一种冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法与流程

本发明涉及电气制冷技术领域，尤其涉及一种冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法。

背景技术：

变频压缩机是通过一定控制方式实现一定范围内的连续调节转速，连续改变输出能量的压缩机。目前冰箱等家电普遍使用变频压缩机进行温度调节和控制，变频压缩机由变频控制器控制驱动压缩机的电机转速，频率越高，转速也越高，输出的冷量越大。现有变频控制器采用的控制方法虽然能够实现冰箱的实际温度随设定温度改变并最终达到设定温度，但往往需要多次变频才能达成目标，调节过程时间较长，能耗较大，导致冰箱耗电量大，制冷性能差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法，能够在低能耗、低噪声的情况下实现冰箱温度的快速、精确控制，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法，包括以下步骤：

A、设定采样周期TSAMP，每隔TSAMP秒采集一次冰箱冷冻室的实际温度T，并计算实际温度T与设定温度T₀的差值，记ΔT_n＝T-T₀，下标n＝1，2，……，记dΔT_n＝ΔT_n-ΔT_n-1，然后进入步骤B；

B、设定冷冻室温差常数CDD和冷冻室温差变化率常数CDDD，将冷冻室温差信号ΔD_t＝CDD·ΔT_n和冷冻室温差变化率信号dΔD_t＝CDDD·dΔT_n作为模糊控制的输入信号，将压缩机频率变化相当量ΔF作为模糊控制的输出信号，然后进入步骤C；

C、对模糊控制的输入信号进行模糊化处理，定义冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的模糊集合均为正大、正小、零变、负小和负大，采用三角形隶属度函数法分别对冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大、正小、零变、负小和负大模糊集合建立隶属度函数，根据冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的数值确定其在对应模糊集合中的隶属度，并将取值不等于0的各个隶属度依次记为μ_i，i＝1，2，3，……，然后进入步骤D；

D、定义压缩机频率变化相当量ΔF的模糊集合分别为正大、正小、正小小、零变、负小小、负小和负大，BIGP为压缩机频率变化相当量ΔF的正大模糊集合参数，SMALLP为压缩机频率变化相当量ΔF的正小模糊集合参数，VSMALLP为压缩机频率变化相当量ΔF的正小小模糊集合参数，NOCHANGE为压缩机频率变化相当量ΔF的零变模糊集合参数，VSMALLN为压缩机频率变化相当量ΔF的负小小模糊集合参数，SMALLN为压缩机频率变化相当量ΔF的负小模糊集合参数，BIGN为压缩机频率变化相当量ΔF的负大模糊集合参数，然后进入步骤E；

E、以冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的模糊集合作为控制变量，以压缩机频率变化相当量ΔF的模糊集合参数作为输出变量，采用IF-THEN格式定义模糊控制的模糊规则，根据冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t所属的模糊集合确定适用的模糊规则，并将压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值依次记为ΔF_i，ΔF_i的下标分别与冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t在其所属模糊集合中的隶属度μ_i的下标对应相等，然后进入步骤F；

F、对压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值ΔF_i进行解模糊计算，得到模糊控制的实际输出值压缩机要求运行频率＝压缩机现运行频率+实际输出值WA×CFOUT，式中CFOUT为常数。

所述的步骤C中定义POSB为冷冻室温差信号ΔD_t的正大模糊集合参数，POSS为冷冻室温差信号ΔD_t的正小模糊集合参数，ZERO为冷冻室温差信号ΔD_t的零变模糊集合参数，NEGS为冷冻室温差信号ΔD_t的负小模糊集合参数，NEGB为冷冻室温差信号ΔD_t的负大模糊集合参数，冷冻室温差信号ΔD_t正大模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t正小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t零变模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t负小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t负大模糊集合的隶属度函数为：

所述的步骤C中定义POSBD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大模糊集合参数，POSSD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正小模糊集合参数，ZEROD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的零变模糊集合参数，NEGSD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的负小模糊集合参数，NEGBD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的负大模糊集合参数，冷冻室温差变化率信号dΔD_t正大模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t正小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t零变模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负大模糊集合的隶属度函数为：

