基于模糊控制策略的动态自适应制冷系统

　　冷必民学报基于模糊控制策略的动态自适应制冷系统韦彬贵柳州职业技术学院，广西柳州545006通过对制冷系统的建模与分析，建立工业制冷系统的仿真结构模型，并设计一种基于模糊控制理论的工业制冷系统控制器，进行仿真，工业制冷系统仿真模型具有模块化的结构，其中最重要的子系统是：冷气、物品、柜韦彬贵（1978-，男，广西忻城人，工学硕士，柳州职业技术学院讲师，主要从事工业电气自动化技术、空调制冷技术研究。
　　壁、工业制冷系统、蒸发器冰化表面、除霜器、风扇、柜门和外部环境。各子系统间能量和质量流的交互是本文的主要研究内容。
　　工业制冷系统仿真模型结构工业制冷系统系统仿真模型采用自顶向下（Top-Down）的方法设计，每个子系统都用微分方程和代数方程表示，这些方程基于质量平衡、能量平衡、质量转移和热量转移定律，通过如此方式描述的子系统最大程度的简单明了，本文的目标就是用这些方程来合理地表示整个系统的动态特性。相对别的模型，输入参数较少，如果这些参数不可用，则可以通过推理的方法估计出来。工业制冷系统仿真模型在仿真程序Matlab/Simulink下实现，使用Newton近似方法求解代数环。冷气的质量平衡和能量平衡的微分方程如下所示：通过模型结构的应用，即使是有干扰影响的情况下，同样可以对系统间复杂的动态交互特性进行研究，对现有的控制系统进行优化，设计新的控制策略以提升系统性能。
　　制冷系统温度和湿度的模糊控制器是使用模糊控制器的回馈控制系统的结构和工作过程。模糊控制器由模糊温度控制器和模糊湿度控制器组成，模糊温度控制器的输入是温度误差eT和温度误差变化，模糊湿度控制器的输入是湿度误差e9和湿度误差变化。模糊控制器的输出是工业制冷系统功率变化dpR和蒸发器功率变化dPF.将温度误差作为模糊湿度控制器的另外一个输入，以此来考虑温度对湿度的影响。
　　模糊温度控制器能量储存模糊控制系统模糊控制器有6个模糊变量，其中有4个输入，2个输出，它们的定义如下：温度误差TE：设定点的温度和当前温度的差值；湿度误差HE：设定点的湿度和当前湿度的差值；温度误差变化CTE：TE当前值和最近值的差值；湿度误差变化CHE：HE当前值和最近值的差值；工业制冷系统功率变化PRC；风扇功率变化PFC. 3个输入变量的数值通过隶属函数模糊化为5个语言变量，解模糊之后的输出结果值是工业制冷系统的功率变化dPR和蒸发器风扇功率变化dPF，2个控制器均使用了去模糊化方法。控制器的设计上与仿真环境连接以实现交互。
　　3.2针对温度调节的模糊控制器针对温度调节的模糊控制器的设计与PI模糊控制器相似，这意味着模糊温度控制器的输入和输出与传统的PI控制器是相同的。如是2个输入（TE、CTE）和输出（PRC的隶属函数，输入变量和输出的变量的值归一化在区间。表1是模糊控制规则表，温度控制器的控制规则：正的PRC变化抵消负的TE，而CTE则是较大的正值。
　　表1温度控制器的模糊控制规则冷今%学报小正值，pb=大正值3.3模糊湿度控制器针对湿度调节的模糊控制器如所示，的隶属函数，HE、CHE和TE是控制器的3个输入。表2是湿度控制器的3个控制规则表，湿度控制器取决于温度误差TE的取值（0，负数，正数。
　　模糊湿度控制器的隶属函数定义洛符号的含义：b=大负值，ns=小负值，zo=0，ps=小正值，pb=大正值表2湿度控制器模糊控制规则TE=正值TE=负值对于那些考虑温度对湿度影响的规则，可以分两种情况说明：第一种情况，相对湿度稍微高于设定点且不变化，即HE是小的负数，CHE是零。在此情况下，如果温度位于设定点，那么风扇会稍微降低功率以减小冷气的相对湿度；如果TE、CHE为零，HE是小的正值，那么PRC是小的负值；如果温度低于设定点，风扇功率不改变，当温度上升时会自动引起相对湿度的降低；如果TE是正值，HE是小的负值，CHE是零，那么PRC是零。第二种情况，如果温度高于设定点，风扇功率必须大幅降低；如果TE是负值，HE是小的负值，CHE是零，那么PFC是大的负值。
　　上述规则的背景可简单归纳为：由于压缩机的连续工作，工业制冷系统会永久工作，此时工业制冷系统的功率会低于工业制冷系统间歇性工作的情况。工业制冷系统的低功率会导致蒸发器冰表面的温度接近冷柜藏温度，此时蒸发器表面的局部压强通常高于冷藏柜的局部压强。因此，与冷藏的正常运行过程相反，风扇行为将会导致冷气相对湿度的升高。
　　同，相对湿度的设定点开始是0.7，6小时之后设置为0.65.在开始阶段，温度和相对湿度接近它们各自的设定点，当温度设定点从-18摄氏度变为-20摄氏度之后，温度很快达到新的设定点。温度变化导致相对湿度进行阻尼振荡，但会重新回到设定点。4小时之后，有一个由于热的货物引起的过程干扰产生，此时温度和相对湿度都会增大，但大约五十分钟之后，会重新回到设定点。相对湿度的设定点从0.7变为0.65，相对湿度会很快到达新的设定点，但几乎不对温度产生任何影响。
　　表明，在设定点改变和外部干扰的影响下，系统使用模糊控制器可以获得一个理想的动态行为，而传统的PI控制器则很难达到这样的效果。
　　其主要原因是，传统PI控制器的参数取决于单个给定的运行点。由于工业制冷系统的行为过程具有很高的非线性特性，而PI控制器的参数固定，因此对其它运行点的控制效果不是很好。模糊控制器具有非常强的鲁棒性，在多种运行条件下都具有较好的性能。
　　对湿度控制的模糊控制器。在控制器的设计中，温度对相对湿度的热耦合特性，通过将温度误差作为模糊湿度控制器的一个输入加以考虑。控制器需要连续的激励（工业制冷系统的压缩机、蒸发器风扇），但是目前这样的连续激励还没有在冷藏应用中得到广泛应用。通过使用连续激励和模糊控制器，工业制冷系统在多种运行条件下都能得到理想的动态行为特性。
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