基于模糊PID的供暖设备控制系统设计_李泽豪.pdf

1、 电 子 测 量 技 术ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY第45卷 第23期2022年12月 DOI:10.19651/k i.emt.2209982基 于 模 糊P I D的 供 暖 设 备 控 制 系 统 设 计*李 泽 豪 冯 寿 廷(华 南 师 范 大 学 物 理 与 电 信 工 程 学 院 广 州 510006)摘 要:针 对 目 前 市 场 上 销 售 的 供 暖 设 备 安 全 性 低、恒 温 调 节 缓 慢 且 效 果 差、智 能 化 程 度 低 的 问 题,设 计 了 一 款 基 于模 糊PID的 供 暖 设 备 控 制 系 统。该 系 统 通

2、 过 传 感 器 阵 列 和 功 率 调 节 模 块,完 成 了 对 温 湿 度 的 采 集、智 能 交 互 控 制 功能。同 时,系 统 利 用 模 糊PID控 制 算 法,实 现 了 对 环 境 温 度 的 精 准 控 制,并 能 对 一 些 造 成 安 全 隐 患 的 行 为 做 出 及 时 的预 判 和 处 理。经 过MATLAB系 统 仿 真 和 实 际 测 试,该 模 糊PID控 制 系 统 可 基 本 实 现 无 超 调,且 震 荡 周 期 和 调 节 时 间较 传 统PID分 别 缩 短 了46%和25%,并 兼 具 较 高 的 鲁 棒 性。此 外,系 统 还 能 出 色 地

3、对 各 类 安 全 隐 患 行 为 进 行 处 理,较大 地 提 升 了 供 暖 时 的 安 全 性,具 有 良 好 的 市 场 前 景。关 键 词:模 糊PID;智 能 供 暖 设 备;自 动 控 制;传 感 器 阵 列中 图 分 类 号:TP273;TU832 文 献 标 识 码:A 国 家 标 准 学 科 分 类 代 码:510.8060D e s ign o f h e a t i ng equ ipm e n t c o n t r o l sys t e m b a s e d o n f u z zy P I DL i Zehao Feng Shou t i ng(Schoo l

4、 o f Phys i c s and Te l e c ommun i c a t i on Eng i ne e r i ng,Sou t h Ch i na No rma l Un i ve r s i t y,Guang zhou 510006,Ch i na)A b s t r a c t:Aimi ng a t t he p r ob l ems o f l ow s a f e t y,s l ow t he rmo s t a t ad j us tmen t,poo r e f f e c t and l ow i n t e l l i genc e o f t he he

5、 a t i ng e qu i pmen t cu r r en t l y on t he ma r ke t,a he a t i ng e qu i pmen t c on t r o l sy s t em ba s ed on f u z z y PID wa s de s i gned.The sy s t em c omp l e t e s t he a c qu i s i t i on o f t empe r a t u r e and humi d i t y a s we l l a s i n t e l l i gen t i n t e r a c t i v

6、e c on t r o l f unc t i ons t hr ough s ens o r a r r ay s and powe r ad j us tmen t modu l e s.At t he s ame t ime,t he sy s t em us e s t he f u z z y PID c on t r o l a l go r i t hm t o a ch i e ve p r e c i s e c on t r o l o f t he amb i en t t empe r a t u r e,wh i ch c an make t ime l y p r

7、 ed i c t i on and p r o c e s s i ng o f s ome behav i o r s t ha t c aus e po t en t i a l s a f e t y ha z a r ds.Af t e r MATLAB sy s t em s imu l a t i on and a c t ua l t e s t,t he f u z z y PID c on t r o l sy s t em c an no t on l y a ch i e ve no ove r shoo t ba s i c a l l y,bu t a l s o

8、have h i gh r obus t ne s s.When c ompa r ed wi t h t he t r ad i t i ona l PID,bo t h t he o s c i l l a t i on pe r i od and ad j us tmen t t ime a r e sho r t ened by 46%and 25%r e spe c t i ve l y.I n add i t i on,t he sy s t em c an a l s o hand l e a l l k i nds o f po t en t i a l s a f e t y