所述的步骤E中模糊规则包括以下十条：

①IF冷冻室温差信号ΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为BIGP；

②IF冷冻室温差信号ΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLP；

③IF冷冻室温差信号ΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为NOCHANGE；

④IF冷冻室温差信号ΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLN；

⑤IF冷冻室温差信号ΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为BIGN；

⑥IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLP；

⑦IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为VSMALLP；

⑧IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为NOCHANGE；

⑨IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为VSMALLN；

⑩IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLN。

所述的步骤D中冷冻室温差信号ΔD_t的正大模糊集合参数POSB、正小模糊集合参数POSS、零变模糊集合参数ZERO、负小模糊集合参数NEGS和负大模糊集合参数NEGB为等差数列。

所述的步骤D中冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大模糊集合参数POSBD、正小模糊集合参数POSSD、零变模糊集合参数ZEROD、负小模糊集合参数NEGSD和负大模糊集合参数NEGBD为等差数列。

本发明采用优化的控制方法对压缩机转速进行精细化调节，通过将冰箱的冷冻室温差信号和冷冻室温差变化率信号作为模糊控制的输入信号，实时监测冰箱的温度变化；通过独特设计的隶属度函数获得模糊化输入，利用模糊规则计算模糊化输出，最后根据不同机型控制实际输出，使冰箱压缩机频率平稳变化，既不会因为频繁升频降频停机导致增加能耗，又可使冰箱快速达到设定温度并维持稳定的温度，大大优化了变频冰箱的制冷性能。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明所述的冷冻室温差信号ΔD_t的隶属度函数图；

图3为本发明所述的冷冻室温差变化率信号dΔD_t的隶属度函数图；

图4为本发明实施例中冷冻室温差信号ΔD_t的隶属度函数图；

图5为本发明实施例中冷冻室温差变化率信号dΔD_t的隶属度函数图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法，包括以下步骤：

A、设定采样周期TSAMP，每隔TSAMP秒采集一次冰箱冷冻室的实际温度T，并计算实际温度T与设定温度T₀的差值，记ΔT_n＝T-T₀，下标n＝1，2，……，记dΔT_n＝ΔT_n-ΔT_n-1，采样周期TSAMP的取值范围为0～255s。

B、设定冷冻室温差常数CDD和冷冻室温差变化率常数CDDD，分别将ΔD_t＝CDD·ΔT_n和dΔD_t＝CDDD·dΔT_n作为模糊控制的输入信号，将压缩机频率变化相当量ΔF作为模糊控制的输出信号。冷冻室温差常数CDD和冷冻室温差变化率常数CDDD用于改变冷冻室温差和冷冻室温差变化率作为输入信号的参数比重，有利于提高冰箱温度控制的精度，两者的取值范围均为0～255。

C、对模糊控制的输入信号进行模糊化处理，定义冷冻室温差信号ΔD_t的模糊集合分别为正大、正小、零变、负小和负大，POSB为冷冻室温差信号ΔD_t的正大模糊集合参数，POSS为冷冻室温差信号ΔD_t的正小模糊集合参数，ZERO为冷冻室温差信号ΔD_t的零变模糊集合参数，NEGS为冷冻室温差信号ΔD_t的负小模糊集合参数，NEGB为冷冻室温差信号ΔD_t的负大模糊集合参数。

本发明冷冻室温差信号ΔD_t的正大模糊集合参数POSB、正小模糊集合参数POSS、零变模糊集合参数ZERO、负小模糊集合参数NEGS和负大模糊集合参数NEGB构成等差数列，正大模糊集合参数POSB和正小模糊集合参数POSS的取值范围为0～100，零变模糊集合参数ZERO的取值范围为-100～100，负小模糊集合参数NEGS和负大模糊集合参数NEGB的取值范围为-100～0，以上各个参数的具体数值可以根据不同机型的变频冰箱的温控系统确定。

如图2所示，本发明冷冻室温差信号ΔD_t正大模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差信号ΔD_t正小模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差信号ΔD_t零变模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差信号ΔD_t负小模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差信号ΔD_t负大模糊集合的隶属度函数表示为：

