摘 要： 對變頻式空調器的工作原理和模糊控制技術在變頻式空調器中的應用進行了深入探討，并分析了其硬件系統的結構和軟件系統的設計。
關鍵詞： 空調器 變頻 模糊控制 硬件系統 軟件系統
空調技術的目標就是要為人們創造一個舒適的環境，但從室內環境而言，恒溫環境并非是衛生和舒適的標準環境。因為除了溫度以外，還有濕度、空氣流速等多種因素影響到舒適的程度。而常規空調系統大多采用簡單的機械溫控開關來設定控制溫度，通過壓縮機的停開來實現空氣調節系統的恒溫控制。這種以溫度為變量的運行方式一方面忽略了影響人體舒適感的多因素性;另一方面由于壓縮機頻繁的起動和停止，不僅壓縮機易損壞，且將造成一定的能量損耗。而采用模糊控制的變頻式空調器，可以自動根據室內的熱環境因素調節壓縮機的轉速，為人們創造一個舒適環境，同時也有利于節約電能，延長壓縮機使用壽命。
1 變頻空調器的工作原理
變頻空調器采用由變頻壓縮機、電子膨脹閥、 室內外換熱器和風機系統構成的可變容量制冷系統，該系統主要完成三大調節功能，即:壓縮機功率調節、制冷劑流量調節和熱交換器能力的調節。其中壓縮機功率調節由變頻器完成，制冷劑流量則由電子膨脹閥調節，而熱交換能力則由風扇調節。
變頻空調器采用模糊控制技術對輸入變量作模糊技術處理后，可實現對多變量的動態控制，其控制關系如圖1所示。它包括三個輸入量:室內溫差及其隨時間的變化率，室內換熱器管壁的溫度及其隨時間的變化率，室外換熱器管壁的溫度及其隨時間的變化率。輸出量包括對空調器的制冷、制熱、除濕、化霜、風向、風量等功能實行智能化控制。
變頻空調器的工作原理可參見圖2，它可分為模糊輸入接口、模糊推理判別決策機構和模糊輸出接口三個部分。
模糊輸入接口的主要功能是根據本次采樣得到的系統輸出值，計算所選擇的系統的輸入變量，并將輸入變量的精確值變為模糊量，即將被控系統的溫差及溫差變化率的精確值轉化為模糊量，以便進行模糊推理和決策。
模糊決策機構的主要功能是根據輸入變量的模糊量和模糊推理規則表推斷出控制決策。
模糊輸出接口的主要功能是把經模糊推理決策后所得的模糊控制量轉化為精確量，去控制壓縮機的轉速。
2 模糊控制在變頻空調器中的實現
變頻空調器的控制器在自動工作方式下，根據溫差和溫差變化率推斷出變頻器的工作頻率，進而控制壓縮機的運行速度。
2.1 精確量的模糊化
本系統采用目前廣泛采用的二維模糊控制器。設模糊變量為:e(溫差)、de/dt(溫差變化率)、f(輸出量)。相應的模糊語言變量取值為:
e={負大(NB)，負小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB) }
△e={負高(NH)，負低(NL)，零(ZO)，正低(PL)，正高(PH)}
f={零(ZO)，低(L)，中(M)，高(H)，最高(MH)}
精確量的模糊化主要是求各詞集的隸屬函數。
2.2.1 溫差模糊子集的隸屬函數
可將溫差論域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}，通過統計可得模糊變量e的統計表，如表1所示。
2.2.2 溫差變化率模糊子集的隸屬函數
設溫差變化率論域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}， 通過統計可得模糊變量de/dt的賦值表，如表2所示。
2.2.3 輸出量模糊子集的隸屬函數
設輸出量量化論域劃分為7檔{0，1，2，3，4，5，6}，通過統計可得輸出變量f的賦值表如表3所示。
2.2 模糊控制規則的形成
對于雙輸入單輸出模糊控制器，其控制規則可寫成如下形式:
IF e=Ai and de/dt=Bj then f=Cij (i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)
其中Ai:溫差e模糊子集，Bj：溫差變化率de/dt模糊子集，Cij：輸出量f模糊子集。根據實際運行經驗進行分析、歸納，可確定模糊控制規則如表4所示。
2.3 模糊推理
表4中的控制規則可表示成一個總的模糊關系R，即：
3 變頻空調器硬件系統
新型的變頻式模糊控制空調器實際上是一個多CPU控制系統，如圖3和圖4所示。它主要包括三個部分:紅外遙控發射系統、室內機組控制系統、室外機組控制系統。其中紅外遙控發射系統是一個良好的人機交互系統，便于用戶選擇相應的空調器工作方式和工作參數，控制空調器的開停;室內機組控制系統接收來自于發射系統的遙控指令，借助于傳感技術，采用模糊邏輯推理自動設定風機的轉速和壓縮機工作頻率，控制室內風機的無級調速以及風門的搖擺動作，并且將有關的決策信息通過串行通信方式傳遞到室外機組;室外機組控制系統接收室內機組的串行指令，利用PWM脈寬調制技術實現壓縮機的制冷量連續調節。三者既相互獨立，又能有效地傳遞、交換信息，最終成為一個有機的整體，使之達到操作方便、工作可靠、技術性能穩定、性價比高等期望結果。
4 軟件系統的設計
變頻式模糊控制分體空調器的軟件設計分為室內機、室外機和遙控器三部分。室內機與遙控器之間通過紅外信號編碼傳遞控制指令，室內機與室外機之間由串行通信接口傳送信息。
室內機是控制系統的核心，其軟件控制系統由主程序和若干子程序組成。子程序包括三個層次，最高層次有制冷子程序、除濕子程序、快速/超靜子程序、應急控制子程序;中間層次有風機速度控制子程序、風門步進電機控制子程序、紅外遙控指令輸入捕捉中斷服務子程序、實時時鐘中斷服務子程序、IRQ外部中斷服務子程序;最低層次有串行通信子程序、數據采集及濾波子程序、延時子程序、報警提示子程序、模糊推理機等。其主程序流程圖如圖5所示。
室外機控制系統軟件可分為壓縮機變頻控制模塊，與室內機的通信模塊和信號采集、控制輸出三大模塊。其中變頻控制軟件是室外機控制系統的核心。其主程序流程圖如圖6所示。
變頻式空調器，采用模糊控制技術可根據周圍環境狀況自動采取最佳運行方式，以達到最舒適的環境。它抗干擾能力強，成本低，又省電，具有較強的競爭力。
參考文獻
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