[发明专利]基于模糊控制算法的热计量无线温度控制系统

摘要

基于模糊控制算法的无线热计量温度控制系统，包括模糊控制器模块、温度检测和控制模块、无线通讯模块、电机驱动阀门模块和流量测量模块。温度检测和控制模块实时检测室内温度、进行温度设定和热能量消耗的查询和显示，并将实时检测的温度数据输出至无线通讯模块；无线通讯模块将实时检测的温度数据输出给模糊控制器模块，并将模糊控制器里保存的热量数据传输给温度检测和控制模块；模糊控制器模块根据输入的室内实际温度信号，利用模糊控制算法进行计算，将输出的阀门开度信号输出至电机驱动阀门模块，驱动电机工作，控制散热装置的阀门开度；流量测量模块用以测量热量消耗值，并将热量值输出给模糊控制器模块。

主权项

1.基于模糊控制算法的热计量无线温度控制系统，包括，依次相连的模糊控制器模块、温度检测和控制模块、无线通讯模块、电机驱动阀门模块和流量测量模块，其特征在于：温度检测和控制模块实时检测室内温度、进行温度设定和热能量消耗的查询和显示，并将实时检测的温度数据输出至无线通讯模块；无线通讯模块不仅将实时检测的温度数据输出给模糊控制器模块，而且将模糊控制器里保存的热量数据传输给温度检测和控制模块，以便进行显示，供用户查询，实现记录热量等信息的功能；模糊控制器模块根据输入的室内实际温度信号，利用模糊控制算法进行计算，将输出的阀门开度信号输出至电机驱动阀门模块，驱动电机工作，控制散热装置的阀门开度，从而控制供暖热水流量达到控制室内温度的目的；流量测量模块用以测量热量消耗值，并将热量值输出给模糊控制器模块，以便借助于无线通讯模块，将热量在温度检测和控制模块中记录下来，从而在实现对温度控制的同时，实现记录热量等信息的功能，用以控制阀门开度的所述的模糊控制器模块的控制方式如下：1）选择温度误差e和误差的变化量ec作为控制器输入量，选择电机的阀门开度u作为输出控制量；2）对采集到的精确量进行模糊化，设有论域V，有n个精确温度数据x_i∈V（i=1，2,…,n），同时有m个模糊集合A_j∈V（j=1，2,…,m），如果存在x_i，使得隶属度则称x_i属于模糊集合A_j，表示为：xi↓[μAj(xi)]∈Aj]]>上述公式表示为精确量x_i隶属度归属于模糊量A_j。取误差的论域为X，误差变化的论域为Y，控制量的论域为Z；用模糊集合来描述模糊量，E表示被测温度的实际值t对给定温度值t₀的偏差e=t₀-t的模糊集合，EC表示温差变化率的模糊集合，U表示控制阀门开度的模糊集合；根据模糊划分与量化之间的关系，取E、EC、U的模糊子集个数分别为7、7、5，则模糊集合可表示为：E={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}EC={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}U={ZO,PS,PM,PB,Z}]]>其中，“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”、“ZO”、“Z”等这些词汇为模糊量；通过隶属函数可以确定精确量x所隶属模糊量A_j的隶属度；求取隶属函数，即确定隶属函数的形状；把模糊变量设为正态型模糊变量，其隶属函数为：μAj(x)=e-(x-a)2δ]]>其中，a表示为对应于模糊量A_j的精确量，δ的大小直接影响隶属函数曲线的形状；3）通过模糊推理，建立知识库，得到模糊控制规则；用“if A and B then C”（若A且B则C）语言来描述控制规则，其中A、B为输入量，C为输出量；本系统的模糊控制语言由“if E=PB and EC=PB then U=PB”这样的条件语句组成，本系统形成49条控制规则；4）根据控制规则确定的规则，通过推理，反模糊化。再根据前面确定的模糊量，得到每一条规则的关系R_k，表示为：Rk=∪ij(Ei×ECj)×Uij]]>其中，i=1,2,…,7；j=1,2,…,7；k=1,2,…,49，“×”表示集合的直积，E_i和EC_j分别是属于E和EC的模糊量，U_ij是在输入量为E_i和EC_j的情况下，根据模糊控制规则得到的输出模糊量；根据每一条模糊语句决定的模糊关系R_k，可得描述整个系统的控制规则，因此，总的模糊关系矩阵R可表示为：R=R1∪R2∪···R49=∪k=149Rk]]>根据模糊推理合成规则，输出的控制量应是模糊集U：U=(E×EC)оR其中，“о”为合成符号，从而，根据上式可计算出对应E和EC论域中的各子集对应的输出U，因此，可建立模糊关系矩阵、根据求出的模糊关系矩阵得出U值，建立模糊控制表；5）对输出量进行反模糊化，经过模糊推理，将已经模糊化的精确量利用下述加权平均法表达式uo=Σi=15μ(ui)·uiΣi=15μ(ui)]]>进行反模糊化，可得到实际的控制执行量u_o，其中，u_i为第i个模糊子集所对应的输出量，μ(u_i)为隶属函数；所述的无线通讯模块以超低功耗无线射频芯片为核心，通过无线射频芯片与单片机共同组成一个无线数据收发模块，实现短距离的无线通讯功能，其主要作用是将实时检测的温度数据以无线通讯的方式通过无线通信协议传输给模糊控制器模块，同时将模糊控制器里保存的热量数据以无线通讯的方式通过无线通信协议传输给温度检测和控制模块，能够良好的应对远程控制需求，以便用户方便地设定所期望的房间温度和查看热量的记录数据；所述的温度检测和控制模块以低功耗单片机为核心，主要由电源、测温、按键、液晶显示等硬件电路部分组成，电源模块主要设计为单片机、测温、按键等模块提供基准电压，设计电路得到所需电压值；测温模块通过测温元件检测室内温度传输给控制器，根据需要按键个数可以设计多个按键，进行室内温度设定等，满足系统要求功能；液晶显示模块和数据存储模块都可以用单片机内部外围模块功能直接实现，显示模块采用LCD液晶显示器设计，单片机带有LCD驱动，将检测到的热量等信息在液晶屏显示。