9、 ha z a r ds we l l,wh i ch g r e a t l y imp r ove s t he s a f e t y du r i ng he a t i ng and ha s a good ma r ke t p r o spe c t.K e y w o r d s:f u z z y PID;i n t e l l i gen t he a t i ng e qu i pmen t;au t oma t i c c on t r o l;s ens o r a r r ay 收 稿 日 期:2022-05-17*基 金 项 目:广 东 省 基 础 与 应 用 基

10、 础 研 究 基 金(2019B1515120025)项 目 资 助0 引 言 供 暖 设 备 作 为 一 种 御 寒 取 暖 的 工 具,已 被 广 泛 运 用 于家 庭、公 共 场 所 和 生 产 车 间 等 场 所 1。以 暖 风 机 为 代 表 的循 环 空 气 供 暖 设 备,因 其 简 单 的 生 产 过 程 和 良 好 的 供 暖 效果,在 供 暖 设 备 中 占 据 着 重 要 地 位,因 而 本 文 研 究 的 控 制 系统 将 重 点 围 绕 该 类 型 的 供 暖 设 备 进 行。众 所 周 知,目 前 供暖 设 备 普 遍 存 在 的 安 全 隐 患 便 是:当 设 备

11、 被 其 他 易 燃 物 品遮 挡 覆 盖 时 不 能 自 动 停 止 运 行,容 易 造 成 安 全 事 故 2。不 仅 如 此,它 们 所 采 用 的 控 制 逻 辑 大 都 较 为 简 单,如 文献3 利 用 继 电 器 进 行 控 制,电 路 系 统 虽 简 单,但 恒 温 效 果较 差;少 数 则 使 用PID算 法 来 改 进 温 度 控 制 效 果,如文 献4 加 入 了PID算 法,但 该PID算 法 是 在 特 定 环 境 下调 试 的,通 用 性 较 低,且 缺 乏 一 定 的 智 能 控 制 手 段。现 今 无论 哪 一 种 控 制 逻 辑,由 于 环 境 系 统 的 大

12、 惯 性 和 测 量 滞 后 的影 响,供 暖 时 都 容 易 出 现 恒 温 调 节 缓 慢、温 度 忽 高 忽 低 的 现象。此 外,传 统 供 暖 设 备 控 制 系 统 的 单 一 传 感 器 测 量 方 法,会 导 致 测 量 温 度 时 存 在 空 间 局 限 性,进 而 影 响PID控 制 效果,最 终 使 得 供 暖 舒 适 性 下 降。针 对 以 上 的 问 题,本 文 设 计 了 一 款 模 糊 控 制 与P ID控 制融 合 的 供 暖 设 备 控 制 系 统,使 得P ID的 参 数 可 根 据 当 前 环 境温 度 及 时 调 整。另 外,系 统 借 助 传 感 器

13、阵 列 技 术,既 能 解 决7 第45卷 电 子 测 量 技 术单 一 传 感 器 存 在 的 空 间 局 限 性 问 题 5,还 能 消 除 传 统 供 暖 设备 存 在 的 安 全 隐 患 和 无 人 使 用 却 持 续 运 转 的 能 源 浪 费。1 硬 件 系 统 的 设 计 方 案 控 制 系 统 的 硬 件 主 要 由32位MCU主 控 制 器、传 感 器阵 列 和 功 率 调 节 模 块 构 成,如 图1所 示。图1 控 制 系 统 的 构 成 框 图图 中 的32位MCU负 责 对 采 集 到 的 数 据 进 行 分 析 处理,并 根 据 当 前 的 温 度 值 与 期 望

14、值 的 偏 差,按 照 一 定 的 模 糊规 则 对PID的 参 数 进 行 实 时 整 定。整 定 后 的 参 数 值,通 过PWM波 的 方 式 输 出 到 可 控 硅 构 成 的 功 率 调 节 模 块,进 而线 性 调 节 交 流 电 压 的 大 小,从 而 改 变 金 属 发 热 管 或PTC陶瓷 发 热 片 的 热 功 率 和 供 暖 设 备 的 风 量,实 现 模 糊PID控 制供 暖 设 备 的 功 率 的 功 能 6。图 中 的 传 感 器 阵 列 由 部 署 在 不 同 位 置 的 传 感 器 模 块 构成,以 便 于 实 现 多 维 度 对 人 员 有 无 的 判 断 及

