中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》是上海信業智慧型科技股份有限公司於2011年4月13日申請的專利，該專利的申請號為2011100921968，公布號為CN102734890A，授權公布日為2012年10月17日，發明人是吳斌、張紀文、馬志龍、張宇魁。

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》所述方法包括採集冷凍水側溫差和溫差變化率數據、模糊化處理、模糊推理、解模糊化處理、輸出冷凍水泵頻率控制信號，還包括動態修正模糊規則庫，具體為：根據初始模糊規則庫和初始機率集合計算初始製冷效率；隨機選擇初始規則庫的某個規則產生對應機率的修改方向，修改規則庫；按照新規則庫運行一段時間計算現在製冷效率；比較現在製冷效率相對初始製冷效率是否滿足一定條件；若否，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，返回現在製冷效率計算步驟；若是，保存預期規則庫及預期機率集合。在模糊控制方法基礎上增加變規則機制，使模糊控制能更快收斂，達到更好節能效果。

2016年12月7日，《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統
• 公布號：CN102734890A
• 授權日：2012年10月17日
• 申請號：2011100921968
• 申請日：2011年4月13日
• 申請人：上海信業智慧型科技股份有限公司
• 地址：上海市浦東新區張東路1387號19幢101室
• 發明人：吳斌、張紀文、馬志龍、張宇魁
• Int.Cl.：F24F11/00(2006.01)I
• 代理機構：北京同輝智慧財產權代理事務所（普通合夥）
• 代理人：劉洪勛
• 類別：發明專利

專利背景

截至2011年4月，中央空調系統中設備的投入、電網的設計等都是按照最大負荷來設計的，因此中央空調大部分時間都處於部分負荷狀態下，在實際運行中，中央空調負荷減少時並沒有減少多少消耗的能量，顯然這是不合理的。隨著技術的進步，促進了變頻器的小型化和實用化，為了降低中央空調系統的能源浪費，人們開始採用變頻器來控制空調系統的水泵和風機實現節能的效果。

傳統的中央空調控制方法通過採集水循環系統的壓差和溫度，採用可程式序控制器（PLC），對水泵進行PI（比例、積分）調節控制或者PID（比例、微分、積分）調節控制，以實現節能。PLC能實現簡單的邏輯功能，最常見的節能控制方法有恆溫差控制和恆壓差控制，PLC控制方法可以達到一定的節能效果，而且PID控制原理簡單、使用方便，價格也比較便宜，但其也存在一些不足：

PI或者PID調節器最重要調節係數K_p（比例係數）、T_i（積分時間常數）、T_d（微分時間常數）只能是一個固定值，通常是在設備調試階段，由經驗豐富的調試人員手工整定的，數據一旦整定後，它就是固定不變的了，不能隨著受控環境的變化而自動調整。而實際上，中央空調系統是一個時變的動態系統，其運行工況是和氣候條件、建築物材料、建築內人流量等多種因素密不可分的，是隨時變化的。因此，靜態參數的控制方法並不適合於中央空調系統的節能控制。此外，PLC只能實現單參量的簡單控制功能，當用於控制中央空調系統這樣多參量、非線性時變高耦合複雜系統時，容易引起系統震盪，使得控制溫度在較大範圍內變化，及影響了系統的穩定性、又降低了空調系統的舒適性。

針對PID控制方法的不足，有些廠家提出了一些基於人工智慧技術的控制方法，其中比較有代表性的是中央空調節能模糊控制方法。該控制方法主要是模擬人類的思維模式，當一個熟練的操作工人，遇到工況變化的情況，經過自身大腦的思維判斷，給出控制量來控制系統。例如當工人發現冷凍水供回水溫差小於某個設定值（系統負荷降低），可以選擇降低冷凍泵的控制頻率，達到節能的效果。而當冷凍水供回水溫差大於某個設定值（系統負荷增加），則必須增加冷凍泵的控制頻率，保證空調系統製冷效果。

中央空調節能模糊控制方法主要是模擬人類的思維模式來對中央空調系統進行控制，包括了溫差偏差變數模糊化、溫差偏差變化率模糊化、模糊推理、模糊量清晰化處理和清晰量輸出等幾個主要過程。和傳統PID方法相比，更加符合中央空調的複雜性、動態性和模糊性，能夠實現比PID更加精準的控制效果，實現更大的節能效果。但是它也同樣存在著一些不足：

首先模糊控制方法是根據專家的豐富實踐經驗和思維過程構建的模糊規則，然後依此規則作為控制控制的基礎，因此規則庫制定方法對控制效率有著決定性作用，但是規則庫的建立需要依賴大量的實踐數據，從大量的套用環境中收集最有效的控制規則，但是如何評價採用的規則是最有效的，現在並沒有定論。而且規則庫考慮的是大多數套用的普遍性，但是每個具體套用的工況也是有所區別，因此並不能達到最最佳化的控制。

