基于平衡点增量的温度模糊控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于平衡点增量的温度模糊控制方法及其控制系统，该控制方法即首先建立“温度T”和“温度传感器信号在AD口电压VD”之间的标定关系，即二者拟合关系；然后，在开环实验确定系统输出平衡点的基础上，进行增量模糊控制。该控制系统包括发动机冷却水工况模拟装置、发动机水温传感器、下位机单元、上位PC机人机界面和汽车水温仪表。本发明专利技术的控制方法操作简单、方便，各温度段基本平衡点的事先确定，能为后续输出量的合理取值提供确切参考，结合模糊控制策略，能大幅节省探寻调整时间，调节速度快、稳态误差小，控制效果良好，鲁棒性强。本发明专利技术的控制系统结构简单，操控方便，使用安全、稳定，可精确进行温度传感器参数测量与标定等。

【技术实现步骤摘要】
基于平衡点增量的温度模糊控制方法及其控制系统
本专利技术涉及水温传感器
，尤其涉及一种基于平衡点增量的温度模糊控制方法及其控制系统。
技术介绍
市场上缺乏较合适的发动机水温传感器测试标定装置。现有技术中虽然有汽车发动机热敏电阻型水温传感器性能测试仪设计方案，但是结构较复杂，体积不够小巧，采用加热开环控制，不便精确控温，不便作为测试标定平台。同时，在教学过程中一直以简易的实验器材来开发“发动机冷却水温传感器”实验，用电热壶加热水来模拟发动机冷却液，用手动调压器结合玻璃温度计观测来控制温度，某个温度大致平稳后再测量电阻值。但是实验过程繁琐，尤其调温不好掌控，且多个实验组同时实验时，容易喷洒水，安全性也不好把握。应用于教学过程中，学生也不能直观的认识热敏电阻的参数特性如灵敏度、线性度等，不便理解标定的过程和标定在系统中的作用，也不便于规模化、重复化实验。尤其，在现有的基于模糊控制的温度测控方法或系统通常是考虑误差e和误差变化率ec的输入来进行温度模糊控制决策，由于系统惯性较大，在逼近稳态的调节过程中，需要经历较长的探寻调整时间；尤其作为衡量温度变化趋势的ec，因为惯性延迟而较大滞后于输入控制量，这样在调节过程中容易引起系统过冲、稳态误差大等缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有发动机水温传感器的相关测试和标定操作复杂，不好操控，同时测试和标定不够直观、精确，测控系统调节速度慢、稳态误差大等问题而提出一种操控简单，水温测试和标定直观、精确，调节速度快、稳态误差小且能方便实际应用的基于平衡点增量的温度模糊控制方法及其测控系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：上述的基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其首先建立“温度T”和“温度传感器信号在AD口电压VD”之间的标定关系，即二者拟合关系；然后，在开环实验确定系统输出平衡点的基础上，进行增量模糊控制。所述基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其中：所述温度T与AD口电压VD的拟合关系的关系式为：T＝14.73VD4-92.18VD3+210.9VD2-250.1VD+191.8(1)。所述基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其中：所述开环实验即首先根据实验，将温度T范围划分为12个段Ti；开环送占空比为mi％的PWM波形，稳态后得到每个温度段Ti大致需要的波头数mi，此即平衡点粗估值；当前温度Tt属于上述的某个温度段Ti时，对应波头数为mi；后续输出根据具体室温进行修正；然后，将温度偏差e(T)模糊化为7个区间E，将偏差率ec(T)模糊化为7个区间EC，温度偏差e(T)和偏差率ec(T)的模糊集论域都为[-6,6]；设温度偏差e(T)的范围为[e(