15、 空 间 整 体 温 湿度 的 采 集,有 利 于 克 服 数 据 采 集 过 程 中 的 不 稳 定 并 减 少 误判 的 情 况 发 生 7。得 益 于 这 些 传 感 器 采 集 的 数 据,系 统 便可 实 现“人 走 关 机,人 来 启 动”的 节 能 减 排 与 智 能 控 制 目 的;并 避 免 了 因 长 期 供 暖 使 得 环 境 干 燥 而 对 人 体 皮 肤 造 成 的 伤害。各 传 感 器 的 具 体 参 数 如 表1所 示。表1 传 感 器 的 参 数传 感 器 型 号与 名 称分 辨 率 测 量 范 围 功 能 数 量K-01型热 电 偶-0 600 供 暖 设 备

16、内 部 温 度的 测 量1AHT21B温 湿 度 传 感 器0.024%RH0.01 0100%RH-40+120 环 境 温 湿度 的 测 量4HC-SR505红 外 人 体感 应 模 块-05 m人 员 有 无的 监 测42 模 糊P I D温 度 控 制 器 的 设 计2.1 传 统 P I D温 度 控 制 器 的 不 足 传 统PID温 度 控 制 系 统 的3个 参 数K p、K i、K d,往 往是 在 特 定 环 境 下 调 试 的 最 优 结 果。对 于 环 境 温 度 这 类 非 线性 的 惯 性 系 统 而 言,当 供 暖 设 备 所 处 的 环 境 改 变 时,PID的

17、输 出 将 不 再 是 最 优 解,使 得PID控 制 效 果 下 降,严 重 时 会使 温 度 反 复 跳 变 无 法 收 敛。因 此,在 供 暖 设 备 控 制 系 统 中,有 必 要 实 现PID参 数 的 自 整 定,本 文 利 用 的 是 模 糊 控 制 理论 对 传 统PID温 度 控 制 器 加 以 改 进。2.2 模 糊P I D温 度 控 制 器 的 原 理 本 文 设 计 的 模 糊PID温 度 控 制 器 主 要 由PID控 制 器、二 维 模 糊 控 制 器、被 控 对 象 和 反 馈 支 路 构 成,如 图2所 示。图2 模 糊PID温 度 控 制 器 的 原 理 图

18、2中 的e为 实 际 温 度 值t与 期 望 温 度 值r的 偏 差,即e=r-t;E e为 偏 差 的 变 化 率,K p、K i、K d为PID控 制 器 的 三 个 参 数 的 增 量。二 维 模 糊 控 制 器 将 在 偏 差e及 其 变 化 率E e的 共 同 作 用 下,根 据 一 定 的 模 糊 规 则,完 成对PID的3个 参 数 自 动 整 定 功 能 8,以 确 保PID控 制 器 能最 优 地 调 整 供 暖 设 备 热 功 率 和 风 量,从 而 改 善 供 暖 性 能 和效 果。2.3 模 糊 化 结 合 实 际 需 要,将 温 度 偏 差e和 偏 差 的 变 化 率

19、E e的 实际 论 域 设 定 为-9,9;K p、K i、K d的 实 际 论 域 设 定为-0.3,0.3、-0.06,0.06 和-2,2。根 据 实 际 论 域的 模 糊 规 则 9,将e和E e的 模 糊 论 域 都 选 为-9,9,则 它们 的 量 化 因 子 均 为1;而 K p、K i、K d的 模 糊 论 域 都 选为-3,3,则 它 们 的 比 例 因 子 分 别 为0.1、0.183、0.67。8 李 泽 豪 等:基 于 模 糊PID的 供 暖 设 备 控 制 系 统 设 计 第23期同 时,该 二 维 模 糊 控 制 器 使 用7个 语 言 变 量,以 便 能精 确 描