此外，2011年4月前技術中的規則庫幾乎都是根據所謂的專家經驗來制定的固定規則，而人的判斷總有偏差，而且實際系統在不同的運行條件下的確需要不同的規則庫，傳統模糊控制器無法滿足此要求。

發明內容

專利目的

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》所要解決的技術問題是提供一種中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統，能夠實現冷凍水側的恆溫差控制，使系統在不同的運行條件下不僅保證製冷量，且總能耗最低。

技術方案

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》一方面提供了一種中央空調冷凍水的模糊控制方法，包括：採集冷凍水側溫差和溫差變化率數據、模糊化處理、利用動態模糊規則庫進行模糊推理、解模糊化處理、輸出冷凍水泵頻率控制信號等步驟，還包括：動態修正模糊規則庫的步驟，具體包括：根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率；隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫；按照新規則庫運行一段時間，計算現在製冷效率；比較所述現在製冷效率相對所述初始製冷效率是否滿足一定條件；若否，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，返回現在製冷效率計算步驟；若是，保存預期規則庫及預期機率集合。

優選的，在所述根據初始模糊規則庫和機率集合計算初始製冷效率步驟之前，還包括：判斷模糊規則庫是否首次使用，若是，則按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集；若否，將上次運行結束存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

優選的，所述隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫的步驟具體為：

依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

令，

按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

將規則矩陣中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））。

優選的，所述現在製冷效率相對所述初始製冷效率需滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於負0.5％。

優選的，比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否滿足一定條件，若否，採取以下修正策略修正機率，具體為：

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否增加，若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率，機率P的修改規則具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。

優選的，所述初始化規則庫的方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

則將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

優選的，所述初始化機率集合的方法為：

初始化一個N_x1×N_x2的集合矩陣P_init，其任意一個元素P_init_i，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有的標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

令P＝P_init。

優選的，在所述保存預期規則庫和預期機率集合步驟之前還包括：判斷上次規則庫的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，則將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合；若否，則保留上次存儲的規則庫和機率集合，繼續運行規則庫和機率集合的修正動作。

另一方面，提供了一種中央空調冷凍水的模糊控制裝置，包括輸入模組、模糊化處理模組、模糊規則庫、解模糊化處理模組、模糊推理機、輸出模組和規則修正模組，其中，所述規則修正模組具體包括：初始製冷效率計算單元，用於根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率；規則修改單元，用於隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫；現在製冷效率計算單元，用於按照新規則庫運行一段時間，計算現在製冷效率；比較單元，用於比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否滿足一定條件；繼續修正單元，用於當現在製冷效率相對於所述初始製冷效率不滿足一定條件時，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，重複上述現在製冷效率計算和機率修改步驟，直至獲得預期規則庫和預期機率集合；保存單元，用於當現在製冷效率相對於所述初始製冷效率滿足一定條件時，保存預期規則庫及預期機率集合。

優選的，所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置還包括：判斷單元，用於判斷模糊規則庫是否首次使用；

初始化單元，用於當模糊規則庫是首次使用時，按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集；規則庫調用單元，用於當模糊規則庫非首次使用時，調用上次運行結束存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

優選的，規則修改單元修改規則的方法為：

依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

令，

其中，P_sum＝P_i，j（[1，0]）+P_i，j（[0，1]）+P_i，j（[-1，0]）+P_i，j（[0，-1]）+P_i，j（[0，0]）

按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

將規則矩陣R中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））其中，sgn（）為符號函式。

優選的，所述比較單元判斷現在製冷效率與初始製冷效率比滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於負0.5％。

優選的，所述繼續修正單元，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則的方法為：

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否增加，若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率步驟中，機率P的修改規則具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。

優選的，所述初始化單元初始化規則庫的方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

則將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

優選的，所述初始化單元初始化機率集合的方法為：

初始化一個N_x1×N_x2的集合矩陣P_init，其任意一個元素P_init_i，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有的標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

則將此矩陣存儲為P_init，即初始機率集合。

優選的，所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置還包括：定時存儲單元，用於判斷上次規則庫的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，則將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合；若否，則保留上次存儲的規則庫和機率集合。

再一方面，提供了一種中央空調系統，包括上述任一中央空調冷凍水的模糊控制裝置。

改善效果

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》提供的中央空調冷凍水的模糊控制方法，在傳統模糊控制方法的基礎上增加了變規則機制，即冷凍水採用動態規則模糊控制，根據運行狀況線上更新規則庫，這樣模糊控制的時候能夠更快收斂，保證製冷前提下比傳統的固定規則的模糊控制系統的能耗更低。模擬人類技術專家作決策的過程不斷修正規則庫，使系統在不同的運行條件下套用最有效的規則庫，實現冷凍水的恆溫差控制。不僅符合中央空調系統的複雜性、動態性和模糊性要求，使控制簡便，而且減少了能源浪費、提高了能源利用率、降低了中央空調運行成本，真正實現了中央空調系統的最最佳化運行-安全、舒適、節能。

