基于模糊控制策略的热水器设计

基于模糊控制策略的热水器设计

一、社区热电的种类在目前的许多家用电器中，由于使用方便、节能时间长、使用安全等优点，加热设备已成为一种非常常见且应用广泛的家用电器。依照工作原理的不同,目前市场上流行的电热水器主要分为两种:第一种,储水式电热水器。该种电热水器虽然操控非常简单,但是存在着操控精度较低、加热时间较长等不足。第二种,连续流水式电热水器。该种电热水器有着体积小巧、加热速度迅速等优势,但是也存在着加热功率大、耗电量高等不足。笔者在本文中研究了基于模糊控制策略的单片机控制的热水器设计方案,能够实现水温的自动化调节,提高操作的人性化和热水控制的智能化,在满足人们热水需求的同时降低电能耗损。二、模糊控制的工作过程所谓的模糊控制策略主要是指一种对人类思维方式进行模仿的控制技术,是一种全新的控制技术。从作用原理来看,模糊控制策略控制目标的达成主要是依靠不确定、不精确的模糊信息,而非确定、精确的信息。所以,模糊控制策略的重点不在于数学模型方面,而是在于控制功能方面;不在于被控制对象方面,而是在于控制器自身。这也就直接导致系统本身具备了非常高的模糊性,它不再敏感于系统参数的变化,而是更加关注不同对象的控制效果。一般而言,模糊控制设备的实际工作过程中可以划分为三个阶段。具体而言,首先,精确输入数据的模糊化处理。其具体内容是,将我们输入到的具体数据转变为用模糊集合的隶属函数,我们将该阶段简称为模糊输入。其次,利用特定控制规则库对模糊输入进行模糊推理。模糊输入完成之后会被加入到“IF-THEN”的特定控制规则库里面,而后便可以获得基于各个规则激活之后获得的结果,将这些结果集中在一起,最终得到一个结果集合,我们将其简称为模糊输出。最后,模糊判决。其具体内容就是在模糊输出的范围当中获得一个能够直接驱动执行机构、代表性最为显著并且非常确切的输出控制值。三、基于模糊控制策略的冷热设计方案1.热设计机设计功能储水式电热水器的自身特点使其特别适合采用模糊控制策略,进而能够获得良好的水温控制效果。其具体的技术要求主要包括下述几个方面:首先,开机功能方面,储水式电热水器应该具备两个基本的开机功能,即定时开机功能(24h内进行随意设定开机时间)和即刻开机功能。其次,水温显示功能,储水式电热水器应该具备必要的水温实时显示功能,温度显示范围在0℃至99℃之间。再次,水温设定功能,储水式电热水器应该具备必要的水温设定功能,温度显示范围在20℃至99℃之间,温度能够依据用户需求进行任意设定。第四,系统数据断电保护功能,系统数据能够对设定的数据进行断电保护,即系统在断电、通电之后,系统数据不会变化。最后,安全保护功能。储水式电热水器必须要具备绝对可靠的漏电保护功能,如果漏电电流超过特定值(如15mA),系统能够在极短时间内(短于1/10秒)切断电源;此外,还能够进行超温报警、故障报警等安全功能。硬件结构方面。所选的单片机应该具备DSP功能,具备集成开发环境,具有高效指令系统。一个完善的基于模糊控制策略的单片机控制的热水器设计方案,应该包括三个大的功能模块,即输入功能模块、单片机、输出功能模块。具体而言:首先,输入功能模块应该包括下述几个部分,即漏电检测电路部分、键盘设置电路部分、温度检测电路部分。其次,输出功能模块应该包括下述几个部分,即保温与加热指示部分、报警提示(声音提示)部分、温度显示部分、加热控制部分。在具体功能控制方面,需要设置加减(+、-)功能按键,主要用于时间的调整和温度设定的调整,或者是用于自动开机时间的设定和加热温度的设定。温度和时间的显示由LED完成。水温模糊控制的实现原理主要是,对比水温的实际测量值和水温设定值之间的差距,如果水温实际测量值低于水温设定值,则单片机便会发出指令控制电热丝加热,一旦水温实际测量值等于水温设定值,单片机的切断电热丝供电。2.模糊控制规则的设计储水式电热水器有两种工作模式:立即开机和定时开机。以满足不同用户的需要,一般情况下,加热时间在30分钟以上,如果上班时间就开机虽然下班时就能用上热水,但要保温需浪费电能。如果定时到开机,存在因为加热时间长而等用热水的现象。根据这一闯题,在设计控制器时采用模糊控制技术,利用设定温度和实际水温变化率的大小,推断出加热时间的提前量,使用户设定的时间到来时正好加热的水温也达到设定值。模糊控制器选用了加热前的水温和给定值的偏差极其短时间加热的温度变化率作为输入语句变量,把控制加热管加热的开机时间提前量作为输出语句变量,这样设计的模糊控制器是双输入单输出模式。本控制器的输入变量的语句值均选5个。采用很小、小、中、大、很大5个模糊状态来描述温度的偏差变化率EC。其相应的论域为:E={-2,-1,0,1,2},EC={2,-1,0,1,2}。输出变量的语言值也选择5个,采用很短、短、中、长、很长5个模糊状态来描述加热时间的提前量C。其相应的论域为C={2,-1,0,1,2}。模糊控制规则实质上是将实际控制过程中的经验加以总结而得出的模糊条件语句的集合。通常以表格的形式给出。对于双输入单输出控制系统的模糊推理,一般采用“ifAandBthenC”来描述。四、根据控制策略的加热设计本