 共有 7条模糊控制规则 ; 表 3中 , 共有 16条模糊控制规则 .表 1 冷冻室模

12、糊控制规则库 T able 1 B ase of Fuzzy control rules for freezer 表 2 冷藏室模糊控制规则库 T able 2 B ase of fuzzy control rules for refrigerating box表 3 冷冻室模糊控制规则库 T able 3 B ase of fuzzy control rules for freezer3 实验结果由该建模和规则库编制的程序运行在冰箱 BCD -191W , 在室温 22. 2 测试结果如图 3. 4 结 论本文首次从硬件上较好的把模糊控制和脉宽 3 4 8 第 6期 傅继盈 , 等 :模糊控

13、制电冰箱预制冷模糊建模 图 2 预制冷模糊建模流程图Fig. 2 Flowchart of Fuzzy modeling for pre 2refrigeration调制有效结合起来 , 使压缩机一直处于弱转 , 解决了压缩机须断电延时的难题 . 软件上 , 首次实现 了电冰箱预制冷的模糊建模 , 这些规则库具有模 糊规则少 、 编程方便 、 执行速度快 、 智能程度高等 优点 . 由图 3可知 , 预制冷效果明显 , 使冰箱的控 制温度保持平稳 , 保鲜性能明显改善 . 对新型的 电冰箱设计具有较强的参考价值 .参考文献 :1 李士勇 . 模糊控制 、 神经控制和智能控制论 M .哈尔滨 :

14、哈尔滨工业大学出版社 ,1996.2谢宋和 , 甘 勇 . 单片机模糊控制系统设计与应用 实例 M .北京 :电子工业出版社 ,1999.3戴 永 , 谢康林 . 单片机模糊推理算法优化研究 J.湘潭大学自然科学学报 ,1998,20(4 :32235. 448 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 33 卷 图 32refrigeration4黄布毅 , 吴建乐 . J.西 南交通大学学报 (4 :4652469.5KOCZY L T , HIRO TA K. Size reduction by interpo 2lation in fuzzy rule basesJ.IEEE Trans SMC ,1997, 27(1 :14224.6ABE S , LAN Mingshong. Fuzzy rules extraction di 2rectly from numerical data for function a p