附圖說明

圖1是基本模糊控制流程示意圖；

圖2是《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例一的流程示意圖；

圖3是該發明模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例二的流程示意圖；

圖4是該發明模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例三的流程示意圖；

圖5是該發明模糊控制裝置的結構框圖；

圖6是該發明模糊控制裝置中規則修正模組實施例一的結構示意圖；

圖7是該發明模糊控制裝置中規則修正模組實施例二的結構示意圖；

圖8是該發明模糊控制裝置中規則修正模組實施例三的結構示意圖；

圖9是該發明中央空調系統實施例的結構框圖。

技術領域

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》涉及中央空調智慧型控制節能技術領域，特別地，涉及一種中央空調冷凍水的模糊控制方法、模糊控制裝置及中央空調系統。

權利要求

1.一種中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，包括：採集冷凍水側溫差和溫差變化率數據、模糊化處理、利用動態模糊規則庫進行模糊推理、解模糊化處理、輸出冷凍水泵頻率控制信號等步驟，還包括：動態修正模糊規則庫的步驟，具體包括：根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率；隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫；按照新規則庫運行一段時間，計算現在製冷效率；比較所述現在製冷效率相對所述初始製冷效率是否滿足一定條件；若否，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，返回現在製冷效率計算步驟；若是，保存預期規則庫及預期機率集合。

2.根據權利要求1所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，在所述根據初始模糊規則庫和機率集合計算初始製冷效率步驟之前，還包括：判斷模糊規則庫是否首次使用，若是，則按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集；若否，將上次運行結束存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

3.根據權利要求1所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，所述隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫的步驟具體為：

依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

令，

按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

將規則矩陣中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））。

4.根據權利要求1所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，所述現在製冷效率相對所述初始製冷效率需滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於負0.5％。

5.根據權利要求1所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否滿足一定條件，若否，採取以下修正策略修正機率，具體為：

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否增加，若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率，機率P的修改規則具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。

6.根據權利要求2所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，所述初始化規則庫的方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

則將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

7.根據權利要求2所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，所述初始化機率集合的方法為：

初始化一個N_x1×N_x2的集合矩陣P_init，其任意一個元素P_init_i，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有的標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

令P＝P_init。

8.根據權利要求1所述的中央空調冷凍水的模糊控制方法，其特徵在於，在所述保存預期規則庫和預期機率集合步驟之前還包括：判斷上次規則庫的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，則將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合；若否，則保留上次存儲的規則庫和機率集合，繼續運行規則庫和機率集合的修正動作。

9.一種中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，包括輸入模組、模糊化處理模組、模糊規則庫、解模糊化處理模組、模糊推理機、輸出模組和規則修正模組，其中，所述規則修正模組具體包括：初始製冷效率計算單元，用於根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率；規則修改單元，用於隨機選擇所述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫；現在製冷效率計算單元，用於按照新規則庫運行一段時間，計算現在製冷效率；比較單元，用於比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否滿足一定條件；繼續修正單元，用於當現在製冷效率相對於所述初始製冷效率不滿足一定條件時，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，重複上述現在製冷效率計算和機率修改步驟，直至獲得預期規則庫和預期機率集合；保存單元，用於當現在製冷效率相對於所述初始製冷效率滿足一定條件時，保存預期規則庫及預期機率集合。

10.根據權利要求9所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，還包括：判斷單元，用於判斷模糊規則庫是否首次使用；初始化單元，用於當模糊規則庫是首次使用時，按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集；規則庫調用單元，用於當模糊規則庫非首次使用時，調用上次運行結束存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

11.根據權利要求9所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，規則修改單元修改規則的方法為：依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

令，

其中，Psum＝P_i，j（[1，0]）+P_i，j（[0，1]）+P_i，j（[-1，0]）+P_i，j（[0，-1]）+P_i，j（[0，0]）

按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

將規則矩陣R中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））其中，sgn（）為符號函式。

12.根據權利要求9所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，所述比較單元判斷現在製冷效率與初始製冷效率比滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於負0.5％。

13.根據權利要求9所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，所述繼續修正單元，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則的方法為：

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否增加，若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率步驟中，機率P的修改規則具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。

14.根據權利要求10所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，所述初始化單元初始化規則庫的方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

則將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

15.根據權利要求10所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，所述初始化單元初始化機率集合的方法為：初始化一個N_x1×N_x2的集合矩陣P_init，其任意一個元素P_init_i，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有的標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

