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1、第33卷第2期河南师范大学学报(自然科学版)Vol.33No.22005年5月JournalofHenanNormalUniversity(NaturalScience)May.2005文章编号:1000-2367(2005)02-0125-03①电冰箱模糊控制的算法及应用123赵明富,张聪品,吴东芳(1.河南科技学院电子工程系,河南新乡,453003;2.河南师范大学计算机与信息技术学院,河南新乡,4530073.平原大学信息工程学院,河南新乡,453003)摘要:将模糊控制技术用于电冰箱上,在冰箱内可
2、实现温度和除霜的模糊控制,使电冰箱以最优方式运行,保持冰箱内的最佳温度和湿度,实现食品保鲜和冰箱节能.关键词:电冰箱;温度模糊控制;除霜模糊控制中图分类号:TP29文献标识码:A家用电冰箱一般有冷藏室和冷冻室,冷藏室温度范围为0～10℃,冷冻室温度范围为-6～-24℃.显然,传统的机械式、电子式冰箱是通过控制蒸发器的温差或箱内温差来控制压缩机、风扇的开停状态及风门大小的,因而使冰箱内保持一定低温而保质保鲜的.但冰箱内的温度要受环境温度、存放物品的初始温度、热容量、充满率及开门频繁度等因素的影响,冰箱内的温
3、度场分布极不均匀,因此要使箱内食品保持一定温度、对压缩机的控制方法就很难用准确的数学模型来表示,而采用模糊控制技术可达到最佳控制效果.1电冰箱的模糊控制系统家用电冰箱的发展趋势,除了无氟大容量外,主要采用多门分体结构或多通道风冷式结构.为满足这种需要,本系统主要实现的是温度的模糊控制和除霜的模糊控制.温度控制通过传感器检测环境温度、各室温度及开门的频繁度,利用模糊推理规则控制压缩机、风扇及风门状态而实现食物最佳的保持温度.除霜控制则是根据霜层厚度,选择在门开启间隔最长的时间段使电热丝快速通电除霜,这样对食
4、品温度的影响最小,最有利于食品保鲜.图1为上述模糊控制系统的原理框图.冷冻室传感器、冷藏室传感器、化霜传感器和室温传感器转换的电信号经放大器电压放大后供单片机采样分析,这些传感器均为NTC热敏电阻.电源电压检测电路可准确检测出电压的波动情况,为压缩机的过、欠压保护提供依据.开门检测电路可检测出箱门的开闭状态及开闭时间的长短.风门位置检测电路用来检测风门的开闭状态及开启度的大小.按键和显示电路可以实现人机对话,显示电路由LED显示和数码管显示两部分组成;LED用来显示冰箱的运行状态,数码显示则为维修人员全面
5、检查冰箱故障提供重要依据.语音电路可发出“请您关门”等简单语句.输出电路用来驱动压缩机、风门电机、风扇、臭氧发生器及除霜电热丝工作.状态控制器可保证单片机在强干扰环境下正常工作.2温度的模糊控制电冰箱的温度控制一般以冷藏室温度为控制目标,根据箱内实际温度与设定温度的偏差来控制压缩机的开停状态,使箱内食品保持最佳温度.控制以环境温度、箱内温度及其变化率为研究对象.电冰箱通过压缩机驱使制冷剂快速循环,液态制冷剂在蒸发器内吸热膨涨后使箱内食品温度降低而实现保质保鲜.当环境温①收稿日期:2004-06-12基金项
6、目:河南省科技厅科技攻关项目(0424300007)作者简介:赵明富(1964-),男,河南新乡人,河南科技学院副教授,主要从事EDA技术和家用电器控制技术工作.126河南师范大学学报(自然科学版)2005年度变化时,蒸发器表面的温度也会相应变化,提供的冷量也会变化.另外压缩机工作时提供的冷量,一部分使贮藏的食品降温,一部分通过箱体向外散发,另一部分在箱体开门时向外散发.因此在不同环境温度下,使冰箱内的食品保持一定的贮藏温度,压缩机的工作条件会大不相同.由此设计的模糊控制方案归纳为:根据箱内温度T、温度变
7、化率△T、环境温度(室温)t和开门时间长短D来决定本次控制所需的制冷量,冷量多少由压缩机工作时间的长短来提供,相应的模糊控制框图和隶属度函数分别如图2和图3所示.模糊推理则可表示为:ifT=Land△T=Mandt=LandD=SthenQ(F)=sifT=Hand△T=Landt=MandD=MthenQ(F)=mifT=Hand△T=Handt=HandD=LthenQ(F)=b式中L、M、H分别表示温度、温度的变化率、环境温度的模糊集为低、中、高三档;S、M、L分别表示开门时间的模糊集为短、中、长三
8、档;Q或F分别表示所需的制冷量和风门的开启程度,用s、m、b分别表示制冷量的少、中、多和风门开启度的小、中、大.3除霜的模糊控制在使用电冰箱的过程中,冷冻室蒸发器的表面温度很低,冷冻室内的空气和食物中的水分聚集在蒸发器表面而结霜.霜层越厚,热交换效率越低,这样就增大了冰箱的耗电量.因此,在风冷式冰箱冷冻室的周围安装有除霜装置.除霜措施是在蒸发器的表面设置电热丝,除霜时压缩机停机、电热丝通电发热使蒸发器表面温度回升而快速化霜.显
