1模糊控制器的设计
温差e和温差变化率ec作为模糊控制器的两个输入，压缩机频率作为控制器的输出u。e和ec对应的论域为[-3，+3]，选用语言变量为{PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB}，含义依次为：正大、正中、正小、零、负小、负中、负大。控制量u的语言变量为{PB，PM，PS，ZO，NS，NM}，含义依次为：正大、正中、正小、零、负小、负中。e，ec，u的隶属函数图如图2、图3所示。其中e的基本论域为[-2，+6]，ec的基本论域为[-0.3，+0.2]，u的基本论域为[-6，+10]，模糊规则选用的形式为：ifeandecthenu。通过仿真由相应的输入组合可以得到相应的解模糊输出，解模糊选用面积重心法，即可以得到模糊控制表，见表1。
2PID控制器的设计
当设定温度与实际温度之差较小时，进入PID控制模式。PID控制的关键内容在于整定PID参数。PID控制器输出的一般形式为：U[PID]=（e×Kp+∫e+ec×Kd）×Kpid数字离散化后的表达式为：U[PID]=（e（k）×Kp+Ki×+ec（k）×Kd）×Kpid其中：e（k）表示第k次采样时的温差，表示从采样开始累积到k时刻的采样值之和；ec（k）表示当前采样偏差与上一次采样偏差的差值；Kp，Ki，Kd分别表示比例、积分、微分的系数；Kpid则表示PID控制器的比例增益，其值根据当前温差大小决定Kpid等于K3还是K4。由于系统可设定的温度范围较宽，温差及温差变化速率不同，PID参数不同，且由于空调系统的比例带较大，本文使用临界比例带法调整PID参数的整定方向。鉴于在空调系统中用PID控制容易产生的积分饱和问题以及选取合适的积分增益，本文采用积分分离和变速积分相结合的方案。当温差较大时，取消积分作用，即Ki=0，增大KP，使温差很快降到某一范围内，此时再引入积分，并使用积分变速函数根据温差改变积分累加速度，以消除静差，达到高控制精度。Kd的调整则根据温差变化率，并设置Kd限值，保证系统稳定。
3硬件的实现
控制方案的硬件实现如图4所示，由于需要实时处理信号，使用复杂的控制方案则需要很高的运算速度。本文选用TI公司针对空调系统开发的专用DSP芯片作处理器，将检测到的模拟信号经芯片内部集成的AD转换模块进行处理，通过通讯模块将检测到实时温度与设定温度传递给芯片，并与设定温度实时比较，经过运算后输出PWM信号控制压缩机频率，达到调节温度的目的。
4软件的实现
软件的控制流程图如图5所示，首先对温度进行采集，通过计算得到温度偏差e和偏差变化率ec，然后分别进行模糊控制和PID控制，将两个控制器计算出的输出频率相加，根据|e|和设定值e0之差的大小，决定两算法控制器在总输出中的比例分量，得到最终的输出控制频率。5实验与结果分析此控制方案用于空调系统中，设定室内温度为25℃，实验开始时室内温度为30℃，实验结果如图6所示。结果表明，使用本控制方案，温度调节速度快，超调小，稳定性好，满足了空调的舒适性与稳定性。
5结语
本文将模糊控制和PID控制两种控制方法相结合，根据采样温度与设定温度差值的大小选择两个控制器输出所占比例，充分发挥两控制方法的优点，使系统具有鲁棒性、灵敏性、适应性。设计了基于DSP芯片作处理器的硬件方案，给出软件控制流程。实验结果表明，系统控制精度高，稳定性好，满足设计要求，证明此控制方案适合非线性、时变性，滞后性特点的系统，实用性很高。
作者：刘壬生 陈远远 单位：珠海格力电器股份有限公司