同理，定义冷冻室温差变化率信号dΔD_t的模糊集合分别为正大、正小、零变、负小和负大，POSBD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大模糊集合参数，POSSD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正小模糊集合参数，ZEROD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的零变模糊集合参数，NEGSD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的负小模糊集合参数，NEGBD为冷冻室温差变化率信号dΔD_t的负大模糊集合参数。

本发明冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大模糊集合参数POSBD、正小模糊集合参数POSSD、零变模糊集合参数ZEROD、负小模糊集合参数NEGSD和负大模糊集合参数NEGBD构成等差数列，正大模糊集合参数POSBD和正小模糊集合参数POSSD的取值范围为0～100，零变模糊集合参数ZEROD的取值范围为-100～100，负小模糊集合参数NEGSD和负大模糊集合参数NEGBD的取值范围为-100～0，以上各个参数的具体数值可以根据不同机型的变频冰箱的温控系统确定。

如图3所示，本发明冷冻室温差变化率信号dΔD_t正大模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t正小模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t零变模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负小模糊集合的隶属度函数表示为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负大模糊集合的隶属度函数表示为：

根据冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的数值确定其所属的模糊集合，并根据上述隶属度函数计算其在对应模糊集合中的隶属度，将取值不等于0的各个隶属度依次记为μ_i，i＝1，2，3，……。

D、定义压缩机频率变化相当量ΔF的模糊集合分别为正大、正小、正小小、零变、负小小、负小和负大，BIGP为压缩机频率变化相当量ΔF的正大模糊集合参数，SMALLP为压缩机频率变化相当量ΔF的正小模糊集合参数，VSMALLP为压缩机频率变化相当量ΔF的正小小模糊集合参数，NOCHANGE为压缩机频率变化相当量ΔF的零变模糊集合参数，VSMALLN为压缩机频率变化相当量ΔF的负小小模糊集合参数，SMALLN为压缩机频率变化相当量ΔF的负小模糊集合参数，BIGN为压缩机频率变化相当量ΔF的负大模糊集合参数。

压缩机频率变化相当量ΔF的正大模糊集合参数BIGP、正小模糊集合参数SMALLP、正小小模糊集合参数VSMALLP、零变模糊集合参数NOCHANGE、负小小模糊集合参数VSMALLN、负小模糊集合参数SMALLN和负大模糊集合参数BIGN依次减小，正大模糊集合参数BIGP、正小模糊集合参数SMALLP和正小小模糊集合参数VSMALLP的取值范围为0～200，零变模糊集合参数NOCHANGE的取值范围为-100～100，负小小模糊集合参数VSMALLN、负小模糊集合参数SMALLN和负大模糊集合参数BIGN的取值范围为-128～0。

E、以冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的模糊集合作为控制变量，以压缩机频率变化相当量ΔF的模糊集合参数作为输出变量，采用IF-THEN格式定义模糊控制的模糊规则，所述的模糊规则包括以下十条：

①IF冷冻室温差信号ΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为BIGP；

②IF冷冻室温差信号ΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLP；

③IF冷冻室温差信号ΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为NOCHANGE；

④IF冷冻室温差信号ΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLN；

⑤IF冷冻室温差信号ΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为BIGN；

⑥IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLP；

⑦IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为VSMALLP；

⑧IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为NOCHANGE；

⑨IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为VSMALLN；

⑩IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为SMALLN。

根据冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t所属的模糊集合确定适用的模糊规则，并将压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值依次记为ΔF_i，ΔF_i的下标分别与冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t在其所属模糊集合中的隶属度μ_i的下标对应相等，即若冷冻室温差信号ΔD_t或冷冻室温差变化率信号dΔD_t在其所属模糊集合中的隶属度记为μ_i，则将根据相应模糊规则输出的压缩机频率变化相当量ΔF记为ΔF_i。

F、对压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值ΔF_i进行解模糊计算，得到模糊控制的实际输出值压缩机要求运行频率＝压缩机现运行频率+实际输出值WA×CFOUT，式中CFOUT为常数，本领域技术人员可根据不同冰箱的温控系统具体调整其数值，使本发明的模糊控制达到最佳温控效果。

