即热式电热水器模糊温度控制器的研制.txt

智能家用电热水器控制器设计参考资料~~！！

4.4测试及结果分析....................................................····································……46
.44.1检验、检测环境和条件..........................................................................……46
.44
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2检测的仪器、仪表的精度要求:.........................................................……46
.44
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3结果分析................................................................................................·……46
第五章系统的抗干扰措施，..........................·························································……50
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1系统干扰的来源.............................................................................···········……50
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1硬件方面的抗于扰措施.........................……，，...........................................……51
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2软件方面的抗干扰措施.....................................................·.......···············……51
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2
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1数字滤波消除数据采集误差..........................................................……51
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2
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2设置软件陷阱实现PC的容错.......................................................……53
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2.3利用“看门狗”技术来实现PC的快速自恢复...........................……53
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2.4指令冗余............................................................................··.·...·······一53
第六章模糊控制展望...................................·························································……55
参考文献....................................................……，..............……，..................................……57
附录..........................................................................................................................……59
附录1即热式电热水器硬件电路图..............................................................……59
附录2:程序清单，...........................……，............................................·············……60
致谢.....................……，...................……，..................................................................……82
攻读硕士研究生期间完成的论文及课题...……，....................................................……83浙江工业大学工程硕士学位论文
第一章绪论
1.1研究的背景
在现代化的工业生产中经常涉及到温度的控制，有的控制系统甚至把温度作
为唯一的控制参数，有的作为主要控制参数之一。而在工业控制中，作为温度控
制的方式很多，其中PID类型的控制技术占据主要地位。但是传统的PID在解决
一些复杂的、非线形的、时变的、大延迟的被控对象方面实现非常困难;而作为智
能控制理论的分支之一的模糊控制技术可以比较好的解决这个问题[‘][]z3]I。
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1.1即热式电热水器的背景及其发展状况
即热式电热水器又称快热型，就是让通过机体的水流即刻转化成理想水温的
热水器。它的问世是家用电热器具领域一次新的进步，弥补了其它热水器的不足，
属传统型热水器的替代产品，是家庭、公用住宅、小型饭店、宾馆理想的配套服
务设施。
即热式电热水器在国外使用相当广泛，尤其是在欧美和东南亚地区。前些年，
即热式产品在国内市场上曾经出现过一段时间，由于当时国内电力条件不成熟，
对大功率的电器产品一般无法正常使用，也没有好技术来保证其质量与安全，种
种因素限制了其在国内的发展。近几年来，随着人们生活水平的不断提高，国家
电网改造和相关法规的出台，电力工业迅速发展，预示了即热式产品在国内的广
阔前景。根据国家住宅设计规范(GF50096一1999)现有商品住房的电器线路导线必
须采用铜芯线，每套住宅进线截面积不小于1onunZ，分支引线不得小于2.snunZ，
电表规格不得小于20(40)A所以，现购新标准住宅用户，都有条件使用上述这种
安全、方便的即热式护，确保产品万无一失，安全系数达100%，通过检测，即
热式比传统的热水器可节省40%的能耗，用多少热水加热多少，没有热水用不完
时的浪费和使用中途热水供应不足的现象，热水利用率100%，因为它既不需要提前
预热，也不需保温，省去了大量的额外开支，给用户带来真正的实惠。即热式产浙江工业大学工程硕士学位论文
品作为新型环保产品在我国广泛使用已是大势所趋，符合现代消费潮流。
1.2模糊控制技术在国内外的发展现状
1.2.1模糊控制技术在国外的现状和发展
模糊理论自它诞生以来便显示了强大的生命力。1974年英国的马旦尼
(E.H.MAMDAN)首次提出将模糊控制理论应用于热电厂的蒸汽机控制;1976年英国
的汤哥(RJNOG)写出了第一本理论性模糊控制方面的论文。之后，美国、日本、英
国先后将模糊控制理论应用于机器人、航天、生产过程等领域。此后模糊控制技
术进入应用深入化、硬件专门化的时期，模糊控制取得了丰硕的成果。
在日本:80年代，安信诚一、宫本捷二、井广原一，在日本首次把模糊控制
应用于工程实际，即基于模糊控制的列车定位停止控制。日本三菱电气公司生产
的AJ一2100电梯群控系统采用了模糊控制，减少了15%一20%的平均等待时间和
30%一4%0的长等时间。事实表明日本的模糊控制从理论到应用都位于世界的前列。
从1991年到现在日本在神经元模糊学习算法和自组织模糊控制系统等有了新的成
果。日本松下电器公司于1990年推出了“爱妻”模糊全自动洗衣机，耗电38OW，
效果很好;日本三洋公司还把模糊控制应用到电视摄像机、空调机、压力电子炉、
电饭锅、机器人控制系统中，均取得了满意的效果。
在美国:1988年5月在美国德州休斯顿NASA约翰顿航天中心召开的第一届
神经网络和模糊逻辑应用技术研讨会，这预示了美国政府对模糊控制技术开始重
视，‘在1992年，HEE神经网络协会(NNC)发起召开第一届工EEE模糊控制系统的国
际会议，1993年在美国工EEE神经网络协会新创办了国际性模糊逻辑专业杂志((模
糊控制》季刊，有力的促进并将继续推动模糊逻辑技术的发展。美国国防部除了
休斯顿的约翰顿宇航飞行中心，把模糊逻辑应用于机器人控制和图象处理，另外
尚在研究把模糊逻辑应用于双臂机器人组装空间站自动控制、碰撞控制、轨道生
成系统。加州斯坦福大学的扎德教授是模糊理论的一创始人;南加州大学考斯特
(BartKOSko)教授提出模糊认知图、模糊联想记忆(AFM)等新概念;佛罗里达州大学
有康唐尔为首的一批研究员在图象模糊识别和模糊数据库方面的研究取得了较大浙江工业大学工程硕士学位论文
的进展。西佛罗里达州大学由于1993年1月创刊的工EEE《模糊系统》杂志创始人
和主编LC.贝兹德克博士在该校的计算机科学系任职而出名;杜克大学的玛利诺斯
教授在1967年就提出了用通用数字逻辑“与”、“或”门来组成模糊逻辑运算电路
的方法;北卡罗来纳州立大学的杜边博士和后来在加州成立第一个模糊技术专业
公司的户贝方规博士在1985年曾经在这里研究并开发出数字电路的模糊推理芯
片。
:22模糊控制技术在国内的现状和发展
中国是当今世界上公认的模糊理论大国之一，己从模糊理论创始人Zdaeh列
为与日本、美国和欧洲并肩的模糊研究的四个主要国家并对国外产生一定的影响。
(一)国内模糊控制理论的应用与发展
早在70年代中期，我国就开始了模糊控制的研究和应用，并很快成为世界公
认的研究大国。目前，我国科学家在国内外的专业刊物上发表了上千篇研究学术