20、 述 其 模 糊 子 集:NB 负 大、NM 负 中、NS 负 小、ZO 零、PS 正 小、PM 正 中、PB 正 大,因 此 二 维 模 糊规 则 库 中 将 有773=147条 规 则。模 糊 论 域 上 的 模 糊子 集 选 用 三 角 形 函 数 作 为 隶 属 度 函 数 10,在MATLAB中e和E e的 隶 属 度 函 数 如 图3所 示。图3 模 糊 控 制 器 中e和E e的 隶 属 度 函 数2.4 模 糊 规 则 模 糊 规 则 是 进 行 模 糊 推 理 的 基 础,它 直 接 决 定 了 模 糊控 制 器 的 控 制 性 能。因 此 在 制 定 模 糊 规 则 时,需

21、 要 充 分 考虑 二 维 模 糊 控 制 器 的 输 入 端 的 各 种 情 况,按 照 一 定 的 方 法设 计。具 体 的 设 计 方 法 如 下:1)比 例 项K p反 映 的 是 系 统 的 响 应 速 度,为 实 现 低 温时(即 偏 差e较 大 时)快 速 供 暖,在 调 节 初 期 取 较 大 的K p以 便 于 供 暖 区 域 的 快 速 升 温,而 在 中 期 取 较 小 的K p以 减小 或 消 除 温 度 的 超 调,并 在 后 期 取 较 大 的K p以 减 小 静 态误 差,提 高 控 制 精 度 11。2)积 分 项K i反 映 的 是 系 统 的 稳 态 偏 差

22、,在 调 节 初 期取 较 小 的K i以 防 止 积 分 饱 和 而 产 生 较 大 的 温 度 超 调,而在 中 期 取 适 中 的K i以 免 影 响 系 统 的 稳 定,并 在 后 期 取 较大 的K i以 减 小 静 态 误 差 使 环 境 温 度 维 持 恒 定 12。3)微 分 项K d反 映 的 是 系 统 的 动 态 特 性,在 调 节 初 期取 较 大 的K d以 减 小 或 避 免 超 调,而 在 中 期 取 较 小 的K d以维 持 调 节 特 性,并 在 后 期 取 微 小 的K d以 减 小 制 动 作 用,补偿 初 期 较 大 的K d所 带 来 的 调 节 时

23、间 的 增 加 13。按 照 以 上 方 法,模 糊PID控 制 器 的 参 数 增 量 K p、K i、K d的 规 则 变 化 曲 面 如 图4所 示。2.5 模 糊 推 理 模 糊 推 理 是 建 立 在 隶 属 度 函 数 和 模 糊 规 则 的 基 础 上,对 二 维 输 入 变 量e和E e,求 出 输 出 变 量 K p、K i、K d的对 应 解 的 过 程。本 文 采 用“重 心 法”去 实 现 模 糊 推 理,即 根据e和E e的 隶 属 度 的 值,在 各 输 出 变 量 的 模 糊 规 则 表 中,找 到 对 应 的 输 出 解。具 体 的 模 糊 规 则 如 表2所

24、示。2.6 解 模 糊 化 解 模 糊 化 是 将 求 解 后 的 模 糊 量,转 换 成 精 确 量 的 过图4 Kp、K i、K d的 变 化 曲 面程,其 目 的 是 为 了 得 到 最 终 的PID参 数 值。本 文 采 用 的 是“线 性 加 权 法”来 完 成 解 模 糊 化 14。K p=K p+K pK i=K i+K iK d=K d+K d(1)在 式(1)中,K p、K i、K d为 解 模 糊 化 后 的PID参数 的 增 量;、为 加 权 系 数,可 根 据 实 际 情 况 进 行 调 整,本 文 中 取 值 均 为1;K p、K i、K d为 前 一 次 解 模 糊

25、 化 的PID参 数 值;K i、K i、K i为 本 次 模 糊 控 制 器 输 出 的PID参 数 值。3 软 件 系 统 的 设 计 方 案 系 统 的 软 件 设 计 采 用 模 块 化 的 设 计 方 法,即:将 系 统的 软 件 设 计 划 分 为 各 个 子 模 块 进 行 设 计 15,便 于 后 续 的 维护 与 升 级。各 模 块 的 具 体 设 计 如 下:3.1 传 感 器 阵 列 的 数 据 采 集 与 处 理 温 湿 度 传 感 器 和 红 外 人 体 感 应 模 块 均 位 于 用 户 所 在的 空 间“前、后、左、右”的4个 方 位,以 保 证 能 够 全 方

