电冰箱模糊控制的算法及应用.pdf

1、第 33 卷 第 2 期 河 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) V ol . 33 N o. 22005 年 5 月 J ournal of Henan N ormal Universit y ( N atural S cience) M ay. 2005 文 章 编 号 :1000 - 2367 (2005) 02 - 0125 - 03电 冰 箱 模 糊 控 制 的 算 法 及 应 用 赵 明 富 1 ,张 聪 品 2 ,吴 东 芳 3(1. 河 南 科 技 学 院 电 子 工 程 系 ,河 南 新 乡 ,453003 ;2.河 南 师 范 大 学 计 算 机 与 信

2、息 技 术 学 院 ,河 南 新 乡 , 453007 3. 平 原 大 学 信 息 工 程 学 院 ,河 南 新 乡 ,453003)摘 要 :将 模 糊 控 制 技 术 用 于 电 冰 箱 上 ,在 冰 箱 内 可 实 现 温 度 和 除 霜 的 模 糊 控 制 ,使 电 冰 箱 以 最 优 方 式 运 行 ,保 持 冰 箱 内 的 最 佳 温 度 和 湿 度 ,实 现 食 品 保 鲜 和 冰 箱 节 能 .关 键 词 :电 冰 箱 ;温 度 模 糊 控 制 ;除 霜 模 糊 控 制中 图 分 类 号 : TP29 文 献 标 识 码 :A家 用 电 冰 箱 一 般 有 冷 藏 室 和 冷

3、 冻 室 ,冷 藏 室 温 度 范 围 为 0 10 ,冷 冻 室 温 度 范 围 为 - 6 - 24 . 显然 ,传 统 的 机 械 式 、 电 子 式 冰 箱 是 通 过 控 制 蒸 发 器 的 温 差 或 箱 内 温 差 来 控 制 压 缩 机 、 风 扇 的 开 停 状 态 及 风 门大 小 的 ,因 而 使 冰 箱 内 保 持 一 定 低 温 而 保 质 保 鲜 的 . 但 冰 箱 内 的 温 度 要 受 环 境 温 度 、 存 放 物 品 的 初 始 温 度 、 热容 量 、 充 满 率 及 开 门 频 繁 度 等 因 素 的 影 响 ,冰 箱 内 的 温 度 场 分 布 极 不

4、 均 匀 ,因 此 要 使 箱 内 食 品 保 持 一 定 温 度 、对 压 缩 机 的 控 制 方 法 就 很 难 用 准 确 的 数 学 模 型 来 表 示 ,而 采 用 模 糊 控 制 技 术 可 达 到 最 佳 控 制 效 果 .1 电 冰 箱 的 模 糊 控 制 系 统家 用 电 冰 箱 的 发 展 趋 势 ,除 了 无 氟 大 容 量 外 ,主 要 采 用 多 门 分 体 结 构 或 多 通 道 风 冷 式 结 构 . 为 满 足 这 种需 要 ,本 系 统 主 要 实 现 的 是 温 度 的 模 糊 控 制 和 除 霜 的 模 糊 控 制 . 温 度 控 制 通 过 传 感 器

5、检 测 环 境 温 度 、 各 室 温度 及 开 门 的 频 繁 度 ,利 用 模 糊 推 理 规 则 控 制 压 缩 机 、 风 扇 及 风 门 状 态 而 实 现 食 物 最 佳 的 保 持 温 度 . 除 霜 控 制则 是 根 据 霜 层 厚 度 ,选 择 在 门 开 启 间 隔 最 长 的 时 间 段 使 电 热 丝 快 速 通 电 除 霜 ,这 样 对 食 品 温 度 的 影 响 最 小 ,最 有 利 于 食 品 保 鲜 . 图 1 为 上 述 模 糊 控 制 系 统 的 原 理 框 图 . 冷 冻 室 传 感 器 、 冷 藏 室 传 感 器 、 化 霜 传 感 器 和 室 温传 感

6、 器 转 换 的 电 信 号 经 放 大 器 电 压 放 大 后 供 单 片 机 采 样 分 析 ,这 些 传 感 器 均 为 N TC 热 敏 电 阻 . 电 源 电 压 检测 电 路 可 准 确 检 测 出 电 压 的 波 动 情 况 ,为 压 缩 机 的 过 、 欠 压 保 护 提 供 依 据 . 开 门 检 测 电 路 可 检 测 出 箱 门 的 开闭 状 态 及 开 闭 时 间 的 长 短 . 风 门 位 置 检 测 电 路 用 来 检 测 风 门 的 开 闭 状 态 及 开 启 度 的 大 小 . 按 键 和 显 示 电 路 可以 实 现 人 机 对 话 ,显 示 电 路 由 L

