[发明专利]基于模糊控制算法的热计量无线温度控制系统

说明书

技术领域

本发明属热量控制和计量系统领域，尤其涉及一种基于模糊控制算法的热计量无线温度控制系统。

背景技术

热能表一般用于计量用户系统能量消耗，在北方供暖热能系统中广泛应用。但目前存在的热能表仅能起到测量热量的作用，而无法实现室内温度的自动控制，以达到用户所要求的恒定温度。因此，温度控制器在供暖热计量系统中起着非常重要的作用。

温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度，使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本已淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合。但总体来讲，机械式温度控制器缺点十分明显，外观陈旧呆板，控温精度差，高功耗，距离短，功能单一。而单片机由于其小巧便捷的结构，直观的编程方式，极低的功耗，相对便宜的价格在温度控制的领域中具有极大优势。目前采用单片机控制温度的方法一般为：利用温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。在单片机中对信号进行采样，采样后对信号再进行数字滤波。其中涉及到很多控制算法，如定值开关温度控制法，PID控制算法等。

定值开关温度控制法，就是单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按设定的控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。目前采用这种控制方法的温度控制器仍在我国许多工厂的老式工业电炉中被使用。

由于PID控制算法简单、可靠性高等特点，在控制技术高速发展的今天，PID控制算法在温度控制系统设计中仍然占有主导地位。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。常规PID控制算法对大多数温度控制系统都能达到较好的控制效果，其控制性能优越于定值开关控温法，但它有明显的缺点，比如依赖于对象模型，对于非线性、大滞后、时变系统控制效果不理想等。虽然现今大部分温度控制方法已经能够应对现实中普遍存在的控制要求，但是依旧存在一些未解决的问题，如功耗过高、热量计量和控制方式单一、实现功能单一、精确度低、安装不方便等。建立既能计量热能消耗又能保持室内恒温的热计量控制测量系统，已成为热计量装置技术发展的趋势，也是目前热计量装置市场竞争的迫切需求。

发明内容

本发明要克服现有供暖设备中的温度控制存在的上述缺点，提出一种基于模糊控制算法的、高精度、低功耗、多功能的热计量温度控制系统，通过单片机编程并利用无线通讯方式与控制阀门进行联系来控制热量，从而达到控制室内温度和计量热能消耗的热计量温度控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于模糊控制算法的无线热计量温度控制系统，包括模糊控制器模块、温度检测和控制模块、无线通讯模块、电机驱动阀门模块和流量测量模块；温度检测和控制模块实时检测室内温度、进行温度设定和热能量消耗的查询和显示，并将实时检测的温度数据输出至无线通讯模块；无线通讯模块不仅将实时检测的温度数据输出给模糊控制器模块，而且将模糊控制器里保存的热量数据传输给温度检测和控制模块，以便进行显示，供用户查询，实现记录热量等信息的功能；模糊控制器模块根据输入的室内实际温度信号，利用模糊控制算法进行计算，将输出的阀门开度信号输出至电机驱动阀门模块，驱动电机工作，控制散热装置的阀门开度，从而控制供暖热水流量达到控制室内温度的目的；流量测量模块用以测量热量消耗值，并将热量值输出给模糊控制器模块，以便借助于无线通讯模块，将热量在温度检测和控制模块中记录下来。

所述的模糊控制器模块，用以控制阀门开度，控制方式如下：

1）选择温度误差e和误差的变化量ec作为控制器输入量，选择电机的阀门开度u作为输出控制量。

2）对采集到的精确量进行模糊化。设有论域V，有n个精确温度数据x_i∈V（i=1，2,…，n），同时有m个模糊集合A_j∈V（j=1，2,…,m）。如果存在x_i，使得隶属度则称x_i属于模糊集合A_j，表示为：