基于Matlab的变频空调模糊控制研究
基于MATLAB的中央空调模糊控制器设计与仿真
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·50·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：A0 引言模糊控制是一种基于语言规则和模糊推理的控制方法,采用人类的语言语句表述,较为直观,也易于理解,可以对非线性、大惯性、大滞后对象以及难以建立数学模型的对象取得较好控制效果[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科从控制系统设计、系统辨识、模糊控制到信号处理等，非常丰富。
1.1 中央空调模糊控制器的设计过程（1）确定语言变量在FIS Editor 中单击菜单Edit/Add input,增加输入语言变量,并在下半部的右侧白框内分别输入“E”和“Ec”（温度误差和误差变化率）;选中output 方框,在下半部的右侧白框内输入“U”。
用Matlab实现空调温度模糊控制器的设计与仿真
制器设计模糊 控制器 Ｉ
温度模糊控制器采用以房间温度变化和温度 变化率为输入变量 ， 以压缩机转速为输 出变量的双 输入单输 出结构。其设计 内容主要包括 ：１ （ ）确定
维普资讯
第２ ０卷第 １ 期 ２０ ０ ６年 ３月
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模糊控制是一种基 于语言规则和模糊推理的 控制方法， 采用人类 的语言语句表述 ， 较为直观 ， 也 易于理解 ， 可以对非线性 、 大惯性 、 大滞后对象以及
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图 １ 模糊推理 系统 图形 编辑器
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基于MATLAB的模糊PID控制器的设计
基于MATLAB的模糊PID控制器的设计模糊PID控制器是一种常用的控制算法，可以解决传统PID控制器在非线性系统中效果不佳的问题。
在MATLAB中，可以使用fuzzylogic工具箱来设计模糊PID控制器。
模糊PID控制器的设计过程分为三个步骤：建立模糊系统、设计控制器和性能评估。
接下来，设计模糊PID控制器。
在MATLAB中，可以使用fuzzy工具箱提供的mamdani和sugeno两种模糊控制器类型。
其中，mamdani模糊控制器基于模糊规则的if-then逻辑，而sugeno模糊控制器使用模糊规则来计算模糊输出。
根据系统的具体需求，可以选择合适的模糊控制器类型，并设置相应的参数。
同时，可以使用模糊控制器设计工具来对模糊控制器进行优化和调整。
最后，对设计的模糊PID控制器进行性能评估。
在MATLAB中，可以使用模拟仿真工具对模糊PID控制器进行测试和评估。
具体方法是将模糊PID控制器与待控制的系统进行耦合，观察系统的响应和控制效果，并评估其性能和稳定性。
可以通过调整模糊PID控制器的参数和模糊规则来改善控制效果。
总之，基于MATLAB的模糊PID控制器设计包括建立模糊系统、设计控制器和性能评估三个步骤。
通过合理设置模糊输入、模糊输出和模糊规则，可以有效地解决非线性系统的控制问题。
同时，利用MATLAB提供的模糊控制器设计工具和性能评估工具，可以对模糊PID控制器进行优化和改进，以达到更好的控制效果和稳定性。
基于matlab的模糊控制器的设计与仿真
基于MATLAB的模糊控制器的设计与仿真摘要：本文对模糊控制器进行了主要介绍。
提出了一种模糊控制器的设计与仿真的实现方法，该方法利用MA TLB模糊控制工具箱中模糊控制器的控制规则和隶属度函数，建立模型，并进行模糊控制器设计与仿真。
关键词：模糊控制，隶属度函数，仿真，MA TLAB1 引言模糊控制是一种特别适用于模拟专家对数学模型未知的较复杂系统的控制，是一种对模型要求不高但又有良好控制效果的控制新策略。
与经典控制和现代控制相比，模糊控制器的主要优点是它不需要建立精确的数学模型。
因此，对一些无法建立数学模型或难以建立精确数学模型的被控对象，采用模糊控制方法，往往能获得较满意的控制效果。
模糊控制器的设计比一般的经典控制器如PID控制器要复杂，但如果借助MATLAB则系统动态特性良好并有较高的稳态控制精度，可提高模糊控制器的设计效率。
本文在MATLAB环境下针对某个控制环节对模糊控制系统进行了设计与仿真。
2 模糊控制器简介模糊控制器是一种以模糊集合论，模糊语言变量以及模糊推理为数学基础的新型计算机控制方法。
显然，模糊控制的基础是模糊数学，模糊控制的实现手段是计算机。
本章着重介绍模糊控制的基本思想，模糊控制的基本原理，模糊控制器的基本设计原理和模糊控制系统的性能分析。
