[發(fā)明專利]基于二維空間3-D模糊控制的烘烤箱溫濕度控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510610401.3
• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN105334891A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 張憲霞;張炳飛;秦磊;付志強
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05D23/22
• 分類號: G05D23/22
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發(fā)明涉及一種溫濕度的模糊控制系統(tǒng)及其方法，特別是一種基于二維空間3-D模糊控制的烘烤箱溫濕度控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

烘烤箱是一個相對密封的空間系統(tǒng)，必然就會涉及到一些空間特性的問題?？臻g系統(tǒng)不僅涉及非線性、大滯后、時變性、強耦合等方面，而且還帶有很強的空間分布特性，也就是說系統(tǒng)的輸入輸出和狀態(tài)不僅跟時間有關，也會受到空間的影響。對于這種帶有空間的特性的系統(tǒng)，我們稱之為空間分布系統(tǒng)。目前，烘烤箱的溫濕度控制普遍使用的是PID控制方法，但是隨著智能控制方法的研究與應用，例如專家系統(tǒng)、模糊控制、神經網絡等這些智能算法也開始應用在了烘烤箱的溫濕度控制中。研究相關文獻，有的學者根據模糊控制在溫差較大時反應速度快、動態(tài)性能好，溫差較小時PID控制靜態(tài)性能更好，結合各自的優(yōu)點設計了模糊PID混合控制；有的提出了模糊自適應PID控制的方法，能夠根據模糊推理判斷對系統(tǒng)自動調節(jié)PID的參數，溫濕度控制實現快速響應與超調最優(yōu)。根據模糊控制專家經驗獲取比較難，控制規(guī)則不易適應被控對象的非線性等問題，有學者提出了神經網絡模糊控制的方法，就是利用神經網絡的學習能力來優(yōu)化模糊控制器，從而達到改進實時控制效果，溫度控制過程中反應速度快，控制精度高，穩(wěn)定性好等。也有學者結合了神經網絡、模式識別、預測最優(yōu)控制三種方法，由神經元網絡模型預估器辨識系統(tǒng)模型，并實時為控制器提供參考輸入，由最優(yōu)控制器對數據進行處理、決策，選定最優(yōu)的控制量，達到溫濕度最佳控制的目的。遺傳BP算法是結合遺傳算法和BP算法，然后作為網絡預估器的學習算法用在溫度控制系統(tǒng)中，使得溫度控制具有很好的跟蹤性能和抗干擾能力。以上提到的溫濕度控制方法都是目前在溫濕度控制應用領域比較先進、效果好的方法，但是對于空間分布系統(tǒng)而言它們的效果就差強人意了。因為無論是傳統(tǒng)的PID控制方法還是智能算法與PID相結合的方法，它們的輸入量都僅僅只是誤差或誤差變化量的一個或兩個，并沒有考慮到空間信息。這樣就導致一個很普遍的問題，那就是現有的烘烤箱的溫濕度控制效果局部表現得良好，但是對于整個空間來說控制的效果比較差?？偠灾壳昂婵鞠涞臏貪穸瓤刂茮]有從空間整體的角度進行設計，達不到對于空間整體的均勻控制。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)烘烤箱溫濕度控制在空間分布方面的局限性，使得烘烤箱的溫濕度控制更好且更具均勻性。為此，本發(fā)明提供了一種基于二維空間3-D模糊控制的烘烤箱溫濕度控制系統(tǒng)及其方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于二維空間3-D模糊控制方法的烘烤箱溫濕度控制系統(tǒng)，包括一個烘烤箱和溫濕度控制系統(tǒng)，烘烤箱內設置有若干烘烤箱溫濕度傳感器，烘烤箱內有風道，風道上有循環(huán)風機和電熱爐，并有風門裝置控制風道，其特征在于：所述的溫濕度控制系統(tǒng)包括一個PC機和一個控制信號驅動電路，所述控制信號驅動電路連接PC機和電源，并連接烘烤箱的風門裝置、循環(huán)風機和電熱爐，而烘烤箱中的烘烤箱溫濕度傳感器連接PC機中的數據采集模塊。

所述的基于二維空間3-D模糊控制方法的烘烤箱溫濕度控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制信號驅動電路的電路結構：在控制信號驅動電路中控制信號放大電路連接I/O驅動電路，控制信號放大電路與PC機相連接用于控制信號放大傳輸到驅動電路中，I/O驅動電路連接控制對象電熱爐、循環(huán)風機和風門裝置，用于接收控制信號對相應的控制對象的驅動開關進行控制。

所述控制信號驅動電路中，I/O端的電壓很小，采用光電耦合信號放大電路進行放大，放大后的信號傳輸到I/O驅動電路上進而驅動固態(tài)繼電器，通過固態(tài)繼電器來控制電熱爐、循環(huán)風機和風門裝置的開關及運作方式。

一種基于二維空間3-D模糊控制的烘烤箱溫濕度控制方法，采用上述系統(tǒng)進行操作，其特征在于具體操作步驟如下：

1)二維空間3-D模糊控制器設計：與傳統(tǒng)模糊控制器結構相似，二維空間3-D模糊控制器由空間模糊化、3-D模糊規(guī)則推理及去模糊化三大部分組成，二維空間3-D模糊控制器具體步驟操作為：首先從空間區(qū)域上采集數據，即溫濕度傳感器在烘烤箱中呈二維平面的方式排布，所以收集到的溫濕度數據反映的是空間平面上的信息，與以往一維的線型分布不同，經過空間模糊隸屬度函數轉化成能夠表征空間信息的模糊輸入；然后將該輸入由經空間信息融合和降維操作生成蘊含空間信息的模糊輸入；接著將模糊輸入由模糊推理機進行處理后轉化成模糊輸出；最后，對模糊輸出執(zhí)行去模糊化操作產生具體的控制輸出量給被控對象。