摘　要：房間溫度控制是典型的時變遲滯系統，用常規PID控制方式很難實現有效控制，而常規FUZZY控制因其穩態性能不佳，又不能滿足某些分戶熱計量供熱系統中的分戶智能溫控裝置對室內熱環境實現智能控制的穩態溫差不超過±1℃的要求。筆者設計出了一種行為自校正模糊控制器，應用到某分戶熱計量供熱系統中的分戶智能溫控裝置中，通過MATLAB仿真結果表明：該行為自校正模糊控制器的性能優于常規FUZZY控制器和PID控制器。
　　關鍵詞：房間溫度控制；行為自校正；模糊控制；MATLAB仿真

　　分戶熱計量供熱系統中的分戶智能溫度控制是分戶熱計量收費的前提，也是建筑節能研究領域的一項重要研究內容之一，同時它可使用戶根據其對熱舒適度的需求及使用時間進行自我調節。分戶熱計量供熱系統中常用的分戶溫度控制方式有：兩位或三位式控制、PID控制、常規的模糊控制。兩位或三位式控制方式結構簡單，維護方便，但控制精度較差，一般用于室溫允許的波動范圍大于±2℃或更大些的場合，這種方式比較經濟實用。PID控制的精度雖大大高于兩位或三位式控制，但是，由于房間溫度對象的熱慣性大，滯后嚴重，且存在很多不確定性因素（如外界氣溫的變化等），導致其環境參數和系統參數都是時變的，所以PID控制方式也受到了一定程度的制約。
　　 近年來日益流行的模糊控制的優點是抗干擾能 力強，響應速度快，并對系統參數的變化有較強的魯棒性。但經典模糊控制不可避免地存在穩態誤差和顫振現象，因此，經典的模糊控制器是粗糙的控制器，不適用于對穩態性能要求較高的系統。
　　而某分戶熱計量供熱系統中的分戶智能溫控裝置的控制性能至少應滿足以下幾點要求：
　　（1）穩態溫差不超過±1℃；
　　（2）當環境參數和系統參數變化較大時，控制系統仍能平穩運行，基本沒有超調，以盡量減少溫控閥的動作次數，這樣一方面可以延長其使用壽命，另一方面可以減小居室噪音；
　　（3）響應速度盡可能快，以最大程度地滿足人們對熱舒適度的要求。
　　根據以上要求，綜合分析比較了前述幾種常用控制方案的特點，設計出了一種行為自校正的模糊控制器，應用到分戶智能溫控裝置中，通過MATLAB仿真結果表明：該行為自校正模糊控制器的性能優于常規FUZZY控制器和PID控制器。

1　行為自校正模糊控制器的系統分析
1．1　行為自校正模糊控制器的基本原理
　　對于一個已經設計好的經典模糊控制器，由于其控制規則不夠完善，則在某些情況下，當系統的內部參數發生較大變化時，其控制效果往往不佳。若在該模糊控制器的基礎上，再增加一個性能測量環節，一個控制量校正環節，所得到的校正量與原模糊控制器輸出的控制量疊加在一起，形成新的控制量，這樣就能實現對原控制量的校正，這就相當于對原控制規則進行了修改，從而構成一種改進的行為自校正模糊控制器。該行為自校正模糊控制器的原理如圖1所示：

　　

1．2　行為自校正模糊控制器的系統設計
　　工程上應用的模糊控制器，一般采用離線計算模糊控制表，然后采用在線查表的控制方案，下面闡述其設計步驟：

　　（1）根據被控對象確定誤差E、誤差變化率EC、控制量U和校正控制量P的實際變化范圍［－Xe，Xe］，［－Xec，Xec］，［－Yu，Yu］和［－Yp，Yp］，選取以上4者模糊子集的論域都為［－6，6］。
　　（2）確定誤差E、誤差變化EC、控制量U和校正控制量P的 語言值詞集都為：｛NL，NM，NS，NZ，Z，PZ，PS，PM，PL｝，再選取三角形隸屬度函數。
　　（3）制定模糊控制規則，規則表分別為表1和表2所示：

2　仿真比較
　　計算機仿真是在MATLAB環境下進行的。分戶熱計量拱熱系統中的分戶智能溫控對象的典型傳遞函數為：。K值是與房間的靜熱損失率相關的，而純延遲τ和時間常數T則取決于房間容積和室外氣溫的高低以及室內人數的多少等因素。圖2是行為自校正模糊控制系統的仿真模型框圖。

　　仿真得到的系統在不同參數下的階躍響應曲線如圖3所示：

　　同時筆者還在Simulink環境下，分別對被控對象用經典FUZZY控制和經典PID控制方法對其進行仿真，其仿真階躍響應曲線分別如圖4和圖5所示：

3　結果分析　　
　　由圖3、圖4可以看出，行為自校正模糊控制既克服了PID控制對系統參數適應能力差的弱點，又克服經典模糊控制穩態誤差比較大的缺點。行為自校正模糊控制比PID控制有更強的魯棒性，比經典 模糊控制有更小的穩態誤差。而且其控制效果完全滿足某分戶熱計量供熱系統中的分戶智能溫度控制系統所提出的控制性能指標。
　　但該行為自校正模糊控制器沒有解決因模糊量化取整運算而引起的量化誤差和調節死區的問題。因此在穩態階段，仍有一定的穩態誤差，甚至可能會有穩態顫振現象。筆者認為如果對E，EC，U，P都不采用模糊量化取整運算，而是采用模糊數模型在線插值的方法，則能從本質上消除這種穩態誤差。

參考文獻
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