模糊控制比例因子與空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系的研究
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作者:西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院空調(diào)系 (710049) 王灃浩 俞炳豐 來(lái)源:《電子技術(shù)應(yīng)用》 模糊控制比例因子與空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系的研究 摘 要? 介紹了兩輸入、單輸出的模糊控制系統(tǒng)的仿真,討論了比例因子(ke、kec、ku)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響,著重研究了比例因子與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上提出了空調(diào)系統(tǒng)比例因子的設(shè)計(jì)原則。 關(guān)鍵詞? 空氣調(diào)節(jié)器 模糊控制 比例因子 穩(wěn)定性 模糊邏輯控制(flc)是近年來(lái)控制學(xué)術(shù)界一個(gè)引人注目的研究領(lǐng)域,并且已經(jīng)成功地應(yīng)用在空調(diào)系統(tǒng)中[1][2]。實(shí)踐證明,與傳統(tǒng)控制方法相比,flc對(duì)環(huán)境干擾、過(guò)程參數(shù)變化等具有較強(qiáng)的魯棒性,并能抑制非線性因素對(duì)控制器的影響[3]。但是flc也有自身的缺陷,如flc的穩(wěn)定性問(wèn)題等,而且flc對(duì)嚴(yán)重影響控制器動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)和控制的魯棒性的比例因子scaling factors簡(jiǎn)記為sf)也缺少系統(tǒng)的理論。事實(shí)上,flc中sf的選擇標(biāo)準(zhǔn)一直就是一個(gè)公認(rèn)的難題[4]。 本文中所涉及的參量符號(hào)及具體含義如下: c(nt):模糊控制器的輸出控制量 e:實(shí)際溫度偏差 ec:實(shí)際溫度偏差的變化 e(nt)?:模糊控制器的溫差輸入量 ec(nt)?:模糊控制器的溫差變化輸入量 ke:溫差變量的比例因子 kec:溫差變化變量的比例因子 ku:輸出控制量的比例因子 yu:輸出控制量的基本論域 l:輸出控制量的論域 m:溫差變量的基本論域 n:溫差變化的基本論域 t:采樣時(shí)間間隔 u(nt)?:控制器的實(shí)際輸出控制量 xe:溫差變量的論域 xec:溫差變化變量的論域 y(nt):系統(tǒng)的響應(yīng) 1 sf與空調(diào)器模糊控制系統(tǒng)響應(yīng)之間的關(guān)系 在flc系統(tǒng)中,當(dāng)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模糊控制算法、進(jìn)行模糊控制時(shí),每次采樣得到的被控制量需經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算,得出flc的輸入變量誤差及誤差變化。為了進(jìn)行模糊化處理,必須將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集的論域,即將輸入變量乘以相應(yīng)的比例因子,一般用ke、kec表示。而每次由模糊控制算法計(jì)算出的控制量,還不能直接用來(lái)控制對(duì)象,須乘以輸出量的比例因子(常用ku表示),將其轉(zhuǎn)換為被控制對(duì)象所能接受的基本論域中的量?即: 圖1為一個(gè)兩輸入、單輸出的空調(diào)器模糊控制系統(tǒng)框圖,由該圖可以得出下述關(guān)系式: 由上式可以看出,系統(tǒng)nt時(shí)刻的響應(yīng),既取決于e(it)和ec(it),又取決于ke、kec和ku的大小,顯然改變系統(tǒng)的sf就能改變系統(tǒng)的響應(yīng)。研究表明:增大ke可以有效地減小系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差,但是ke過(guò)大會(huì)引起系統(tǒng)的超調(diào)并降低系統(tǒng)的收斂速度;增大kec值一方面加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度?另一方面也使系統(tǒng)超調(diào)次數(shù)明顯增加;而ku的變化是對(duì)flc控制查詢表的修正,其值不僅影響誤差變量e的覆蓋域,也影響誤差變化ec的覆蓋域。在保證ke和kec不變的條件下,增大ku值一方面可以減少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的時(shí)間,另一方面會(huì)引起較大的超調(diào),并產(chǎn)生振蕩。在實(shí)際的控制中,可以通過(guò)調(diào)整ku值來(lái)改善系統(tǒng)的控制效果,即?在被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)較長(zhǎng)時(shí),采用較大的ku值以減少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間?被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)較小時(shí)?采用較小的ku值以防止系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。關(guān)于sf對(duì)空調(diào)器模糊控制系統(tǒng)響應(yīng)的詳細(xì)分析可參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。 應(yīng)該注意的是sf的選擇并不是唯一的,也就是說(shuō)幾組不同的sf值可能產(chǎn)生同一種響應(yīng)效果。為此本文將進(jìn)一步研究sf與空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。 2 sf和空調(diào)器模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系 一個(gè)理想的模糊控制器首先應(yīng)保證空調(diào)器的控制系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性的臨界條件,因此研究sf與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系有著重要的意義。