空气加湿器模糊控制系统的设计

黄春香

摘 要：文章采用Matlab中的模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic Control）建立空气加湿器模糊控制器，并在Simulink环境下对空气湿度误差曲线进行了仿真。

关键词：模糊控制；空气加湿器；Matlab

引言

为了增加空气中水的含量，使人呼吸到湿润湿度的空气，空气加湿器已成为人们经常使用的一种电器。加湿器的最主要作用就是用来调节和增加室内湿度，但室内空气的湿度并不是越高越好，较高的湿度容易滋生霉菌等微生物。市面上的加湿器都是手动调节，只有当人体感觉不舒服时才想到去调节，这样影响人体舒适感，严重的甚至影响人体健康。文章拟设计一种空气加湿器模糊控制系统，人们只要设定一个自己感觉舒适的湿度，控制系统就能够根据空气中的湿度自动开启和关闭阀门。

1 模糊控制器总体设计

模糊控制器的系统结构如图1所示。其中偏差E为（e=B-Bd），即空气中实测的湿度值B与用户所设定的期望湿度值Bd的差，偏差变化率EC为（de/dt），将两者输入模糊控制器，模糊控制器先将输入精确量偏差E和偏差变化率EC模糊化转化成模糊化量，根据建立的模糊控制规则输出U，U经模糊控制器的精确化从模糊控制量再转变成实际用于控制的精确控制量，来控制调节阀的开度，使空气中的湿度随着加湿器调节阀的开度而变从而达到用户设定的要求。

文章中对空气湿度的度量采用相对湿度，湿度的变化超过5%人就会有所感觉，故给出E的论域为[-5%，5%]，误差变化EC的论域[-10%，10%]，控制输出U的论域为[-6%，6%]。E、EC、U的模糊集语言值取7个，E和EC的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别为“负大”， “负中”，“负小”，“零”，“正小”，“正中”和“正大”， U的模糊子集为{G0，G1，G2，G3，G4，G5，G6}，分别表示阀门开度为“关”， “偏小”，“小”，“中”，“大”，“全开”。

2 模糊控制器的仿真及分析

2.1 运用Matlab建立FIS文件

在Matlab命令窗口中输入Fuzzy函数，打开模糊逻辑编辑窗口“FIS Editor”，选择FIS编辑器类型为Mamdani型。分别设置输入量E、EC和输出U的隶属度函数，类型为三角型（trimf）。E、EC、U的隶属度函数曲线如图2所示。

模糊控制器的核心是建立模糊规则库，即求取出系统的模糊关系R，提取模糊控制规则，从而建立对象的模糊模型。该系统构造的模糊规则可以用表1来表示。

由模糊量求解精确值有许多方法可以实现，这里模糊推理及其非模糊化方法采用的是Mamdani推理法，即模糊决策采用MIN-MAX决策法，解模糊采用重心法。这样就建立了一个FIS文件，用户可以随时调用该文件以修改模型。

2.2 利用Simulink建立仿真模型

在Simulink模块库中选择所需的模块，用鼠标拖曳相应模块至窗口中完成图3所示的空气加湿器模糊控制系统仿真模型。

2.3 仿真结果

经过对各参数的不短调整，最后得到来一个比较满意的仿真结果，如图4所示。

3 结束语

利用Matlab中的模糊逻辑工具箱设计模糊控制器灵活、方便、可视化强。由仿真图可知该控制系统具有准确、快速的特点，能够很好地运用于实践。

参考文献

[1]张晓兰，杨丽伟.基于Matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真[J].甘肃联合大学学报（自然科学篇），2007，11：21-6.

[2]李春华，王向东.基于Matlab的窑温模糊控制系统的设计与仿真[J].控制工程，2004，12（30）.