模糊控制在燃氣熱水器中的應(yīng)用分析

鄧先全

摘要：燃氣熱水器在使用過程中就有良好的保溫穩(wěn)定性，而且在升溫階段和降溫階段中速度較快，更好的滿足人們的使用需求。而模糊控制的加入，讓燃氣熱水器變得更加智能化。本文根據(jù)模糊控制的原理和組成，說明了模糊控制在燃氣熱水器中的實際應(yīng)用，為燃氣熱水器未來發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：模糊控制；燃氣熱水器；應(yīng)用

前言

近年來，隨著熱水器進一步推廣到千家萬戶，逐漸成為人們家庭中不可或缺的一部分，為人們生活提供了方便。與此同時，在熱水器快速發(fā)展過程中，為了保證人們生活安全，我國相關(guān)部門也出臺了一系列政策來控制熱水器的設(shè)計指標(biāo)，確保熱水器在設(shè)計過程中更加規(guī)范。目前，市面上的熱水器主要種類有恒溫和非恒溫兩種，對于燃氣熱水器來說，逐漸由非恒溫向恒溫方向轉(zhuǎn)變。

1、模糊控制技術(shù)

1.1模糊控制系統(tǒng)的組成

在模糊技術(shù)研究過程中，運用了計算機數(shù)字控制技術(shù)，因此，模糊系統(tǒng)的組成與其他數(shù)字控制系統(tǒng)的組成具有很強的相似性。一般來說，模糊系統(tǒng)有以下幾部分組成：

第一，模糊控制器：模糊控制器實際上就是一個微型處理器，根據(jù)主控制系統(tǒng)的需要，可以在單片機和微機中進行合理選擇。

第二，輸送輸出接口裝置：模糊控制器通過輸入和輸出接口來獲取數(shù)字信號源，并通過控制器制造決策信號，利用信號轉(zhuǎn)變，來獲得模擬信號，從而實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)對相關(guān)對象的控制。

第三，傳感器：傳感器的使用實現(xiàn)了將被控制對象或者各種被控制變量均轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有重要地位，傳感器的精度往往可以影響整個系統(tǒng)的精度[1]。

1.2模糊控制器的基本原理

模糊控制的實現(xiàn)，得益于微機采樣中的被控制量的精確數(shù)值，隨后通過定值獲得誤差信號，隨后將誤差信號當(dāng)做輸入量，經(jīng)過一些列作用，此誤差信號最終得到模糊量，實現(xiàn)模糊控制。

2、模糊控制在燃氣熱水器中的實際應(yīng)用

2.1在恒溫控制中的應(yīng)用

恒溫燃氣熱水器的設(shè)計要求是：在第一啟動過程中默認溫度為42℃，而且需要在通電后的30秒之內(nèi)達到默認設(shè)定溫度，而且前后相差不可以超過四度，在運行過程中也不可以出現(xiàn)震蕩情況。為了確保燃氣熱水器得到更好的恒溫控制，在設(shè)計過程中加入模糊控制技術(shù)，以便于滿足人們對燃氣熱水器的使用需求。

首先，在初始階段中，系統(tǒng)會經(jīng)過自檢，將內(nèi)部故障進行有效排除，這樣，才會確保整個系統(tǒng)進入下一階段。

其次，是恒溫運行階段，在該階段中，是熱水器恒溫控制中的最重要階段。在恒溫運行的實現(xiàn)過程中，主要是將模糊控制思想融入到燃氣熱水器系統(tǒng)中，對水溫數(shù)據(jù)進行和理采集，制定出相應(yīng)參數(shù)，并將參數(shù)轉(zhuǎn)化成為控制量傳輸給模糊系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，再通過對風(fēng)量以及風(fēng)機的控制，來實現(xiàn)水溫的基本恒定。

最后，是在關(guān)機階段中的應(yīng)用，在該階段中，模糊控制主要是保證燃氣熱水器整體的安全性能不受到影響，同時為下次熱水器的啟動做好準(zhǔn)備工作。通過模糊控制，讓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速提高，使得燃氣熱水器中的有毒氣體和未完全燃燒的氣體排出，加快了水溫的降低速度。

