基于MATLAB的中央空调模糊控制器设计与仿真.pdfVIP

Microcomputer Applications Vol. 25, No.8, 2009 技术交流 微型电脑应用 2009 年第 25 卷第 8 期 文章编号：1007-757X(2009)8-0050-03 基于 MATLAB 的中央空调模糊控制器设计与仿真 张丽 张朝轩 丁宝苍 摘 要：随着控制理论及系统研究的迅速发展，对控制效果要求越来越高，控制算法也越来越复杂，因而控制系统的设计也 愈加困难。MATLAB 是国际最流行的控制系统计算机辅助设计语言和软件工具，该文在 MATLAB7.0 的基础上，通过 S 函 数，实现中央空调模糊控制器的优化和仿真。 关键词：MATLAB ；模糊控制；S 函数；中央空调 中图法分类号：TP316.89 文章标志码：A 0 引言 区间连续变化量,见图 1 所示。FIS Editor 离散化,构成含 9 个 整数元素的离散集合{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4},并将其分成 5 个 模糊控制是一种基于语言规则和模糊推理的控制方法, 等级{NB NS ZO PS PB }。每个等级对应一个 Fuzzy 子 采用人类的语言语句表述,较为直观,也易于理解,可以对非 集,[-4,+4]之间 9 个元素对应每个等级的隶属度可根据实际 线性、大惯性、大滞后对象以及难以建立数学模型的对象取 用隶属度函数模拟。 得较好控制效果[1] 。但由于模糊控制器设计过程中存在诸多 主观因素,如隶属度确定、控制规则构造等,使得控制系统需 要反复调试才能达到较好的鲁棒性和适应性。因此,利用计 算机预先对模糊控制器进行仿真研究显得尤为重要。 1 基于MATLAB 的中央空调模糊控制器设计过程 MATLAB 将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以 及非线型动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一 个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计及众多学 科领域提供了一种简捷、高效的编程工具[2] 。同时，MATLAB 是一个开放的系统，针对不同的学科，推出了不同的工具箱， 从而大大扩展了其应用范围。目前，已推出的工具箱涉及学 图 1 模糊推理系统图形编辑器 科从控制系统设计、系统辨识、模糊控制到信号处理等，非 （3 ）模糊规则的建立 常丰富。 通过模糊规则库编辑器确定“if…then”形式的模糊控制 1.1 中央空调模糊控制器的设计过程 规则。本例中共有控制规则 25 条，每条规则的加权值缺省 （1）确定语言变量 为 1，推理算法为max-min 合成法，解模糊方法采用面积重 在 FIS Editor 中单击菜单Edit/Add input,增加输入语言 心法。利用曲面观察器设计模糊控制器的输入、输出对应关 变量,并在下半部的右侧白框内分别输入“E”和“Ec” （温度误 系，由此进行修改和优化。见图 2 所示。 差和误差变化率）;选中 output 方框,在下半部的右侧白框内 输入“U” 。在下半部左侧为“与” 、“或” 、“蕴涵” 、模糊规则 的合成运算以及解模糊选择合适的方法,分别选择“min 极 小”、“max 极大”、“min 极小”,“max 极大”、“centroid 面积重 心法” 。 （2 ）隶属度函数的建立 在 FIS Editor 中单击菜单 View/Edit mem-bership function,弹出 Membership Function Edi-tor 界面。上半部分用 于显示隶属度函数的图形,下半部分用于设定隶属度函数的 参数。 为了实现模糊控制器的标准化设计,采用 Mamdani 提出 的处理方法。即将输入变量、输出变量的论域定为[-4,+4] 图2 曲面观察器