模糊控制在燃气热水器中的应用分析

邓先全

摘要：燃气热水器在使用过程中就有良好的保温稳定性，而且在升温阶段和降温阶段中速度较快，更好的满足人们的使用需求。而模糊控制的加入，让燃气热水器变得更加智能化。本文根据模糊控制的原理和组成，说明了模糊控制在燃气热水器中的实际应用，为燃气热水器未来发展提供理论基础。

关键词：模糊控制；燃气热水器；应用

前言

近年来，随着热水器进一步推广到千家万户，逐渐成为人们家庭中不可或缺的一部分，为人们生活提供了方便。与此同时，在热水器快速发展过程中，为了保证人们生活安全，我国相关部门也出台了一系列政策来控制热水器的设计指标，确保热水器在设计过程中更加规范。目前，市面上的热水器主要种类有恒温和非恒温两种，对于燃气热水器来说，逐渐由非恒温向恒温方向转变。

1、模糊控制技术

1.1模糊控制系统的组成

在模糊技术研究过程中，运用了计算机数字控制技术，因此，模糊系统的组成与其他数字控制系统的组成具有很强的相似性。一般来说，模糊系统有以下几部分组成：

第一，模糊控制器：模糊控制器实际上就是一个微型处理器，根据主控制系统的需要，可以在单片机和微机中进行合理选择。

第二，输送输出接口装置：模糊控制器通过输入和输出接口来获取数字信号源，并通过控制器制造决策信号，利用信号转变，来获得模拟信号，从而实现执行机构对相关对象的控制。

第三，传感器：传感器的使用实现了将被控制对象或者各种被控制变量均转换为电信号。传感器在模糊控制系统中占有重要地位，传感器的精度往往可以影响整个系统的精度[1]。

1.2模糊控制器的基本原理

模糊控制的实现，得益于微机采样中的被控制量的精确数值，随后通过定值获得误差信号，随后将误差信号当做输入量，经过一些列作用，此误差信号最终得到模糊量，实现模糊控制。

2、模糊控制在燃气热水器中的实际应用

2.1在恒温控制中的应用

恒温燃气热水器的设计要求是：在第一启动过程中默认温度为42℃，而且需要在通电后的30秒之内达到默认设定温度，而且前后相差不可以超过四度，在运行过程中也不可以出现震荡情况。为了确保燃气热水器得到更好的恒温控制，在设计过程中加入模糊控制技术，以便于满足人们对燃气热水器的使用需求。

首先，在初始阶段中，系统会经过自检，将内部故障进行有效排除，这样，才会确保整个系统进入下一阶段。

其次，是恒温运行阶段，在该阶段中，是热水器恒温控制中的最重要階段。在恒温运行的实现过程中，主要是将模糊控制思想融入到燃气热水器系统中，对水温数据进行和理采集，制定出相应参数，并将参数转化成为控制量传输给模糊系统中的执行机构，再通过对风量以及风机的控制，来实现水温的基本恒定。

最后，是在关机阶段中的应用，在该阶段中，模糊控制主要是保证燃气热水器整体的安全性能不受到影响，同时为下次热水器的启动做好准备工作。通过模糊控制，让风机的转速提高，使得燃气热水器中的有毒气体和未完全燃烧的气体排出，加快了水温的降低速度。

2.2对燃气热水器的变量控制

模糊控制在应用过程中，想要实现将水温升高，则需要满足以下关系：

N·Gc·Gv=Wc·Wv·T

该式中，N代表的是热变效率，也是保持热平衡状态的基本常数；Gc代表的是燃气的燃烧值，Gv代表的是燃气流量，其数值大小受气阀大小控制。T为水被加热之后的温度。由此可见，通过模糊控制，气阀和进水阀在一定程度上可以对燃气热水器起到一定保护作用，根据上式的分析和总结，可以得出一定的温度变化量。

2.3模糊自适应PID控制

在很多燃气热水器模糊控制中，考虑到模糊控制器的实现较为简单和便捷，通常会选择以二维模糊控制器的结构形式进行应用。由线性理论分析可以得到，通过模糊控制，能够消除燃气热水器中的稳态误差，但是在动态响应过程中的速率较慢，比例控制的动态响应速度较快。因此，在燃气热水器的恒温控制中，模糊比例积分控制既可以提高热水器的稳态精度，又能让热水器具有较高的动态响应，因此，在恒温燃气热水器设计过程中，通常会将PI控制策略引入到模糊控制当中，形成PID复合控制，让燃气热水器获得较高的性能[2]。

2.4模糊热水器硬件控制电路设计

在模糊热水器控制系统设计中，为了保证硬件控制复合热水器整体使用要求，将单片机引入到热水器电路设计之中。一般来说，在中段设计中就会加入20个单片机，外部中有3个。为了增加热水器的整体使用效率，在水温输出和输入设计中，通过模糊控制加入了对水温的监测装置，同时对中间水温进行了精确检测，这样，不仅能在出水之前确保温度的合理性，还可以对燃气热水器整体工作进行有效预估。在温度检测过程中，模糊系统通过温度检测电路，将信息传递给单片机中的转换器，形成10位数据，而单片机在水温模糊辨认中，利用了出水温度和水温设计之间的差值来实现，根据温差的不同，选择出最合理的水温系数，并通过与控制器之间的相互合作，最终完成恒温控制。

2.5模糊热水器的控制步骤

2.5.1语言变量控制

在模糊控制器中，输入变量的控制可以选择实际温度与设定值之间的误差，从而获得语言变量，另外，这种语言变量的数值也可以通过单片机的PWM值得到，如此一来，为温度系统选定除了一种多输入单输出的模糊控制器。

2.5.2输入变量控制

通过实践操作证明，输入变量是以语言变量形成的基础上而得来的，而在此过程之前，需要建立一个模糊函数，并将多个模糊条件进行归纳总结，建立模糊控制状态表，通过多个模糊关系，最终得到燃气热水器恒温控制中的总模糊关系：

[R=U49I=1Ri]

通过该模糊关系式，可以实现对R的离线计算。

3、总结

综上所述，模糊控制作为当今智能控制中的一个分支结构，得到了人们大力发展和应用。近年来，模糊控制已经自航天、军事、工业等方面得到了重要应用。本文通过PID复合控制的介绍，论述了模糊控制在燃气热水器中的应用，使得燃气热水器的智能控制系统更加完善，并通过一定的自适应控制，让燃气燃烧变得更加充分，促进了燃气热水器的智能发展。

参考文献：

[1]李业功. 模糊PID控制器在火电厂温度控制系统中的应用[J].电子技术與软件工程，2017，12：136.

[2]黄伟，熊伟鹏，车文学. 模糊控制在风光混合储能微网系统中的应用[J].现代电力，2017，01：30-36.