T)min,e(T)max]，偏差率ec(T)的范围为[ec(T)min,ec(T)max]，通过线性变换使它们的范围归一化到论域[-6,6]，即：采用“最大隶属度”方法求解加权系数kU模糊化的输出U，U论域为[-1,1]，设模糊控制器输出平衡点加权系数kU的范围为(kUmin,kUmax)，通过线性变换去模糊化，得到模糊决策的平衡点加权系数kU，即：根据实验确定kUmin＝-1，kUmax＝5，代入上式(4)得：kU＝2+3U(5)；最终波头数m输出为：m＝mikT(1+kU)(6)；式中，mi为当前温度Tt属于上述的某个温度段Ti时对应的平衡点波头数，kU为某个偏差区间内结合偏差率而模糊推导出的基于平衡点的加权系数，KT为室温温度修正系数。一种基于平衡点增量的温度模糊控制系统，包括下位机单元以及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面；其中：所述测控系统还包括发动机冷却水工况模拟装置、发动机水温传感器和汽车水温仪表；所述下位机单元包括DSP系统板、水温传感器调理电路和加热棒驱动电路；所述DSP系统板通过串口双向通信连接所述上位PC机人机界面，同时控制连接加热棒驱动电路并通过所述加热棒驱动电路连接驱动所述发动机冷却水工况模拟装置；所述发动机冷却水工况模拟装置包括固态继电器和加热棒；所述加热棒为内嵌加热棒的铜棒，其连接220V交流电，同时与所述固态继电器连接；所述固态继电器通过所述加热棒驱动电路与所述DSP系统板连接；所述发动机水温传感器通过所述水温传感器调理电路连接于所述DSP系统板，同时还连接所述汽车水温仪表并接地。所述基于平衡点增量的温度模糊控制系统，其中：所述DSP系统板具有端口ADCIN15及供PWM波形输出的端口IOPE6；所述水温传感器调理电路由电阻R10～R15、运算放大器U1和U2以及电容C11连接组成；所述电阻R10一端接地，另一端连接所述运算放大器U1的同相输入端；所述电阻R11一端连接运所述算放大器U1的反相输入端，另一端连接有输入端子SW-IN并通过所述输入端子SW-IN与发动机水温传感器匹配插接；所述发动机水温传感器与所述输入端子SW-IN之间还串联了一个自锁按钮开关KG；所述电阻R12连接于所述运算放大器U1的信号输出端和反相输入端之间；所述运算放大器U1的信号输出端还通过所述电阻R14连接于所述运算放大器U2的反相输入端；所述运算放大器U2的同相输入端通过所述电阻R13接地；所述电阻R15连接于所述运算放大器U2的信号输出端和反相输入端之间；所述运算放大器U2的信号输出端连接于所述端口ADCIN15；所述电容C11并联于所述端口ADCIN15；所述电容C11一端连接于所述运算放大器U2的信号输出端，另一端接地。所述基于平衡点增量的温度模糊控制系统，其中：所述加热棒驱动电路由电阻R101～R105、倒相放大器U3和U4、开关光耦U10、场效应管Q10以及二极管D10连接组成；所述电阻R101一端接地，另一端连接于所述端口IOPE6；所述倒相放大器U3和U4串接在一起，即所述倒相放大器U3的输入端通过所述电阻R102连接于所述端口IOPE6，所述倒相放大器U3的输出端连接于所述倒相放大器U4的输入端，所述倒相放大器U4的输出端通过所述电阻R103连接于所述开关光耦U10的阳极；开关光耦U10的阴极接地，发射极连接于场效应管Q10的栅极；所述电阻R105一端连接所述开关光耦U10的集电极，另一端连接有输出端子CW-OUT﹢并通过所述输出端子CW-OUT﹢匹配插拔连接于所述固态继电器的正极端；所述场效应管Q10的漏极连接有输出端子CW-OUT﹣并通过所述输出端子CW-OUT﹣匹配插拔连接于所述固态继电器的负极端；所述场效应管Q10的源极接地并通过所述电阻R104连接所述场效应管Q10的栅极；所述二极管D10为硅二极管，其连接于所述开关光耦U10的集电极与所述场效应管Q10的漏极之间；所述二极管D10的阳极端连接所述场效应管Q10的漏极，所述二极管D10的阴极端连接所述开关光耦U10的集电极。