基于模糊温度控制的转轮除湿机研究
转轮除湿机是一种小型除湿设备, 可除掉空气中的过量水分, 提供一个舒适的环境。除湿机中加热部分的温度控制滞后大、具有不确定性, 难以建立数学模型, 而模糊控制作为一种基于知识的无模控制方法, 可以有效地对这类系统进行准确定性和描述川。本文采用模糊控制对转轮除湿机的再生风电阻加热箱进行温度控制, 取得了较好的控制品质同时通过对除湿机运行状态实时监测, 实现了故障的在线诊断, 极大提高了整机的工作性能。
1.除湿机工作原理
转轮除湿机的内部共有三路空气流, 分别是处理空气流, 再生空气循环流和冷却空气流。处理空气流经过处理风入口进人吸湿转轮, 其中所含的水分被留在氯化铿吸湿转轮中, 以备再生空气循环流带走再生空气循环流经过电加热器温度升高, 然后经过除湿转轮, 将处理空气留在其中的水分带进风冷冷凝器, 经过自然冷空气进行冷却再生空气循环流中的水分在此冷凝为液态水流出冷却风采用自然的冷风, 用它来对含过量水分的再生空气循环流进行冷却。经过三路空气流的协同工作, 将空气中的水分冷凝, 以液态水的形式排出, 达到除湿目的。
2.硬件设计
(1)ADuC812性能
ADuC812是一个集成的12位数据釆集控制系统,片内带有8kB的Fash程序存储器、640Byte的fash数据存储器以及256Byte的SRAM,并可外接l6MB的外部数据存储器和64kB的外部程序存储器。同时,ADuC812自带25V电压基准,八通道高精度12位ADC,2个12位电压输出DAC。ADuC812的编程也较为简单,可以通过通用编程器,也可以通过PC机的串行口直接加载程序对芯片编程,AD公司为ADuC812开发提供了完整的C语言和汇编语言开发仿真软件及硬件调试系统工具。
(2)硬件原理及实现
本除湿机以再生风电阻加热箱为主要被控对象。由铂电阻感测对象的温度,通过温度变换电路转换成反馈电压送入ADuC812,经过ADC转化为数字量与设定温度值进行比较,得到偏差E及偏差变化率FC,单片机根据偏差与偏差变化率,通过查找模糊控制表对可控硅进行控制, 从而调节实际工作加热电阻丝的个数,控制对象的温度, 使得被控对象的实际温度最终达到设定的温度。
在工作过程中需要采集的温度信息包括加热箱温度、再生风转轮进口温度、再生风转轮出口温度、再生风冷凝器进口温度、再生风冷凝器出口温度、处理风转轮进口温度和处理风转轮出口温度。
用一接近开关将除湿转轮转动状态输入到ADuC812的口, 定时器TO是16位定时器/计数器, 用外部中断INTO来对其进行复位, 当转轮运行发生故障或者加热器发生故障时, 计数器TO溢出, 蜂鸣器响, 相应的故障指示灯点亮。
键盘包括开机、加、减、设置和关机,键盘响应采用定时器定时扫描。当系统检测到开机键按下时, 载人上次关机时的温度设定值, 开始工作, 设置键用来区别加键和减键是以1度为单位还是以10度为单位设置人为的设定温度值若系统检测到关机键被按下, 当检测再生风的温度降到一定程度时,依次关闭主风机, 再生风机, 冷却风机, 转轮电机, 进行关机动作。显示部分采用4位液晶显示屏, 实现温度显示。除湿机设有上位机端口, 进行数据向上位机的传送和实现除湿机上位机控制。
3.软件设计
（1）原理
模糊控制的基本思想是用机器去模拟人对系统的控制, 即在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段, 实现系统控制的一种方法模糊模型是用模糊语言和规则描述的一个系统的动态特性及性能指标模糊控制具有不需要知道被控对象过程的数学模型易于实现对具有不确定性的对象和具有强非线性的对象进行控制对于控制系统的干扰具有较强的抑制能力等特点
对于较难给出精确数学模型的控制系统, 模糊控制首先对采样得到的精确量进行模糊化, 得到作模糊决策所需的模糊量。操作人员的经验被总结成若干条规则, 经过一定的数学处理后存放在计算机中, 称为模糊控制规则。计算机就根据这些模糊控制规则, 仿照人脑的推理过程,作出模糊决策。最后再把模糊决策精确化, 变成一个精确量去驱动执行机构, 对输入量进行调整, 以实现对工业过程的自动控制。
（2）实现
由温度设定值X与采样得到的实际温度值Y, 经计算得到偏差E和偏差变化率EC。根据E和EC, 直接查找Fuzzy控制表以获得Fuzzy控制量U, U又作为模糊控制器的输出去控制被控对象电阻加热炉的实际工作电阻丝的数量。
根据不太精确的对象特征以及人工控制电炉的经验,在设计模糊控制规则表时应注意:
- 误差大时, 为克服大惯性引起的被调量变化缓慢,应加大控制量, 尽快消除误差, 提高响应速度和上升时间；
- 为克服纯滞后所引起的超调, 当误差偏小即应施加控制量
用模糊控制方法实现除湿机的温度控制, 不需要建立被控对象的精确数学模型, 实现简单, 控制精度高。本文将这一方法用于转轮除湿机的再生风电阻加热箱温度控制, 实验表明, 该方法响应快、超调小, 具有一定的理论价值和实用性。