随着科学技术的飞速发展，在那些复杂的，多因素影响的严重非线性、不确定性、多变性的大系统中，传统的控制理论和控制方法越来越显示出局限性。
长期以来，人们期望以人类思维的控制方案为基础，创造出一种能反映人类经验的控制过程知识，并可以达到控制目的，能够利用某种形式表现出来。
而且这种形式既能够取代那种精密、反复、有错误倾向的模型建造过程，又能避免精密的估计模型方程中各种方程的过程。
同时还很容易被实现的，简单而灵活的控制方式。
于是模糊控制理论极其技术应运而生。
3 模糊控制的特点模糊控制是以模仿人类人工控制特点而提出的，虽然带有一定的模糊性和主观性，但往往是简单易行，而且是行之有效的。
如何利用Matlab进行模糊控制
如何利用Matlab进行模糊控制引言近年来，随着科技的不断发展，模糊控制作为一种重要的控制方法，在各个领域得到了广泛的应用。
而Matlab作为一款功能强大的数学工具软件，对于模糊控制的实现提供了便捷的支持。
本文将介绍如何利用Matlab进行模糊控制，以及其在实际应用中的优势和局限性。
一、模糊控制简介模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过将模糊规则应用于控制系统，使其能够对不确定性和模糊信息进行处理。
与传统的精确控制方法相比，模糊控制更适用于处理复杂系统或无法精确建模的系统。
二、Matlab中的模糊控制工具箱Matlab提供了专门的模糊控制工具箱，可以方便地实现模糊控制系统的建模、仿真和优化等操作。
在Matlab的模糊控制工具箱中，主要包括两个核心部分：模糊推理引擎和模糊控制器。
1. 模糊推理引擎模糊推理引擎是模糊控制系统的核心部分，它负责根据输入和模糊规则，对系统进行推理和输出控制量。
在Matlab中，可以使用命令"newfis"来创建一个新的模糊控制系统，然后通过定义输入和输出变量、设定隶属函数和模糊规则等步骤，来构建一个完整的模糊控制系统。
2. 模糊控制器模糊控制器是模糊控制系统的具体实现，它将模糊推理引擎与输入输出之间的映射关系结合起来。
在Matlab中，可以使用命令"newfis"创建一个新的模糊控制系统，然后使用"addInput"和"addOutput"来添加输入和输出变量，最后通过设定隶属函数和模糊规则等步骤，来实现模糊控制器的搭建。
三、模糊控制的实际应用模糊控制在实际应用中有着广泛的应用领域，例如机器人控制、汽车导航、电力系统等。
下面将以一个模拟小车控制的实例来介绍如何利用Matlab进行模糊控制。
假设有一个小车需要根据距离和角度来控制其行驶方向和速度。
首先要定义输入和输出变量，这里我们将距离划分为近、中、远三个模糊集，角度划分为左、中、右三个模糊集，行驶方向划分为左转、直行、右转三个模糊集，行驶速度划分为慢、中、快三个模糊集。
模糊控制的Matlab仿真实例分析
这样的结果与实际情况还是有些不符。通常顾客都是给15％的 小费，只有服务特别好或特别不好的时候才有改变，也就是说， 希望在图形中间部分的响应平坦些，而在两端（服务好或坏） 有凸起或凹陷。这时服务与小费是分段线性的关系。例如，用 下面 MATLAB 语句绘出的下图的情况。
模糊控制技术
模糊控制的Matlab仿真
用MATLAB的模糊逻辑工具箱 (Fuzzy toolbox)实现
Matlab4.2以后的版本中推出的模糊工具箱 (Fuzzy Toolbox)，为仿真模糊控制系统提供了 很大的方便。
在Simulink环境下对PID控制系统进行建模是 非常方便的，而模糊控制系统与PID控制系统 的结构基本相同，仅仅是控制器不同。
真。
学习 MATLAB 仿真工具的一个快速有效的方法就 是学习示例模型，通过看懂这些模型和模块的功 能以及搭建过程，可以很快熟悉和掌握如何使用 MATLAB 仿真工具来设计和搭建自己独特的模型。
下面以模型Shower.mdl的结构作一个介绍，方便 读者更好地理解和学习这个例子。
模型Shower.mdl是一个淋浴温度及水量调节的模 糊控制系统的仿真，该模糊控制器的输入变量分 别是水流量和水温，输出变量分别是对热水阀和 冷水阀的控制方式。该问题是一个典型的经验查 表法控制示例，是 Mamdani型系统，其模糊控制 矩阵存为磁盘文件shower.fis。
要求设计的目标是一个合适的进水口阀门的控制器， 能够根据水箱水位的实时测量结果对进水阀门进行 相应控制，使水位满足特定要求（即特定输入信 号）。一般情况下，控制器以水位偏差（理想水位 和实际水位的差值）及水位变化率作为输入，输出 的控制结果是进水阀打开或关闭的速度。
PID控 制模块
阀门 水箱 模型 模型
变频空调模糊控制系统建模与仿真分析
邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新控制系统《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注变频空调模糊控制系统建模与仿真分析ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｅｏｆＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ＇ｓＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌ（１．河南科技大学；２．洛阳单晶硅有限责任公司）刘跃敏１高向阳１金社霞２ＬＩＵＹＵＥＭＩＮＧＡＯＸＩＡＮＧＹＡＮＧＪＩＮＳＨＥＸＩＡ摘要：在ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了变频空调系统控制模型，并利用参数自整定模糊控制器进行了仿真和分析。
关键词：变频空调；模糊控制；参数自调整；量化因子；比例因子中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：ＢＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ＇ｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｓｉｍｕｌｉｎｋ，，ａｓｗｅｌｌａｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｅｉｓｄｏｎｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐａｒｃｅｍｅｔｅｒｓｅｌｆ－ａｄｊｕｓｔａｂｌｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ，ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ，ＰａｒｃｅｍｅｔｅｒＳｅｌｆ－ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ，Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｆａｃｔｏｒ，Ｓｃａｌｉｎｇｆａｃｔｏｒ文章编号：１００８－０５７０（２００７）１１－１－００６９－０２前言近年来新出现的变频空调正以其节能舒适等特点逐渐取代定速空调而走入千家万户，其控制技术也在随着控制理论的发展和认识的深入不断进行着改进和完善。
由于空调系统具有时滞、时变及非线性等特点，基于精确模型的经典控制和现代控制方法实现起来都比较困难；而模糊控制则因其具有无需建立被控对象数学模型，鲁棒性与抗干扰性强等特点，能很好地适应变频空调系统的控制要求而得到广泛的应用。
使用Matlab技术进行模糊控制的基本方法
使用Matlab技术进行模糊控制的基本方法随着科技的不断发展，控制系统越来越广泛地应用于各个领域，帮助我们解决实际问题。
在控制系统中，模糊控制技术因其适应性强、鲁棒性好等特点而备受关注。
而Matlab作为一个强大的计算工具，为我们提供了许多实现模糊控制的功能。
本文将介绍使用Matlab技术进行模糊控制的基本方法。
一、模糊控制的基本理论在介绍使用Matlab进行模糊控制的方法之前，我们先来了解一下模糊控制的基本理论。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它模拟人类的思维方式进行控制，通过建立模糊规则库来实现对系统的控制。
在模糊控制中，输入和输出之间的关系由一组模糊规则来描述，这些模糊规则可以通过模糊推理进行计算得到系统的输出。
模糊控制主要有三个基本步骤：模糊化、模糊推理和去模糊化。
模糊化是将输入的实际值通过模糊隶属函数映射成模糊集合。
模糊推理则是根据模糊规则库进行推理计算，得到模糊输出。
最后，去模糊化将模糊输出转换为实际的控制量。
二、使用Matlab进行模糊控制的步骤1. 定义模糊集合和模糊规则库使用Matlab进行模糊控制的第一步是定义模糊集合和模糊规则库。
模糊控制中的模糊集合可以通过Matlab的fuzzymf函数来定义，它可以根据实际问题选择三角形、梯形、高斯函数等不同形状的隶属函数。
模糊规则库则是描述输入和输出之间关系的集合，它由一组模糊规则构成。
在Matlab中，可以使用fuzzylut函数来定义模糊规则库。
这个函数需要指定输入和输出的隶属函数以及规则的后件。
2. 模糊化和模糊推理定义好模糊集合和模糊规则库之后，接下来就是进行模糊化和模糊推理的计算了。
在Matlab中，可以使用fuzzy函数进行模糊化的计算。
这个函数需要输入模糊集合、输入的隶属函数和对应的输入值，然后计算得到模糊输入。
模糊推理可以通过fuzzy函数结合模糊规则库进行计算。
这个函数需要输入模糊规则库、模糊输入和输出的隶属函数，然后计算得到模糊输出。
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优点 ． 而且算 法简单 。但是 。 由于房间 温