所述基于平衡点增量的温度模糊控制系统，其中：所述发动机水温传感器采用的是NTC型热敏电阻式冷却液温度传感器，其与水温传感器调理电路之间还设有测量端口SW-C；所述测量端口SW-C还连接有万用表并通过所述万用表实时测量当前所述发动机水温传感器的参数值。所述基于平衡点增量的温度模糊控制系统，其中：所述发动机冷却水工况模拟装置还连接有玻璃温度计；所述汽车水温仪表是通过端子B15与所述发动机水温传感器连接。有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其特征在于，首先建立“温度T”和“温度传感器信号在AD口电压VD”之间的标定关系，即二者拟合关系；然后，在开环实验确定系统输出平衡点的基础上，进行增量模糊控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其特征在于，首先建立“温度T”和“温度传感器信号在AD口电压VD”之间的标定关系，即二者拟合关系；然后，在开环实验确定系统输出平衡点的基础上，进行增量模糊控制；所述开环实验即首先根据实验，将温度T范围划分为12个段Ti；开环送占空比为mi％的PWM波形，稳态后得到每个温度段Ti大致需要的波头数mi，此即平衡点粗估值；当前温度Tt属于上述的某个温度段Ti时，对应波头数为mi；后续输出根据具体室温进行修正；然后，将温度偏差e(T)模糊化为7个区间E，将偏差率ec(T)模糊化为7个区间EC，温度偏差e(T)和偏差率ec(T)的模糊集论域都为[-6,6]；设温度偏差e(T)的范围为[e(T)min,e(T)max]，偏差率ec(T)的范围为[ec(T)min,ec(T)max]，通过线性变换使它们的范围归一化到论域[-6,6]，即：采用“最大隶属度”方法求解加权系数kU模糊化的输出U，U论域为[-1,1]，设模糊控制器输出平衡点加权系数kU的范围为(kUmin,kUmax)，通过线性变换去模糊化，得到模糊决策的平衡点加权系数kU，即：根据实验确定kUmin＝-1，kUmax＝5，代入上式(4)得：kU＝2+3U(5)；最终波头数m输出为：m＝mikT(1+kU)(6)；式中，mi为当前温度Tt属于上述的某个温度段Ti时对应的平衡点波头数，kU为某个偏差区间内结合偏差率而模糊推导出的基于平衡点的加权系数，KT为室温温度修正系数。2.如权利要求1所述的基于平衡点增量的温度模糊控制方法，其特征在于：所述温度T与AD口电压VD的拟合关系的关系式为：T＝14.73VD4-92.18VD3+210.9VD2-250.1VD+191.8(1)。3.一种基于上述权利要求1或2所述的基于平衡点增量的温度模糊控制方法的基于平衡点增量的温度模糊控制系统，包括下位机单元以及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面；其特征在于：所述控制系统还包括发动机冷却水工况模拟装置、发动机水温传感器和汽车水温仪表；所述下位机单元包括DSP系统板、水温传感器调理电路和加热棒驱动电路；所述DSP系统板通过串口双向通信连接所述上位PC机人机界面，同时控制连接加热棒驱动电路并通过所述加热棒驱动电路连接驱动所述发动机冷却水工况模拟装置；所述发动机冷却水工况模拟装置包括固态继电器和加热棒；所述加热棒为内嵌加热棒的铜棒，其连接220V交流电，同时与所述固态继电器连接；所述固态继电器通过所述加热棒驱动电路与所述DSP系统板连接；所述发动机水温传感器通过所述水温传感器调理电路连接于所述DSP系统板，同时还连接所述汽车水温仪表并接...

【专利技术属性】
技术研发人员：程登良，黄海波，王卫华，张凯，蒋伟荣，黄志文，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42