空氣加濕器模糊控制系統的設計

黃春香

摘 要：文章采用Matlab中的模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic Control）建立空氣加濕器模糊控制器，并在Simulink環境下對空氣濕度誤差曲線進行了仿真。

關鍵詞：模糊控制；空氣加濕器；Matlab

引言

為了增加空氣中水的含量，使人呼吸到濕潤濕度的空氣，空氣加濕器已成為人們經常使用的一種電器。加濕器的最主要作用就是用來調節和增加室內濕度，但室內空氣的濕度并不是越高越好，較高的濕度容易滋生霉菌等微生物。市面上的加濕器都是手動調節，只有當人體感覺不舒服時才想到去調節，這樣影響人體舒適感，嚴重的甚至影響人體健康。文章擬設計一種空氣加濕器模糊控制系統，人們只要設定一個自己感覺舒適的濕度，控制系統就能夠根據空氣中的濕度自動開啟和關閉閥門。

1 模糊控制器總體設計

模糊控制器的系統結構如圖1所示。其中偏差E為（e=B-Bd），即空氣中實測的濕度值B與用戶所設定的期望濕度值Bd的差，偏差變化率EC為（de/dt），將兩者輸入模糊控制器，模糊控制器先將輸入精確量偏差E和偏差變化率EC模糊化轉化成模糊化量，根據建立的模糊控制規則輸出U，U經模糊控制器的精確化從模糊控制量再轉變成實際用于控制的精確控制量，來控制調節閥的開度，使空氣中的濕度隨著加濕器調節閥的開度而變從而達到用戶設定的要求。

文章中對空氣濕度的度量采用相對濕度，濕度的變化超過5%人就會有所感覺，故給出E的論域為[-5%，5%]，誤差變化EC的論域[-10%，10%]，控制輸出U的論域為[-6%，6%]。E、EC、U的模糊集語言值取7個，E和EC的模糊子集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分別為“負大”， “負中”，“負小”，“零”，“正小”，“正中”和“正大”， U的模糊子集為{G0，G1，G2，G3，G4，G5，G6}，分別表示閥門開度為“關”， “偏小”，“小”，“中”，“大”，“全開”。

2 模糊控制器的仿真及分析

2.1 運用Matlab建立FIS文件

在Matlab命令窗口中輸入Fuzzy函數，打開模糊邏輯編輯窗口“FIS Editor”，選擇FIS編輯器類型為Mamdani型。分別設置輸入量E、EC和輸出U的隸屬度函數，類型為三角型（trimf）。E、EC、U的隸屬度函數曲線如圖2所示。

模糊控制器的核心是建立模糊規則庫，即求取出系統的模糊關系R，提取模糊控制規則，從而建立對象的模糊模型。該系統構造的模糊規則可以用表1來表示。

由模糊量求解精確值有許多方法可以實現，這里模糊推理及其非模糊化方法采用的是Mamdani推理法，即模糊決策采用MIN-MAX決策法，解模糊采用重心法。這樣就建立了一個FIS文件，用戶可以隨時調用該文件以修改模型。

2.2 利用Simulink建立仿真模型

在Simulink模塊庫中選擇所需的模塊，用鼠標拖曳相應模塊至窗口中完成圖3所示的空氣加濕器模糊控制系統仿真模型。

2.3 仿真結果

經過對各參數的不短調整，最后得到來一個比較滿意的仿真結果，如圖4所示。

3 結束語

利用Matlab中的模糊邏輯工具箱設計模糊控制器靈活、方便、可視化強。由仿真圖可知該控制系統具有準確、快速的特點，能夠很好地運用于實踐。

參考文獻

[1]張曉蘭，楊麗偉.基于Matlab的啤酒發酵模糊控制系統的設計與仿真[J].甘肅聯合大學學報（自然科學篇），2007，11：21-6.

[2]李春華，王向東.基于Matlab的窯溫模糊控制系統的設計與仿真[J].控制工程，2004，12（30）.