26、面 地 采9 第45卷 电 子 测 量 技 术 表2 K p/K i/K d的 模 糊 规 则 表 K p K i K dE eNB 负 大NM 负 中NS 负 小ZO 零PS 正 小PM 正 中PB 正 大eNB PB/NB/PS PB/NB/NS PB/NM/NB PM/NM/NB PS/NS/NB ZO/ZO/NM ZO/ZO/PSNM PB/NB/PS PB/NB/NS PB/NM/NB PS/NS/NM PS/NS/NM ZO/ZO/NS NS/ZO/ZONS PB/NB/ZO PM/NM/NS PM/NS/NM PS/ZE/NM ZO/ZO/NS NS/PS/NS NS/PS/ZO

27、ZO PM/NM/ZO PM/NM/NS PS/NS/NS ZO/ZO/NS NS/PS/NS NM/PM/NS NM/PM/ZOPS PS/NM/ZO PS/NS/ZO ZO/ZO/ZO NS/PS/ZO NS/PS/ZO NM/PM/ZO NM/PB/ZOPM PS/ZO/PB ZO/ZO/NS NS/PS/PS NM/PS/PS NM/PM/PS NM/PB/PS NB/PB/PBPB ZO/ZO/PB ZO/ZO/PM NM/PS/PM NM/PM/PM NM/PM/PS NB/PB/PS NB/PB/PB集 到 空 间 各 个 区 域 的 温 湿 度 值 和 人 员 的 有 无,如

28、图5所 示。图5 传 感 器 阵 列 的 三 维 空 间 方 位 图由 于 环 境 系 统 属 于 大 惯 性 系 统,温 度 值 不 会 发 生 突变。利 用 该 特 点,可 将 某 些 传 感 器 因 受 外 界 干 扰,导 致 测量 异 常 的 数 据 剔 除,然 后 对 剩 余 数 据 求 算 术 平 均 值,得 到总 体 的 温 度 值。剔 除 时,应 根 据 模 糊 集 理 论 中 的 容 许 函 数阈 值 来 进 行 16,具 体 如 下:设 某 传 感 器 在 某 一 时 间 段 内 测 得 的 数 据 分 别 为x1,x2,x n,该 时 间 段 内 传 感 器 测 量 的

29、算 术 平 均 值 为y=1nni=1x i(2)则 传 感 器 第i次 测 量 值x i到y的 距 离 为d i n=x i-y(3)参 考 前 人 的 数 据,本 文 将 容 许 函 数R(x,y)设 定 为 一阈 值 函 数 17。R(x,y)=1,|d i n|0.2 y|0,|d i n|0.2 y|(4)根 据 式(4)可 知,当 测 量 值x i与 算 术 平 均 值y的 距 离小 于0.2 y时,容 许 度 较 大,表 明 测 量 无 异 常,应 予 以 保 留;当 测 量 值x i与 算 术 平 均 值y的 距 离 大 于 等 于0.2 y时,容许 度 较 小,表 明 测 量

30、 有 异 常,应 予 以 剔 除。3.2 异 常 情 况 的 处 理 为 确 保 系 统 能 及 时 发 现 供 暖 设 备 被 其 他 物 品 覆 盖 而引 发 危 险 的 异 常 行 为,本 系 统 设 定 了 一 个 最 高 优 先 级 的 异常 监 视 服 务 函 数。当 系 统 检 测 到 供 暖 设 备 内 部 温 度 高 于安 全 阈 值 时,将 会 自 动 关 闭 供 暖 设 备,同 时 蜂 鸣 器 将 发 出急 促 的 警 报 声,从 而 提 醒 用 户 及 时 处 理 当 前 的 危 险 情 况,避 免 引 发 火 灾 等 安 全 事 故。3.3 主 程 序 的 设 计 该