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图 （ 图 １ 见 ）
１０ ． ８ ｓ 将延 迟 时 间改 为 １０ ｓ 则 压缩 机 ２０ ． 的工 作频 率 波动 较大 ． 温度 响应 也 有轻
应用 最 为广 泛 的一 种 控制 方法 ． 不仅 使 用方 便 ． 对受 控 对象 特性 的轻微 变化 也 不敏 感 ． 其调 控 品质 能够 满 足大 多数 的 应用要 求 空调控 制系统 中常用 的有 双 位调 节器 、 节 器 、 Ｉ Ｐ调 Ｐ 调节 器 等 ， 般 一
取 ＂ １０ ，ｏ １０ ｓＫ ＝ ． Ｃ Ｈｚ ｒ ２ ｓＴ ＝ ８０ ， ｏ ０３ ／ ， ＝ ￣
图 ２ Ｐ 控 制 系统 仿 真 结 果 Ｉ
则 传递 函数 为 ：
Ｇ （） ｏｓ＝ ｅ （） ２
另外 ． 在仿 真过程 中 ． 分别 修改房 间 模 型的 时 间常数 和延 迟 时 间 ． 控制 性能
关 键词 ：Ｉ ＰＤ控 制 ； 糊 控 制 ； 频 空调 ； ｔ ｂ 模 变 Ｍａｌ ａ
中 图 分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ２３ 与传 统控 制方 法 相 比 ． 糊 控 制具 模
文 献标识 码 ： Ａ
有 制 冷 （ 热 ） 速 、 温精 确 、 应 范 制 迅 控 适
围 宽 、 能 等 优 点 。笔 者 在 Ｐ 控 制 算 法 节 Ｉ 的 基 础 上 ． 讨 了 模 糊 控 制 在 变 频 空 调 探 中 的 应 用 ． 分 别 做 了仿 真 分 析 并
由 于 误 差 较 大 ． 压 缩 机 以 最 高 转 速 （ １Ｈｚ 行 ： 着 误 差 的 减 小 ， 缩 机 １０ 运 随 压
性 的 数 学 模 型 应 该 是 一 个 高 阶 微 分 方 ０２为 标 准 ． 大 于 Ｏ２时 ． 用 微 分 调 ． 当 － 采
降低转 速 ： 当房 间热负荷 达到平衡 状态 ， 压缩机 的运 行转速也 稳定下来 Ｐ 控制 Ｉ 应 的动 、 态性能 也都很好 。 静
设 空 调 房 问处 于 室 内 外 热平 衡 的 跃输 入信 号 后 ． 到压 缩 机运 行频 率 以 得 及房 间温度 的响应 曲线见 图 ２
由 图 ２可 见 ． 在 控 制 过 程 的 初 期 ．
初 始状 态 ． 目标 温 升 为 ２ ℃ ． 加 此 阶 微 的波动 ０ 施
３ 模 糊 控 制
程。 计算 比较 复杂 ， 建立起 来 比较 困难 。 为研究 方便 ． 将室 温对 象 用集 中参 数 和
带 纯 滞 ０２ 则 不 采 用 微 分 调 节 。 如 ．．
在 式 ２的 传 递 函 数 中 ．／ ｏ１ ０ １０ ＝ ｒＴ ＝ ２ ／ ８ ０ 下 ． 压缩机 的转速 变化平稳 ． 间温度 响 房 ００ ７ ０２ 故 不 需 要 微 分 环 节 本 文 采 ．６ ＜ ．． 用 位置 型 Ｐ 控制算 法 。 表 达式 为 ： Ｉ 其
在 较 大 的 范 围 内 仍 然 稳 定 但 是 若 两 者 同 时 改 动 ． 图 ３所 示 ． 时 间 常 数 改 为 如 将
因 此 ． 要 在 Ｐ 控 制 器 输 出端 增 加 抗 积 需 Ｉ
分 饱 和 的环 节
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其 中． ｎ为压 缩 机运 转 频率 ： ｋ为 采
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１ 空调 房 间 的数 学 模 型
实 际 的 空 调 房 问 是 具 有 大 的 热 容 量 、 容 、 时 间 延 迟 的 环 节 ， 动 态 特 多 有 其
图 １ Ｐ 控 制 系统 ｓ ｕ ｉｋ仿 真框 图 Ｉ ｉ ｌ ｍ ｎ
不 加 微 分 调 节 作 用 ． 有 当 延 迟 时 间 较 只 大 时 才 需 要 。 程 中 常 以 ｆ 是 否 大 于 工
基 于 Ｍａｌ ｔ ｂ的变 频 空调 模 糊 控 制研 究 ａ
方 学 军
（ 长江 大学工程技 术 学 院 湖北 荆 州
摘
４４ ２ ） ３ ０ ３
要： 变频 空调 的控 制策略 一直是 人们 关 注的热 点 问题 。文章设 计 了变频 空调 的模 糊控 制方 法 ， 结
合 传 统 的 ＰＤ 控 制 ， 行 了比 较 和 改 进 ， 用 Ｍａｌｂ实 现 了仿 真 。 Ｉ 进 并 ｔ ａ
模 糊 逻 辑 控 制 （ ｕｚ ｏ ｉ Ｃ ｎ Ｆ ｚｙ Ｌ ｇ ｏ — ｃ
ｋ
为 例 ．通过 调节 压缩 机 的运 转频 率 ． 控
制 其 制 热 量 ． 而 实 现 对 房 间 温 度 的 调 从 节 在 初 始 条 件 为 ０的 情 况 下 ． 空 调 即 房 间 室 内 外 处 于 热 平 衡 的 状 态 、 缩 机 压
ｎ ｋ ＝ （ ） （ ） ｅ ｋ ＋