一种室温控制系统及其基于模糊控制的室温控制方法与流程

本发明涉及室温控制，具体涉及一种室温控制系统及其基于模糊控制的室温控制方法。

背景技术：

供暖是指向建筑物供给热量，保持室内处于一定温度，它是解决我国居民冬季采暖基本生活需求的社会服务。供暖最早是人类发展起来的建筑环境控制技术，时至今日，供暖设备与系统在提升人体舒适感、设备的美观灵巧、系统的自动控制、系统形式的多样化、能量的有效利用等方面都有长足的进步。

针对城市集中供暖的系统中，各地大部分都是由热力公司提供高温热水通过热力管网输送到各个供暖换热站，供暖换热站再通过二次侧系统输送至终端供暖设备。随着我国经济的不断发展，以及城镇化人口不断增多，人们的供热需求也在增加。为了提高用户的热舒适性，并尽可能减少能耗，必须采用先进的调控手段来有效提高建筑供暖的自动化水平。

目前，建筑供暖缺乏合理的室温调控手段，大多数用户在室温过高时会选择直接开窗散热，热量浪费严重。如果能对供暖时的室内温度进行合理控制，就会大大减少不必要的能源浪费现象，并且能够进一步提升室内的热舒适性，改善供热品质。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种室温控制系统及其基于模糊控制的室温控制方法，能够有效克服现有技术所存在的无法在供暖过程中对室内温度进行合理控制的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种室温控制系统，包括数据采集单元、控制机构和执行机构，所述数据采集单元包括温度传感器，所述控制机构包括室温控制器、阀门控制单元和电机驱动电路，所述执行机构包括直流电机执行器和室温控制阀；

温度传感器，用于获取当前室内温度和供暖管道进水出温度；

室温控制器，用于设定预期温度；

阀门控制单元，用于根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，并生成开度执行信号；

电机驱动电路，用于接收开度执行信号，并转换为驱动直流电机执行器的驱动电信号；

直流电机执行器，用于接收驱动电信号，并通过驱动电信号控制室温控制阀的开度。

优选地，所述根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，包括：

所述阀门控制单元获取期望室温t1和周期室内平均温度t2，结合周期时间t得到温度误差e、温度误差变化率并建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系。

优选地，所述建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，包括：

设定温度误差e的基本论域为[-30，30]，设定温度误差e的语言变量为ed，ed的论域为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，选取的5个语言值为{nb,ns,o,ps,pb}；

设定温度误差变化率的基本论域为[-1，1]，设定温度误差变化率的语言变量为edc，edc的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nmns,o,ps,pm,pb}；

设定开度执行信号u的基本论域为[0，100]，设定开度执行信号u的语言变量为u，u的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nm,ns,o,ps,pm,pb}；

根据实际系统和反复实验，设计模糊控制规则，通过模糊推理以及模糊判决建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，并建立对应的模糊控制查询表。

优选地，所述温度误差e的计算公式如下：

e＝t1-t2；

所述温度误差变化率的计算公式如下：

优选地，所述阀门控制单元包括室温调节模块和直流电机控制模块；

室温调节模块，用于根据影响参数和室温控制阀当前开度生成开度控制信号；

直流电机控制模块，用于根据开度控制信号生成开度执行信号。

优选地，所述影响参数包括当前室内温度、供暖管道进水出温度和期望室温中的至少一种。

优选地，所述期望室温可以通过室温控制器选择手动模式手动设定，也可以通过室温控制器选择自动模式，根据当前室内温度、周期室内最高温、周期室内最低温、周期室内平均温度和室内温度变化率自动生成。

一种基于模糊控制的室温控制方法，包括以下步骤：

s1、获取影响参数和室温控制阀当前开度；

s2、根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，并生成开度执行信号；

s3、将开度执行信号转换为驱动直流电机执行器的驱动电信号，并将驱动电信号发送给直流电机执行器；

s4、直流电机执行器在驱动电信号的控制下将室温控制阀调节至指定开度，通过调节室温控制阀的开度使得当前室内温度趋向于期望室温。

优选地，所述根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，包括：

获取期望室温t1和周期室内平均温度t2，结合周期时间t得到温度误差e、温度误差变化率并建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系；

其中，建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，包括：

设定温度误差e的基本论域为[-30，30]，设定温度误差e的语言变量为ed，ed的论域为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，选取的5个语言值为{nb,ns,o,ps,pb}；

设定温度误差变化率的基本论域为[-1，1]，设定温度误差变化率的语言变量为edc，edc的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nmns,o,ps,pm,pb}；

设定开度执行信号u的基本论域为[0，100]，设定开度执行信号u的语言变量为u，u的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nm,ns,o,ps,pm,pb}；

根据实际系统和反复实验，设计模糊控制规则，通过模糊推理以及模糊判决建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，并建立对应的模糊控制查询表。

优选地，所述影响参数包括当前室内温度、供暖管道进水出温度和期望室温中的至少一种；

所述期望室温可以通过室温控制器选择手动模式手动设定，也可以通过室温控制器选择自动模式，根据当前室内温度、周期室内最高温、周期室内最低温、周期室内平均温度和室内温度变化率自动生成。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种室温控制系统及其基于模糊控制的室温控制方法，通过获取影响参数和室温控制阀当前开度，并根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系生成开度执行信号，将开度执行信号转换为驱动电信号，利用直流电机执行器在驱动电信号的控制下将室温控制阀调节至指定开度，从而借助建立关于室温控制阀的模糊控制规则，实现对供暖过程中室内温度地合理控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的室温控制系统的示意图；