2.2對燃氣熱水器的變量控制

模糊控制在應(yīng)用過程中，想要實現(xiàn)將水溫升高，則需要滿足以下關(guān)系：

N·Gc·Gv=Wc·Wv·T

該式中，N代表的是熱變效率，也是保持熱平衡狀態(tài)的基本常數(shù)；Gc代表的是燃氣的燃燒值，Gv代表的是燃氣流量，其數(shù)值大小受氣閥大小控制。T為水被加熱之后的溫度。由此可見，通過模糊控制，氣閥和進水閥在一定程度上可以對燃氣熱水器起到一定保護作用，根據(jù)上式的分析和總結(jié)，可以得出一定的溫度變化量。

2.3模糊自適應(yīng)PID控制

在很多燃氣熱水器模糊控制中，考慮到模糊控制器的實現(xiàn)較為簡單和便捷，通常會選擇以二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式進行應(yīng)用。由線性理論分析可以得到，通過模糊控制，能夠消除燃氣熱水器中的穩(wěn)態(tài)誤差，但是在動態(tài)響應(yīng)過程中的速率較慢，比例控制的動態(tài)響應(yīng)速度較快。因此，在燃氣熱水器的恒溫控制中，模糊比例積分控制既可以提高熱水器的穩(wěn)態(tài)精度，又能讓熱水器具有較高的動態(tài)響應(yīng)，因此，在恒溫燃氣熱水器設(shè)計過程中，通常會將PI控制策略引入到模糊控制當(dāng)中，形成PID復(fù)合控制，讓燃氣熱水器獲得較高的性能[2]。

2.4模糊熱水器硬件控制電路設(shè)計

在模糊熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計中，為了保證硬件控制復(fù)合熱水器整體使用要求，將單片機引入到熱水器電路設(shè)計之中。一般來說，在中段設(shè)計中就會加入20個單片機，外部中有3個。為了增加熱水器的整體使用效率，在水溫輸出和輸入設(shè)計中，通過模糊控制加入了對水溫的監(jiān)測裝置，同時對中間水溫進行了精確檢測，這樣，不僅能在出水之前確保溫度的合理性，還可以對燃氣熱水器整體工作進行有效預(yù)估。在溫度檢測過程中，模糊系統(tǒng)通過溫度檢測電路，將信息傳遞給單片機中的轉(zhuǎn)換器，形成10位數(shù)據(jù)，而單片機在水溫模糊辨認中，利用了出水溫度和水溫設(shè)計之間的差值來實現(xiàn)，根據(jù)溫差的不同，選擇出最合理的水溫系數(shù)，并通過與控制器之間的相互合作，最終完成恒溫控制。

2.5模糊熱水器的控制步驟

2.5.1語言變量控制

在模糊控制器中，輸入變量的控制可以選擇實際溫度與設(shè)定值之間的誤差，從而獲得語言變量，另外，這種語言變量的數(shù)值也可以通過單片機的PWM值得到，如此一來，為溫度系統(tǒng)選定除了一種多輸入單輸出的模糊控制器。

2.5.2輸入變量控制

通過實踐操作證明，輸入變量是以語言變量形成的基礎(chǔ)上而得來的，而在此過程之前，需要建立一個模糊函數(shù)，并將多個模糊條件進行歸納總結(jié)，建立模糊控制狀態(tài)表，通過多個模糊關(guān)系，最終得到燃氣熱水器恒溫控制中的總模糊關(guān)系：

[R=U49I=1Ri]

通過該模糊關(guān)系式，可以實現(xiàn)對R的離線計算。

3、總結(jié)

綜上所述，模糊控制作為當(dāng)今智能控制中的一個分支結(jié)構(gòu)，得到了人們大力發(fā)展和應(yīng)用。近年來，模糊控制已經(jīng)自航天、軍事、工業(yè)等方面得到了重要應(yīng)用。本文通過PID復(fù)合控制的介紹，論述了模糊控制在燃氣熱水器中的應(yīng)用，使得燃氣熱水器的智能控制系統(tǒng)更加完善，并通過一定的自適應(yīng)控制，讓燃氣燃燒變得更加充分，促進了燃氣熱水器的智能發(fā)展。

參考文獻：

[1]李業(yè)功. 模糊PID控制器在火電廠溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，12：136.

[2]黃偉，熊偉鵬，車文學(xué). 模糊控制在風(fēng)光混合儲能微網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電力，2017，01：30-36.