7、ED 显 示 和 数 码 管 显 示 两 部 分 组 成 ;L ED 用 来 显 示 冰 箱 的 运 行 状 态 ,数 码 显示 则 为 维 修 人 员 全 面 检 查 冰 箱 故 障 提 供 重 要 依 据 . 语 音 电 路 可 发 出 “ 请 您 关 门 ” 等 简 单 语 句 . 输 出 电 路 用 来 驱动 压 缩 机 、 风 门 电 机 、 风 扇 、 臭 氧 发 生 器 及 除 霜 电 热 丝 工 作 . 状 态 控 制 器 可 保 证 单 片 机 在 强 干 扰 环 境 下 正 常 工 作 .2 温 度 的 模 糊 控 制电 冰 箱 的 温 度 控 制 一 般 以 冷 藏 室

8、温 度 为 控 制 目 标 ,根 据 箱 内 实 际 温 度 与 设 定 温 度 的 偏 差 来 控 制 压 缩 机的 开 停 状 态 ,使 箱 内 食 品 保 持 最 佳 温 度 . 控 制 以 环 境 温 度 、 箱 内 温 度 及 其 变 化 率 为 研 究 对 象 . 电 冰 箱 通 过 压 缩机 驱 使 制 冷 剂 快 速 循 环 ,液 态 制 冷 剂 在 蒸 发 器 内 吸 热 膨 涨 后 使 箱 内 食 品 温 度 降 低 而 实 现 保 质 保 鲜 . 当 环 境 温 收 稿 日 期 :2004 - 06 - 12基 金 项 目 :河 南 省 科 技 厅 科 技 攻 关 项 目

9、 (0424300007)作 者 简 介 :赵 明 富 (1964 - ) ,男 ,河 南 新 乡 人 ,河 南 科 技 学 院 副 教 授 ,主 要 从 事 EDA 技 术 和 家 用 电 器 控 制 技 术 工 作 .度 变 化 时 ,蒸 发 器 表 面 的 温 度 也 会 相 应 变 化 ,提 供 的 冷 量 也 会 变 化 . 另外 压 缩 机 工 作 时 提 供 的 冷 量 ,一 部 分 使 贮 藏 的 食 品 降 温 ,一 部 分 通 过 箱体 向 外 散 发 ,另 一 部 分 在 箱 体 开 门 时 向 外 散 发 . 因 此 在 不 同 环 境 温 度下 ,使 冰 箱 内 的

10、食 品 保 持 一 定 的 贮 藏 温 度 ,压 缩 机 的 工 作 条 件 会 大 不 相同 . 由 此 设 计 的 模 糊 控 制 方 案 归 纳 为 :根 据 箱 内 温 度 T、 温 度 变 化 率 T、 环 境 温 度 (室 温 ) t 和 开 门 时 间 长 短 D 来 决 定 本 次 控 制 所 需 的 制 冷量 ,冷 量 多 少 由 压 缩 机 工 作 时 间 的 长 短 来 提 供 ,相 应 的 模 糊 控 制 框 图 和隶 属 度 函 数 分 别 如 图 2 和 图 3 所 示 .模 糊 推 理 则 可 表 示 为 :if T = L and T = M and t = L

11、 and D = S then Q( F) = sif T = H and T = L and t = M and D = M t hen Q( F) = mif T = H and T = H and t =H and D = L t hen Q( F) = b式 中 L 、 M、 H 分 别 表 示 温 度 、 温度 的 变 化 率 、 环 境 温 度 的 模 糊 集 为低 、 中 、 高 三 档 ; S、 M、 L 分 别 表 示 开门 时 间 的 模 糊 集 为 短 、 中 、 长 三 档 ; Q或 F 分 别 表 示 所 需 的 制 冷 量 和 风 门的 开 启 程 度 ,用 s、

12、m、 b分 别 表 示 制 冷量 的 少 、 中 、 多 和 风 门 开 启 度 的 小 、中 、 大 .3 除 霜 的 模 糊 控 制在 使 用 电 冰 箱 的 过 程 中 ,冷 冻 室蒸 发 器 的 表 面 温 度 很 低 ,冷 冻 室 内 的 空 气 和 食 物 中 的 水 分 聚 集 在 蒸 发 器 表 面 而 结 霜 . 霜 层 越 厚 ,热 交 换 效 率越 低 ,这 样 就 增 大 了 冰 箱 的 耗 电 量 . 因 此 ,在 风 冷 式 冰 箱 冷 冻 室 的 周 围 安 装 有 除 霜 装 置 . 除 霜 措 施 是 在 蒸 发 器的 表 面 设 置 电 热 丝 ,除 霜 时

