智能变频空调模糊神经网络控制系统的设计与实现

论文摘要

传统空调器通过温度传感器感受室内温度变化来控制压缩机的启动和停止来实现对温度的控制。它对温度的调节是一种断续的变化过程,它的缺点是不能根据环境温度变化及时调整空调器的工作状态。人们为了解决传统空调在室温波动时压缩机工作状态频繁切换的问题,将模糊控制算法引入到空调系统的控制中来,使得系统的自调整性有了很大提高。该系统能够根据室内温度变化,通过对压缩机进行连续、动态、实时地变频调速来调节室内温度。尽管常规模糊变频空调与传统空调相比,技术上有了很大进步,但是由于隶属函数和控制规则的获取经常依赖专家经验,而专家经验的正确与否经直接影响空调的控制效果。另外,当隶属函数和控制规则确定之后,一旦环境温度发生突变,空调器工作状态仍然按照既定的隶属函数和控制规则进行变化,中间没有过渡区,造成的温度突变会使人感到不适。根据神经网络自学习能力强的特点,本文尝试采用将模糊控制与神经网络相结合的方法对压缩机进行控制,解决模常规模糊控制存在的不足。论文内容如下:首先分析了传统空调控制方法和常规模糊变频空调控制的优点与不足之处,对国内外的研究现状及发展趋势进行了综述,提出了智能变频空调模糊神经网络控制系统设计与实现的研究思路;通过对已有智能变频空调设计方案的比较,结合国内实际情况,给出了一种新的控制方案,并对其硬件控制系统及算法进行了初步设计。在此基础上,采用模糊控制和神经网络控制方法相结合的实现手段,给出了智能变频空调系统的模糊神经网络控制算法。根据变频空调控制过程的非线性与时变性特点,以温度偏差和温度偏差变化率作为输入变量、变频压缩机工作频率变化作为输出控制量,设计了变频空调模糊神经网络控制器和预测器。通过对隶属函数和控制规则的调整,提高了变频空调系统的智能化程度。仿真结果表明了所提方法的有效性,实现了变频空调的智能控制。根据智能变频空调对硬件控制的要求,分别设计了室内机和室外机控制系统。依据硬件控制电路设计了相应的软件。通过实验研究,优化了相关的控制参数,同时也验证了本文方法的可行性。最后对全文内容进行了总结,并提出本设计存在的不足及需要研究改进之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及国内外现状
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 本文主要研究内容
• 第2章 智能变频空调控制系统控制方案
• 2.1 空调系统的工作原理及基本结构
• 2.1.1 变频空调的工作原理
• 2.1.2 空调系统基本结构
• 2.2 控制系统基本结构及控制系统的初步设计
• 2.2.1 空调控制系统基本结构
• 2.2.2 控制系统方案的确定
• 2.2.3 智能变频空调控制方法及总体方案的构思
• 2.3 本章小结
• 第3章 模糊神经网络基本原理
• 3.1 模糊控制原理
• 3.1.1 输入输出变量及模糊化方法的确立
• 3.1.2 模糊控制规则及模糊推理设计
• 3.1.3 清晰化方法的确立
• 3.2 神经网络理论基础
• 3.2.1 神经元模型及人工神经网络
• 3.2.2 人工神经网络的学习方法
• 3.3 模糊控制与神经网络的结合
• 3.3.1 模糊控制与神经网络的融合
• 3.3.2 模糊神经网络控制模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 智能变频空调控制系统的模糊神经网络算法设计
• 4.1 变频空调控制系统的模糊模型
• 4.1.1 模糊控制策略及输入输出变量的确定
• 4.1.2 输入输出变量的语言值域及相应隶属度函数的确定
• 4.1.3 模糊控制规则的确定
• 4.1.4 模糊决策及解模糊处理
• 4.2 模糊神经网络控制器的设计
• 4.2.1 模糊神经网络控制模型的设计
• 4.2.2 模糊神经网络的学习算法
• 4.3 变频空调智能控制算法
• 4.3.1 变频压缩机模糊神经网络控制器的设计
• 4.3.2 神经网络预测器 NNP的设计
• 4.4 智能变频空调模糊神经网络控制方法仿真
• 4.4.1 模糊神经网络控制器的训练
• 4.4.2 三种控制方法的仿真及比较分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 智能变频空调控制系统硬件设计
• 5.1 室内机控制电路设计
• 5.1.1 温度检测电路
• 5.1.2 遥控接收及 LED显示电路
• 5.1.3 导风板、百叶窗控制电路
• 5.1.4 风机调速电路
• 5.2 室外机控制电路设计
• 5.2.1 电压检测电路
• 5.2.2 室外风机及四通阀驱动电路
• 5.2.3 内外机通讯电路
• 5.2.4 变频压缩机控制电路
• 5.3 系统硬件电磁兼容性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 智能变频空调控制系统软件设计
• 6.1 室内机控制系统软件设计
• 6.2 室外机控制系统软件设计
• 6.3 室内、室外机通讯协议
• 6.4 系统保护控制
• 6.5 系统软件的抗干扰性设计
• 6.6 模拟实验
• 6.6.1 上位机软件设计
• 6.6.2 下位机的配置
• 6.6.3 模拟实验验证
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