31、 控 制 系 统 的 主 程 序 的 流 程 如 图6所 示。图6 主 程 序 流 程主 程 序 首 先 需 要 完 成 上 电 后 系 统 资 源 的 初 始 化 工 作,然 后 循 环 执 行 数 据 采 集 与 处 理、异 常 行 为 及 人 员 有 无 的 监测、模 糊PID控 制 等 相 关 模 块 的 子 程 序。4 控 制 系 统 的 仿 真 与 测 试 为 了 测 试 本 文 所 设 计 的 模 糊PID算 法 的 有 效 性,采 用MATLAB自 带 的S imu l i nk工 具 箱 对 系 统 进 行 建 模 仿 真。同 时,为 了 检 测 该 模 糊PID控 制 系

32、统 的 实 际 效 果,验 证 能否 实 现 预 期 的 功 能 18,本 文 对 控 制 系 统 进 行 了 实 物 测 试。4.1 模 糊P I D控 制 器 的S i m u l i n k仿 真 将 模 糊PID控 制 器 的 被 控 对 象 简 化 为 一 阶 惯 性 加 纯滞 后 的 模 型 来 描 述,并 使 用Sy s t em I den t i f i c a t i on工 具 箱 来确 定 系 统 的 传 递 函 数,则 该 系 统 传 递 函 数 可 简 化 为 以 下 的数 学 模 型 19:G(s)=2.52837 s+1e-64 s(5)0 1 李 泽 豪 等:

33、基 于 模 糊PID的 供 暖 设 备 控 制 系 统 设 计 第23期在S imu l i nk工 具 箱 中 搭 建 出 模 糊PID控 制 器 和 传 统PID控 制 器 的 仿 真 模 型,以 便 于 比 较 两 者 的 性 能。同 时,为了 模 拟 供 暖 设 备 所 处 环 境 发 生 改 变 的 情 况,检 验 该 模 糊PID的 鲁 棒 性 与 稳 定 性,在 仿 真 后 半 段 时 间(90 mi n后),加 入 随 机 噪 声 来 模 拟 环 境 发 生 改 变 的 情 况。仿 真 模 型 的结 构 如 图7所 示。图7 S imu l i nk仿 真 框 图 为 了 不

34、失 一 般 性,仿 真 时 采 用“归 一 化”的 思 想 对 仿 真数 据 进 行 处 理,即:将 实 际 温 度 值 除 以 期 望 温 度 值 得 到 归一 化 温 度,并 设 初 始 温 度 温 度 为0,期 望 温 度 为1,得 到 图8所 示 的 仿 真 结 果 图。图8 S imu l i nk仿 真 结 果由 图8中 可 以 看 出,加 入 了 二 维 模 糊 控 制 器 后 的PID算 法,与 传 统 供 暖 设 备 的PID算 法 相 比,超 调 量 更 小、响 应时 间 更 短、收 敛(调 节)更 快、鲁 棒 性 更 强,较 大 程 度 上 改 善了 供 暖 设 备 的

35、供 暖 性 能 和 用 户 体 验。4.2 模 糊P I D控 制 器 的 实 际 测 试 测 试 条 件:初 始 温 度 为20、面 积 约 为5 m2的 房 间、温 度 测 量 采 用ATH21B温 湿 度 传 感 器、供 暖 设 备 采 用 最 大功 率 为2 200 W的 暖 风 机。开 启 供 暖 设 备 和 控 制 系 统,并 将 目 标 温 度 设 定 为28。分 别 测 试 继 电 器 简 单 控 制、传 统PID控 制、模 糊PID控 制 共3类 系 统 的 控 制 效 果,并 用MATLAB对 测 试的 数 据 进 行 拟 合,拟 合 后 的 曲 线 如 图9所 示。由 图

36、9可 以 看 出,模 糊PID温 控 系 统 在 完 成 快 速 供 暖的 同 时,基 本 实 现 了 无 超 调,而 继 电 器 控 制 和 传 统PID控制 均 出 现 了 温 度 忽 高 忽 低 的 情 况。同 时,该 系 统 震 荡 周 期图9 实 际 测 试 结 果较 传 统PID缩 短 约46%,调 节 时 间 缩 短 约25%,优 势明 显。4.3 异 常 情 况 的 实 物 测 试 将 衣 服、毛 巾、纸 箱 和 木 板 依 次 覆 盖 住 供 暖 设 备 的 出风 口,来 模 拟 用 户 不 慎 发 生 危 险 行 为 的 情 况。为 了 避 免 实验 结 果 的 偶 然 性

