摘 要：房間溫度控制是典型的時(shí)變遲滯系統(tǒng)，用常規(guī)PID控制方式很難實(shí)現(xiàn)有效控制，而常規(guī)FUZZY控制因其穩(wěn)態(tài)性能不佳，又不能滿足某些分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控裝置對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)現(xiàn)智能控制的穩(wěn)態(tài)溫差不超過±1℃的要求。筆者設(shè)計(jì)出了一種行為自校正模糊控制器，應(yīng)用到某分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控裝置中，通過MATLAB仿真結(jié)果表明：該行為自校正模糊控制器的性能優(yōu)于常規(guī)FUZZY控制器和PID控制器。<!--摘要CH(結(jié)束)←-->
<!--→關(guān)鍵CH(開始)--> 關(guān)鍵詞：房間溫度控制；行為自校正；模糊控制；MATLAB仿真<!--關(guān)鍵CH(結(jié)束)←--><!--→標(biāo)題EN(開始)-->
分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫度控制是分戶熱計(jì)量收費(fèi)的前提，也是建筑節(jié)能研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容之一，同時(shí)它可使用戶根據(jù)其對(duì)熱舒適度的需求及使用時(shí)間進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中常用的分戶溫度控制方式有：兩位或三位式控制、PID控制、常規(guī)的模糊控制。兩位或三位式控制方式結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，但控制精度較差，一般用于室溫允許的波動(dòng)范圍大于±2℃或更大些的場(chǎng)合，這種方式比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。PID控制的精度雖大大高于兩位或三位式控制，但是，由于房間溫度對(duì)象的熱慣性大，滯后嚴(yán)重，且存在很多不確定性因素（如外界氣溫的變化等），導(dǎo)致其環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)都是時(shí)變的，所以PID控制方式也受到了一定程度的制約。
近年來日益流行的模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能 力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性。但經(jīng)典模糊控制不可避免地存在穩(wěn)態(tài)誤差和顫振現(xiàn)象，因此，經(jīng)典的模糊控制器是粗糙的控制器，不適用于對(duì)穩(wěn)態(tài)性能要求較高的系統(tǒng)。
而某分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控裝置的控制性能至少應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：
�。�1）穩(wěn)態(tài)溫差不超過±1℃；
�。�2）當(dāng)環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)變化較大時(shí)，控制系統(tǒng)仍能平穩(wěn)運(yùn)行，基本沒有超調(diào)，以盡量減少溫控閥的動(dòng)作次數(shù)，這樣一方面可以延長其使用壽命，另一方面可以減小居室噪音；
（3）響應(yīng)速度盡可能快，以最大程度地滿足人們對(duì)熱舒適度的要求。
根據(jù)以上要求，綜合分析比較了前述幾種常用控制方案的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種行為自校正的模糊控制器，應(yīng)用到分戶智能溫控裝置中，通過MATLAB仿真結(jié)果表明：該行為自校正模糊控制器的性能優(yōu)于常規(guī)FUZZY控制器和PID控制器。
1 行為自校正模糊控制器的系統(tǒng)分析
1．1 行為自校正模糊控制器的基本原理
對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的經(jīng)典模糊控制器，由于其控制規(guī)則不夠完善，則在某些情況下，當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)發(fā)生較大變化時(shí)，其控制效果往往不佳。若在該模糊控制器的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)性能測(cè)量環(huán)節(jié)，一個(gè)控制量校正環(huán)節(jié)，所得到的校正量與原模糊控制器輸出的控制量疊加在一起，形成新的控制量，這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)原控制量的校正，這就相當(dāng)于對(duì)原控制規(guī)則進(jìn)行了修改，從而構(gòu)成一種改進(jìn)的行為自校正模糊控制器。該行為自校正模糊控制器的原理如圖1所示：
1．2 行為自校正模糊控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
工程上應(yīng)用的模糊控制器，一般采用離線計(jì)算模糊控制表，然后采用在線查表的控制方案，下面闡述其設(shè)計(jì)步驟：
（2）確定誤差E、誤差變化EC、控制量U和校正控制量P的 語言值詞集都為：｛NL，NM，NS，NZ，Z，PZ，PS，PM，PL｝，再選取三角形隸屬度函數(shù)。
�。�3）制定模糊控制規(guī)則，規(guī)則表分別為表1和表2所示：
2 仿真比較
計(jì)算機(jī)仿真是在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行的。分戶熱計(jì)量拱熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控對(duì)象的典型傳遞函數(shù)為：
。K值是與房間的靜熱損失率相關(guān)的，而純延遲τ和時(shí)間常數(shù)T則取決于房間容積和室外氣溫的高低以及室內(nèi)人數(shù)的多少等因素。圖2是行為自校正模糊控制系統(tǒng)的仿真模型框圖。
仿真得到的系統(tǒng)在不同參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線如圖3所示：
同時(shí)筆者還在Simulink環(huán)境下，分別對(duì)被控對(duì)象用經(jīng)典FUZZY控制和經(jīng)典PID控制方法對(duì)其進(jìn)行仿真，其仿真階躍響應(yīng)曲線分別如圖4和圖5所示：
3 結(jié)果分析
由圖3、圖4可以看出，行為自校正模糊控制既克服了PID控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)能力差的弱點(diǎn)，又克服經(jīng)典模糊控制穩(wěn)態(tài)誤差比較大的缺點(diǎn)。行為自校正模糊控制比PID控制有更強(qiáng)的魯棒性，比經(jīng)典 模糊控制有更小的穩(wěn)態(tài)誤差。而且其控制效果完全滿足某分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫度控制系統(tǒng)所提出的控制性能指標(biāo)。
但該行為自校正模糊控制器沒有解決因模糊量化取整運(yùn)算而引起的量化誤差和調(diào)節(jié)死區(qū)的問題。因此在穩(wěn)態(tài)階段，仍有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，甚至可能會(huì)有穩(wěn)態(tài)顫振現(xiàn)象。筆者認(rèn)為如果對(duì)E，EC，U，P都不采用模糊量化取整運(yùn)算，而是采用模糊數(shù)模型在線插值的方法，則能從本質(zhì)上消除這種穩(wěn)態(tài)誤差。
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