图2为本发明中模糊控制的原理框图；

图3为本发明的室温控制方法的示意图；

图4为本发明中室温控制方法中模糊控制的流程示意图；

图5为本发明中基于模糊控制的室温控制方法运行结果的仿真示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种室温控制系统，如图1所示，包括数据采集单元、控制机构和执行机构，数据采集单元包括温度传感器，控制机构包括室温控制器、阀门控制单元和电机驱动电路，执行机构包括直流电机执行器和室温控制阀；

温度传感器，用于获取当前室内温度和供暖管道进水出温度；

室温控制器，用于设定预期温度；

阀门控制单元，用于根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，并生成开度执行信号；

电机驱动电路，用于接收开度执行信号，并转换为驱动直流电机执行器的驱动电信号；

直流电机执行器，用于接收驱动电信号，并通过驱动电信号控制室温控制阀的开度。

阀门控制单元包括室温调节模块和直流电机控制模块；

室温调节模块，用于根据影响参数和室温控制阀当前开度生成开度控制信号；

直流电机控制模块，用于根据开度控制信号生成开度执行信号。

影响参数包括当前室内温度、供暖管道进水出温度和期望室温中的至少一种。期望室温可以通过室温控制器选择手动模式手动设定，也可以通过室温控制器选择自动模式，根据当前室内温度、周期室内最高温、周期室内最低温、周期室内平均温度和室内温度变化率自动生成。

本申请技术方案中的室温控制系统的工作过程如下：

阀门控制单元需获取温度传感器测得的当前室内温度并，并与室温控制器发送的预期温度进行对比计算，接着阀门控制单元中的室温调节模块基于对比结果、影响参数和室温控制阀当前开度生成开度控制信号，再由阀门控制单元中的直流电机控制模块将开度控制信号转换为开度执行信号。电机驱动电路将开度执行信号转换为驱动直流电机执行器的驱动电信号，直流电机执行器利用驱动电信号控制室温控制阀的开度，最后电机驱动电路将执行完成后的室温控制阀开度反馈给阀门控制单元。

根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，包括：

阀门控制单元获取期望室温t1和周期室内平均温度t2，结合周期时间t得到温度误差e、温度误差变化率并建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系。

其中，建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，包括：

设定温度误差e的基本论域为[-30，30]，设定温度误差e的语言变量为ed，ed的论域为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，选取的5个语言值为{nb,ns,o,ps,pb}；

设定温度误差变化率的基本论域为[-1，1]，设定温度误差变化率的语言变量为edc，edc的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nmns,o,ps,pm,pb}；

设定开度执行信号u的基本论域为[0，100]，设定开度执行信号u的语言变量为u，u的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nm,ns,o,ps,pm,pb}；

根据实际系统和反复实验，设计模糊控制规则，通过模糊推理以及模糊判决建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，并建立对应的模糊控制查询表。

其中，温度误差e的计算公式如下：

e＝t1-t2；

温度误差变化率的计算公式如下：

如图2所示，r为通过室温控制器设定的预期温度，e、分别为预期温度与周期室内平均温度的误差、误差变化率，r、e和都为精确量；ed、edc为别为反应系统偏差和偏差变化率的语言变量的模糊集合，u为模糊控制算法输出的变量，ed、edc和u都为模糊量；u为开度执行信号，y为当前室内温度。

一种基于模糊控制的室温控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

s1、获取影响参数和室温控制阀当前开度；

s2、根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，并生成开度执行信号；

s3、将开度执行信号转换为驱动直流电机执行器的驱动电信号，并将驱动电信号发送给直流电机执行器；

s4、直流电机执行器在驱动电信号的控制下将室温控制阀调节至指定开度，通过调节室温控制阀的开度使得当前室内温度趋向于期望室温。

根据影响参数建立与开度执行信号之间的模糊控制关系，包括：

获取期望室温t1和周期室内平均温度t2，结合周期时间t得到温度误差e、温度误差变化率并建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系；

其中，建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，包括：

设定温度误差e的基本论域为[-30，30]，设定温度误差e的语言变量为ed，ed的论域为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，选取的5个语言值为{nb,ns,o,ps,pb}；

设定温度误差变化率的基本论域为[-1，1]，设定温度误差变化率的语言变量为edc，edc的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nmns,o,ps,pm,pb}；

设定开度执行信号u的基本论域为[0，100]，设定开度执行信号u的语言变量为u，u的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nm,ns,o,ps,pm,pb}；

根据实际系统和反复实验，设计模糊控制规则，通过模糊推理以及模糊判决建立与开度执行信号u之间的模糊控制关系，并建立对应的模糊控制查询表。

影响参数包括当前室内温度、供暖管道进水出温度和期望室温中的至少一种。期望室温可以通过室温控制器选择手动模式手动设定，也可以通过室温控制器选择自动模式，根据当前室内温度、周期室内最高温、周期室内最低温、周期室内平均温度和室内温度变化率自动生成。

在上述室温控制方法中，步骤s2的模糊控制流程如图4所示：

(1)获取期望室温t1和周期室内平均温度t2，通过两者之差以及周期时间t得到温度误差e、温度误差变化率

(2)将温度误差e、温度误差变化率模糊化，通过模糊控制查询表得到模糊控制算法的输出变量u；

(3)将输出变量u解模糊，确定并执行开度执行信号u，将室温控制阀调节至指定开度，通过调节室温控制阀的开度使得当前室内温度趋向于期望室温。

显然，应用上述室温控制方法，能够更快更精准地控制室温控制阀的开度，从而实现精准流量控制，最终实现对室温的快速精准控制。

本申请技术方案中，温度误差e、设定温度误差变化率与开度执行信号u之间的模糊控制查询表，如下表所示：

将温度误差e、温度误差变化率模糊化后，通过查询上表即可得到模糊控制算法的输出变量u，u的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，选取的7个语言值为{nb,nm,ns,o,ps,pm,pb}。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。