37、,本 文 对 每 一 种 异 常 情 况 均 进 行 了10次测 试,测 试 结 果 如 表3所 示。表3 异 常 情 况 下 控 制 系 统 的 处 理 结 果异 常 情 况类 型10次 测 试 中 能 自 动关 闭 供 暖 设 备 的 次 数关 闭 时 供 暖 设 备出 风 口 的 温 度/被 衣 服 覆 盖10 85被 毛 巾 覆 盖10 86被 纸 箱 覆 盖10 83被 木 板 覆 盖10 82 由 表3可 以 看 出,本 控 制 系 统 均 能 在 各 异 常 情 况 下 自动 关 闭 供 暖 设 备,并 发 出 报 警 提 示 用 户。不 仅 如 此,供 暖1 1 第45卷 电

38、子 测 量 技 术设 备 在 监 测 到 异 常 并 予 以 处 理 后,供 暖 设 备 出 风 口 的 温 度仍 处 于100以 下,远 低 于 绝 大 多 数 物 品 的 燃 点,可 从 根 本上 杜 绝 火 灾 事 故 的 发 生,达 到 了 安 全 供 暖 的 目 的。5 结 论 本 文 针 对 传 统 供 暖 设 备 存 在 的 问 题,设 计 了 一 款 基于 模 糊PID的 供 暖 设 备 控 制 系 统。该 系 统 借 助 传 感 器 阵列 技 术 完 成 数 据 采 集,并 将 二 维 模 糊 控 制 器 与P ID控 制器 有 机 结 合,有 效 地 解 决 了 传 统 供

39、 暖 设 备 无 法 自 整 定PID参 数 和 供 暖 效 果 不 理 想 的 问 题。测 试 数 据 表 明,该 控 制系 统 比 继 电 器 控 制 系 统 和 传 统PID控 制 系 统 的 供 暖 效 果更 好,并 能 广 泛 应 用 在 家 庭、商 场、生 产 车 间 的 供 暖 设 备上,有 一 定 的 推 广 价 值。不 过,由 于 模 糊 化 的 设 计 与 模 糊规 则 的 制 定 常 根 据 人 工 经 验,存 在 着 部 分 局 限。后 期 可将 遗 传 算 法 或 将BP神 经 网 络 与 模 糊PID控 制 器 结 合,以此 搭 建 出 更 智 能 的 供 暖 设

40、备 控 制 系 统,进 一 步 提 升 系 统整 体 的 性 能。参 考 文 献1 张 光 明.智 能 化 供 暖 设 备 设 计D.天 津:天 津 科 技 大学,2017:1-16.2 林 玲.“小 太 阳”取 暖 器 温 暖 过 冬 需 谨 慎J.福 建 质 量技 术 监 督,2015(12):37-38.3 李 仁 明.电 动 汽 车PTC加 热 器 控 制 改 进J.汽 车 电器,2019(12):17-20.4 SUPRIVO B,DADI,WARJONO S,e t a l.PID ba s ed a i r he a t e r c on t r o l l e r imp l

41、emen t ed wi t h Ma t l ab/s imu l i nk and a r du i no unoC.I n t e r na t i ona l Con f e r enc e on I n f o rma t i on Te chno l ogy,Compu t e r,and El e c t r i c a l Eng i ne e r i ng(ICITACEE),2018 5 t h,2018:28-32.5 吴 思 楠.基 于 物 联 网 的 智 能 家 居 控 制 系 统 设 计 与 实现D.扬 州:扬 州 大 学,2016:1-2.6 张 涵,刘 铁 军,

42、刘 波,等.遗 传 优 化PID整 定 算 法 在 阀门 定 位 器 中 的 应 用J.电 子 测 量 与 仪 器 学 报,2021,35(11):215-222.7 闫 转 红,王 伟.基 于 气 体 传 感 器 阵 列 的 苹 果 甜 度 识 别 技术 研 究J.国 外 电 子 测 量 技 术,2021,40(10):71-76.8 SHI D Q,GAO G L,GAO Z W,e t a l.App l i c a t i on o f expe r t f u z z y PID me t hod f o r t empe r a t u r e c on t r o l o f h

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