空调机模糊控制器

随着电子工业的发展和人们生活水平的提高，家用空调机正在走入千家万户。而目前市场上众多的空调机中，有很多产品还是沿用传统的机械式温度控制器进行控制，这些产品主要存在以下几个问题：控制精度低；能耗较大；温度设定不直观；机械式温控器容易产生触点粘连或器件失效。另外一些厂家对此进行了改进，用半导体器件取代了机械式温控器，并加上数字显示和温度设定以及遥控功能，使空调机在使用上方便了用户，功能上有了很大的提高，但是能耗的问题并没有得到很好的解决。为此，有人提出了用模糊控制的方法实现空调机的控制，可以有效地解决能耗问题，并且方便用户的使用。

自然界中的许多现象很难用“是”或“非”、“对”与“错”这样的非此即彼的精确语言来描述。如气温只用“冷”或“热”来描述就过于简单了，所以人们常常会用“很冷”、“冷”、“较冷”、“稍冷”、“温暖”、“稍热”、“较热”、“热”、“很热”这类亦此亦彼的模糊语言来描述。事实上，模糊语言最接近人类的自然语言。而在经典数学集合中描述气温这样的问题就显得较为困难了，我们所使用的计算机和实施控制的单片机都是基于二值逻辑的诺曼机，比较适合二值逻辑的控制。

为了解决用经典数学难于描述和难于建立数学模型实施控制的实际问题，很多科学家进行了大量的研究和实践。1965年，美国自动控制专家L·A·Zadeh教授首先提出了模糊集合（Fuzzy Set）的概念，开创了模糊控制技术的应用，并在70年代工业控制等方面得到了应用。特别是80年代，日本将模糊控制技术成功地应用在家电产品中，使相应的产品身价百倍。90年代，模糊控制技术在单片机上得到了进一步的发展，使模糊技术更加实用。

模糊控制，简单地说就是用模糊数学的方法对控制对象的输入、输出进行描述，并基于模糊数学建立推理规则来实施控制。当然，在硬件上要有计算机支持才能实施。用传统的二值逻辑的计算机实施模糊控制要经过三个过程，即：模糊化——将输入的精确量经输入隶属函数映射成模糊输入变量；模糊推理——用模糊规则对模糊输入变量推理，并得到模糊控制变量；逆模糊化——用输出隶属函数将模糊控制变量转换成能进行实际控制的精确控制量。

从某种意义上讲，模糊化和逆模糊化过程很类似于A／D和D／A转换，是实际变量的再分配过程。

从空调机的使用角度出发，设计者常常将空调模糊控制器的硬件电路设计成内含A／D、D／A电路和EPROM的8位单片机为核心，外加辅助电路的形式。由北方工业大学模糊控制研究所研制的FC－1C空调机模糊控制器的电路结构框图如附图所示。其中，单片机在控制器中担任运算、判断、定时及触发控制等功能；遥控接收器及解码电路负责接收遥控器发来的控制及设定信号，如温度设定、制冷方式选择、除湿、睡眠工作方式及定时关机等控制信号；数字及状态显示用来显示目前空调机的工作状态、室内温度及设定温度等；温度信号检测电路用来检测室内温度和出风口的实测温度，常用的感温元件有热敏电阻或半导体温度传感器；过欠压信号电路主要是为了保护压缩机及控制器所设置的，与软件相配合完成上电延时、断电及过欠压保护等功能；位移信号检测主要是用于检测室内是否有人而设定的，其目的是为了控制空调机在室内没有人时自动关机，这部分设计较为复杂，也会使控制器的成本提高，故在有些设计中将这部分省略；触发及隔离放大电路主要用于根据单片机发出的控制信号驱动强电回路，这里要注意的是做好强弱电的隔离，常采用隔离放大器或以光耦及可控硅组成的无触点电子开关，图中只画出了三路驱动电路，分别控制压缩机、风扇、膨胀阀，如果空调机还具备加热的功能，则还有一路控制加热丝的电路。

在此硬件电路的基础上实现模糊控制的方法常用查表法和软件模糊推理的方法。查表法是将输入的隶属函数、输出的隶属函数及模糊控制规则都用表格来实现，从而使输入的模糊化、模糊推理和输出逆模糊化都通过查表来完成。而软件模糊推理的方法较为复杂，它是将模糊推理规则、模糊化和逆模糊化的规则都输入到计算机，由机器根据输入量的情况，经过推理过程得到输出量。这两种方法中，前者较为简单，速度较快，但表格确定后不便于更改，故常用于家电和简单系统的控制；第二种方法精度较高，但速度较慢，较为复杂，常用于大系统的控制。在空调机的模糊控制中，常用查表法实现，输入为对应于温度值的电信号，输出不同频率的触发信号，以控制变频压缩机工作。

在空调机的模糊控制中，经过对设定温度与实测温度的差及温度差变化率的判断、推理，得出一个控制制冷强度的量，这个量是考虑了人的感觉和温度变化可能达到的速度及其他一些因素的控制量，它所控制的效果既能使人们感到较为舒适，又不使温度变化过冲，这样就可以达到节能的效果。

模糊控制是一门较新的技术，在很多领域中的应用都取得了很好的效果，在空调机中应用对节能降耗、方便用户使用方面都会有很好的效果。随着技术的发展和时间的推移，模糊控制技术在家电领域中的应用会越来越普及。（李溯）