空氣加濕器模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黃春香

摘 要：文章采用Matlab中的模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic Control）建立空氣加濕器模糊控制器，并在Simulink環(huán)境下對(duì)空氣濕度誤差曲線進(jìn)行了仿真。

關(guān)鍵詞：模糊控制；空氣加濕器；Matlab

引言

為了增加空氣中水的含量，使人呼吸到濕潤濕度的空氣，空氣加濕器已成為人們經(jīng)常使用的一種電器。加濕器的最主要作用就是用來調(diào)節(jié)和增加室內(nèi)濕度，但室內(nèi)空氣的濕度并不是越高越好，較高的濕度容易滋生霉菌等微生物。市面上的加濕器都是手動(dòng)調(diào)節(jié)，只有當(dāng)人體感覺不舒服時(shí)才想到去調(diào)節(jié)，這樣影響人體舒適感，嚴(yán)重的甚至影響人體健康。文章擬設(shè)計(jì)一種空氣加濕器模糊控制系統(tǒng)，人們只要設(shè)定一個(gè)自己感覺舒適的濕度，控制系統(tǒng)就能夠根據(jù)空氣中的濕度自動(dòng)開啟和關(guān)閉閥門。

1 模糊控制器總體設(shè)計(jì)

模糊控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中偏差E為（e=B-Bd），即空氣中實(shí)測(cè)的濕度值B與用戶所設(shè)定的期望濕度值Bd的差，偏差變化率EC為（de/dt），將兩者輸入模糊控制器，模糊控制器先將輸入精確量偏差E和偏差變化率EC模糊化轉(zhuǎn)化成模糊化量，根據(jù)建立的模糊控制規(guī)則輸出U，U經(jīng)模糊控制器的精確化從模糊控制量再轉(zhuǎn)變成實(shí)際用于控制的精確控制量，來控制調(diào)節(jié)閥的開度，使空氣中的濕度隨著加濕器調(diào)節(jié)閥的開度而變從而達(dá)到用戶設(shè)定的要求。

文章中對(duì)空氣濕度的度量采用相對(duì)濕度，濕度的變化超過5%人就會(huì)有所感覺，故給出E的論域?yàn)閇-5%，5%]，誤差變化EC的論域[-10%，10%]，控制輸出U的論域?yàn)閇-6%，6%]。E、EC、U的模糊集語言值取7個(gè)，E和EC的模糊子集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分別為“負(fù)大”， “負(fù)中”，“負(fù)小”，“零”，“正小”，“正中”和“正大”， U的模糊子集為{G0，G1，G2，G3，G4，G5，G6}，分別表示閥門開度為“關(guān)”， “偏小”，“小”，“中”，“大”，“全開”。

2 模糊控制器的仿真及分析

2.1 運(yùn)用Matlab建立FIS文件

在Matlab命令窗口中輸入Fuzzy函數(shù)，打開模糊邏輯編輯窗口“FIS Editor”，選擇FIS編輯器類型為Mamdani型。分別設(shè)置輸入量E、EC和輸出U的隸屬度函數(shù)，類型為三角型（trimf）。E、EC、U的隸屬度函數(shù)曲線如圖2所示。

模糊控制器的核心是建立模糊規(guī)則庫，即求取出系統(tǒng)的模糊關(guān)系R，提取模糊控制規(guī)則，從而建立對(duì)象的模糊模型。該系統(tǒng)構(gòu)造的模糊規(guī)則可以用表1來表示。

由模糊量求解精確值有許多方法可以實(shí)現(xiàn)，這里模糊推理及其非模糊化方法采用的是Mamdani推理法，即模糊決策采用MIN-MAX決策法，解模糊采用重心法。這樣就建立了一個(gè)FIS文件，用戶可以隨時(shí)調(diào)用該文件以修改模型。

2.2 利用Simulink建立仿真模型

在Simulink模塊庫中選擇所需的模塊，用鼠標(biāo)拖曳相應(yīng)模塊至窗口中完成圖3所示的空氣加濕器模糊控制系統(tǒng)仿真模型。

2.3 仿真結(jié)果

經(jīng)過對(duì)各參數(shù)的不短調(diào)整，最后得到來一個(gè)比較滿意的仿真結(jié)果，如圖4所示。

3 結(jié)束語

利用Matlab中的模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器靈活、方便、可視化強(qiáng)。由仿真圖可知該控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確、快速的特點(diǎn)，能夠很好地運(yùn)用于實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

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