下面结合具体实施例对本发明所述的冰箱变频压缩机转速的模糊控制方法进行详细说明。

A、设定采样周期TSAMP为30s，计算当前冰箱冷冻室的实际温度T与设定温度T₀的差值，得到ΔT_n＝+1.5℃，30s前的冷冻室温差信号ΔT_n-1＝+2.0℃，故dΔT_n＝ΔT_n-ΔT_n-1＝-0.5℃/30s。

B、设定冷冻室温差常数CDD和冷冻室温差变化率常数CDDD均为1，则冷冻室温差信号ΔD_t＝CDD·ΔT_n＝+1.5℃，冻室温差变化率信号dΔD_t＝CDDD·dΔT_n＝-0.5℃/30s，模糊控制的输入信号数值确定，模糊控制的输出信号为压缩机频率变化相当量ΔF。

C、冷冻室温差信号ΔD_t的模糊集合分别为正大、正小、零变、负小和负大，冷冻室温差信号ΔD_t的正大模糊集合参数POSB、正小模糊集合参数POSS、零变模糊集合参数ZERO、负小模糊集合参数NEGS和负大模糊集合参数NEGB依次赋值2、1、0、-1和-2，如图4所示，冷冻室温差信号ΔD_t正大模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t正小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t零变模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t负小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差信号ΔD_t负大模糊集合的隶属度函数为：

同理，定义冷冻室温差变化率信号dΔD_t的模糊集合分别为正大、正小、零变、负小和负大，冷冻室温差变化率信号dΔD_t的正大模糊集合参数POSBD、正小模糊集合参数POSSD、零变模糊集合参数ZEROD、负小模糊集合参数NEGSD和负大模糊集合参数NEGBD依次赋值2、1、0、-1和-2，如图5所示，冷冻室温差变化率信号dΔD_t正大模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t正小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t零变模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负小模糊集合的隶属度函数为：

冷冻室温差变化率信号dΔD_t负大模糊集合的隶属度函数为：

由冷冻室温差信号ΔD_t＝+1.5℃，冷冻室温差变化率信号dΔD_t＝-0.5℃/30s可知，冷冻室温差信号ΔD_t正大模糊集合中的隶属度μ₁＝0.5，冷冻室温差信号ΔD_t正小模糊集合中的隶属度μ₂＝0.5，冷冻室温差变化率信号dΔD_t正大模糊集合中的隶属度μ₃＝0.5，冷冻室温差变化率信号dΔD_t正小模糊集合中的隶属度μ₄＝0.5。

E、压缩机频率变化相当量ΔF的模糊集合分别为正大、正小、正小小、零变、负小小、负小和负大，压缩机频率变化相当量ΔF的正大模糊集合参数BIGP、正小模糊集合参数SMALLP、正小小模糊集合参数VSMALLP、零变模糊集合参数NOCHANGE、负小小模糊集合参数VSMALLN、负小模糊集合参数SMALLN和负大模糊集合参数BIGN依次赋值10、2、1、0、-1、-2和-10。

F、采用IF-THEN格式定义模糊控制的模糊规则，所述的模糊规则包括以下十条：

①IF冷冻室温差信号ΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为10；

②IF冷冻室温差信号ΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为2；

③IF冷冻室温差信号ΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为0；

④IF冷冻室温差信号ΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为-2；

⑤IF冷冻室温差信号ΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为10；

⑥IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为2；

⑦IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为正小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为1；

⑧IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为零变，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为0；

⑨IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负小，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为-1；

⑩IF冷冻室温差变化率信号dΔD_t为负大，THEN压缩机频率变化相当量ΔF为-2；

由冷冻室温差信号ΔD_t和冷冻室温差变化率信号dΔD_t的取值可知上述适用的模糊规则为①、②、⑧、⑨，则压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值依次为ΔF₁＝10，ΔF₂＝2，ΔF₃＝0，ΔF₄＝-1。

G、对压缩机频率变化相当量ΔF的各个输出值进行解模糊计算，得到模糊控制的实际输出值压缩机现运行频率为52Hz，常数CFOUT取1，则压缩机要求运行频率＝52+2.75×1＝54.75Hz。