论文，出版了20余部专著。现任国际模糊系统协会副主席的北师大汪培庄教授及
其同事们研究的主要理论有模糊落影理论，因素空间，真值流理论等，并在模糊
理论用于地膜生产、诊断型专家系统以及开发工业等方面取得了一批成果。
在对模糊数学理论研究方面，我国己有很大的优势，取得了很多应用成果，
我国是最早把模糊理论引入气象预报、地震预测和高炉冶炼控制等方面应用的国
家。例如，在地震发生趋势预测中对模糊信息的处理;在工程设计方面发展了软件
理论，并求得了最佳设计方案:研究出许多专家系统，特别是运用模糊数学方法描
述中医经验;在交通网、水管网、通信网，可靠性分析方面的实际功能应用等等
(二)国内模糊控制技术的研究和应用
我国对模糊控制的研究起步稍晚，1979年开始用连续数学仿真方法研究了典
型模糊控制器的性能，随后，一些高校及科研单位从不同角度对模糊控制从理论
到应用进行了全面的探讨。中科院半导体研究所成功的研制出基于多元逻辑的集
成电路，并依此为基础构成了DYL.模糊控制器。此外，还涌现了有关的新型
PID一UFZZY控制器，预报式模糊控制器，自动修正因子FUZZY控制器，自寻优
模糊控制器以及多回路智能模糊控制器等研究论文和应用实例。在医药生产、医
疗诊断、气象、冶金、化工等行业，模糊控制也取得了实用性的成果。1994年，浙江工业大学工程硕士学位论文
国内第一个V八ndows多窗口的环境下的模糊控制软件开发工具FC一TOOLVl.O由
复旦大学计算机科学系的留德学者设计研究成功，并已达到同类软件的国际水平。
特别值得一提的是北方工业大学模糊控制研究所与广东省高州市模糊控制技术集
团公司共同研制开发推出的“FC一JB汽车安全防撞电脑模糊控制器”，该产品己于
1992年通过了部级鉴定，鉴定认为该产品“在国际汽车安全行驶技术领域内尚无
先例，属世界首创”。1994年4月，中国机动车辆安全鉴定检测中心对该产品进行
了检测认定，认为具有广泛的应用前景和推广使用价值。该产品已在美、法、日
申请实用型专利，1995年己被国家经贸委列为推广项目。
另外，模糊控制技术也在我国的一些过程控制中得到了应用，如杭州万里化
工厂的横化反应器的模糊控制、上海高桥化工厂ABC聚合反应釜的模糊控制以及
新疆大学电子信息系运用模糊控制算法实现复杂过程的智能化控制效果用于油田
储油罐的汽油分离控制。
国家“九五”计划“模糊智能开发环境”由中国华诚集团北京爱普亚太电子
有限公司开发研究成功，并通过国家科委鉴定。该技术面向普通工程技术人员，
用户只需适当的隶属函数和控制规则，无须编程即可完成复杂模糊应用系统的设
计和开发，可节省大量的软件开发时间。
此外，我国在模糊家电方面虽然产品的品种和数量不多，但已经迈出了可喜
的一步，随着世界模糊家电的迅速发展，国内许多有识之士都看准了这一高新技
术的必然趋势以及其易于赢利的特点。从1990年开始运用模糊控制技术开发智能
化家电，国内许多厂家联合科研单位、大专院校投入了大量的资金，有的还与外
资合资，着手开发生产模糊家电。近年来，国内生产的模糊洗衣机、空调机、电
视机等已逐渐问世。
模糊控制技术己被列为国家重点开发项目。由于模糊控制技术是当今世界最
为先进的控制技术之一，目前已被列为国家重点开发项目。国家经委、国家技术
监督局己经决定重点推进中国模糊技术的现代化。一个迅速、全面发展的模糊控
制技术产品的新时期等待我们去努力开拓[’ll51。
1.3本课题研究的目的与意义
原即热式电热水器温度自动控制系统，通过采用PID控制技术调节加热功率浙江工业大学工程硕士学位论文
以达到控制温度的效果，控制效果不甚理想。虽然PID控制是目前在工业控制中
应用最为广泛的控制技术之一，且占有主导地位，但是PID控制技术在解决一些
复杂的、非线性的、时变的、迟滞的被控对象方面控制效果不太理想。另外，PID
参数的整定难度较大且较为专业化，当系统受外界干扰控制条件改变后，需要重
新整定。因此控制效果不甚理想。具体的表现为控制调节时间过长，控制系统稳
定性、鲁棒性不好等。
针对上述控制不理想的问题对使用的影响比较大的情况，需要进一步改进该
控制系统，本文提出用模糊控制方法，对控制论域进行了划分，使控制论域更加
精细;并且结合了模糊控制具有鲁棒性、稳定性好的优点，较好的解决原控制系统
的不足之处，进一步提高了原控制系统的稳定性、鲁棒性和控制精度。浙江工业大学工程硕士学位论文
第二章控制系统的总体方案设计
2.1系统总体方案设计
本系统中，需要检测的输入信号有出水口温度和内胆温度及水流检测信号。需
要输出的信号主要是双向可控硅的导通时间以控制加热功率的大小。并且还要完
成数据的实时显示及各工作阶段指示、出水温度的设置、自动检测故障原因并显
示等功能，还具有各种完善的保护功能，如温度的超限报警、防干烧和隔电墙技
术[6一川。
温度传
感器2
加热管日控制系统
隔电墙
温度传
感器1创厂进水口
水流检测
传感器
出水口
图2一1系统结构框图
2.2控制系统的硬件组成及工作原理
即热式电热水器控制系统由水流检测电路、显示键盘电路、测温电路、加热
输出控制电路、工作指示及保护电路和过零检测等电路组成。浙江工业大学工程硕士学位论文
温温度传感器器器A了D转换电路路键键盘、显示接接口口电路路
水流检测电路}一丫AT89s52l一一FI
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嘛药祠/
匕j巴引
过过零检测电路路工作指示及保护电路
图2一2即热式电热水器控制系统原理框图