13、 压 缩 机 停 机 、 电 热 丝 通 电 发 热 使 蒸 发 器 表 面 温 度 回 升 而 快 速 化 霜 . 显 然 ,除 霜 过 程中 除 霜 的 控 制 目 标 是 对 食 品 温 度 的 影 响 最 小 . 因 此 ,一 般 在 冰 箱 温 度 最 稳 定 的 时 间 进 行 快 速 除 霜 . 除 霜 的 模621 河 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 2005 年糊 控 制 方 案 为 :根 据 压 缩 机 的 累 计 运 行 时 间 T、 蒸 发 器 表 面 的 着 霜 厚 度 Q及 箱 门 开 启 的 频 繁 度 D 作 出 是 否 除霜 、 何 时

14、除 霜 、 加 热 器 通 电 多 长 时 间 的 指 令 ,相 应 的 模 糊 除 霜 推 理 框 图 、 隶 属 度 函 数 如 图 4 和 图 5 所 示 . 表 1列 出 了 电 热 丝 状 态 与 着 霜 厚 度 及 箱 门 开 启 频 繁 度 之 间 的 推 理 规 则 ,由 此 实 现 以 最 佳 方 式 除 霜 .采 用 上 述 模 糊 控 制 技 术 不 仅 能 实 现 冰 箱 温 度 的 模 糊 控 制 和 智 能 除 霜 控 制 ;而 且 在 温 度 传 感 器 失 效 时 ,根据 自 适 应 系 统 能 自 动 控 制 压 缩 机 的 开 停 机 时 间 ,使 冰 箱

15、正 常 工 作 . 采 取 新 型 的 过 欠 压 保 护 措 施 ,可 在 电 网 电压 不 稳 定 的 地 区 使 冰 箱 在 宽 电 压 范 围 内 仍 能 正 常 工 作 . 根 据 模 糊 推 理 规 则 ,合 理 控 制 压 缩 机 的 开 、 停 机 时 刻 ,降 低 压 缩 机 开 、 停 机 的 频 繁 度 ,真 正 实 现 节 能 省 电 . 因 此 ,模 糊 控 制 技 术 将 是 电 冰 箱 节 能 技 术 发 展 的 一 个 方向 ,也 将 广 泛 应 用 于 其 它 制 冷 设 备 上 . 同 时 配 合 变 频 技 术 和 计 算 机 网 络 控 制 技 术 ,将

16、 从 整 体 上 提 高 电 冰 箱 的控 制 技 术 ,有 利 于 冰 箱 的 换 代 升 级 ,提 高 在 国 际 市 场 上 的 竞 争 力 .参 考 文 献1 刘 献 心 ,黄 布 毅 . 模 糊 控 制 技 术 在 家 用 电 冰 箱 上 的 应 用 J . 家 用 电 器 科 技 ,1996 , (5) :31 - 33.2 周 泽 .电 冰 箱 的 模 糊 控 制 技 术 J . 家 用 电 器 科 技 ,1997 , (4) :39 - 42.3 黄 布 毅 ,崔 光 照 . 模 糊 控 制 技 术 在 家 用 电 器 中 的 应 用 M . 北 京 :中 国 轻 工 业 出

17、版 社 ,1998 ,180 - 200.4 余 永 权 ,曾 碧 . 单 片 机 模 糊 逻 辑 控 制 M .北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,1995 ,145 - 175.5 窦 振 中 .模 糊 逻 辑 控 制 技 术 及 其 应 用 M . 北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,1995 ,98 - 106.Calculation Way and Applications of the Fuzzy Control in RefrigeratorZHAO Ming2f u1 ,ZHAN G Cong2pin2 ,WU Dong2fang3(1.

18、 Depart ment of Electronic Engineering , Henan Institute of Science and Technology ,Xinxiang 453003 ,China ;2. College of Computer and Information Technology , Henan Normal University ,Xinxiang 453007 ,China ;3. College of Information Engineering ,Pingyuan University ,Xinxiang 453003 ,China)Abstract

19、 :We use for the fuzzy control technique to refrigerator ,realize the fuzzy control of the temperatures and dividefrost in the refrigerator , make refrigerator circulated in a superior way , keeping the best temperature and degree of humidity in2side the refrigerator , realize protecting fresh of the food and economizing on electric power with the refrigerator.Key words :refrigerator ;fuzzy control in temperature ;fuzzy control to divide frost721第 2 期 赵 明 富 等 :电 冰 箱 模 糊 控 制 的 算 法 及 应 用