則將此矩陣存儲為P_init，即初始機率集合。

16.根據權利要求9所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置，其特徵在於，還包括：定時存儲單元，用於判斷上次規則庫的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，則將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合；若否，則保留上次存儲的規則庫和機率集合。

17.一種中央空調系統，其特徵在於，包括權利要求9～16任一所述的中央空調冷凍水的模糊控制裝置。

實施方式

在介紹《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》具體實施方式之前，先了解模糊控制：

模糊控制的原理如下：計算機經中斷採樣從輸入端獲得被控制量的偏差值和偏差值的變化率，它們均為精確量，經模糊化處理後得到模糊集，再由模糊集和模糊控制規則，套用模糊推理法則進行模糊決策，得到相應的模糊控制集，然後經解模糊化處理後，得到精確的控制量去控制被控制對象。

然後，計算機中斷等待第二次數據採樣，進行第二次控制......。這樣循環下去，就實現了被控對象的模糊控制。

模糊控制的核心是模糊控制規則和模糊推理兩部分。其中，模糊控制規則是將人（專家）的操作經驗和思維過程，總結成一系列的條件語句，即控制規則，從而得到模糊關係。而模糊推理則是總結人（專家）的控制行為，得出的模糊計算法則。

• 第一實施例

參照圖1所示的基本模糊控制流程示意圖，模糊控制可以概括為以下四個步驟：

步驟11、根據數據採樣得到模糊控制器的輸入變數；

步驟12、將輸入變數的精確值變為模糊量；

步驟13、根據輸入模糊量及模糊控制規則，套用模糊推理計算出模糊控制量；

步驟14、由模糊控制量計算精確控制量。

從上述步驟可以看出，基於模糊邏輯的智慧型控制-模糊控制，區別於基於精確模型的傳統控制理論。傳統控制的過程為：比較-計算-控制-執行，而模糊控制的過程為：識別-推理-決策-執行。不難看出，模糊控制是建立在被控動態過程的特徵模式識別，並基於知識、經驗的推理和智慧型決策基礎上的控制。

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》提供的中央空調冷凍水的模糊控制方法也包括以下基本模糊控制步驟：

步驟一，計算機從模糊控制器的輸入端獲得輸入變數：二元信號（x₁，x₂），其中，x₁為冷凍水側溫差，x₂為冷凍水側溫差變化率。

其中，x₁、x₂均為精確量。

步驟二、x₁經模糊化處理得到模糊集，i＝1，2…N_x1。x₁的模糊集的個數為N_x1。

步驟三、x₂經模糊化處理得到模糊集，j＝1，2…N_x2。x₂的模糊集的個數為N_x2。

步驟四、將模糊控制規則定義為：IFX₁是，且X₂是，THENY是Y_r（i，j）；

Y是輸出精確控制量y的模糊量。

步驟五、根據輸入模糊量及模糊控制規則，套用模糊推理計算出模糊控制集Y；規則用下面表一的形式表達。

其中，精確控制量y的模糊集為Y_k，k＝1，2…N_y，即模糊控制集Y。

步驟六、由模糊控制集Y計算精確控制量（即模糊控制器的輸出）y：

（1）

其中，公式（1）中的表達式如公式（3）、公式（4）所示。

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》中，精確輸出量y為冷凍水泵的頻率控制信號。

在本模糊控制方法中，所有隸屬度函式都採用高斯型隸屬度函式，即任一模糊集X的隸屬函式為（2）式所示：

（2）

其中，c_x為X的中心，σ_x為X的方差。

則，輸入x₁對應的N_x1個隸屬度為：

（3）

輸入x₂對應的N_x2個隸屬度為：

（4）

我們將規則寫成一個表格形式，見表1：

表1：規則表格R

如果令總體規則數目為M，則顯然有：M＝N_x1·N_x2（5）

為了說明上的方便，我們將規則的後件用整數1～Ny來表示，亦即有（6）式：r（i，j）∈{1，2…N_y}，i＝1，2…N_x1，j＝1，2…N_x2（6）

我們定義事件集合S如（7）式所示：S＝{[1，0]，[0，1]，[-1，0]，[0，-1]，[0，0]}（7）

再定義每個事件所對應的機率集合如（8）式所示：P（S）＝{P（A），A∈S}（8.1）

也就是說：P（S）＝{P（A），A＝[1，0]，[0，1]，[-1，0]，[0，-1]，[0，0]}（8.2）

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》提供的中央空調冷凍水的模糊控制方法是在傳統模糊控制方法的基礎上，增加變規則機制，所以，除了包括上述各基該步驟外，還包括：計算機自動動態修正模糊規則庫的步驟。

參照圖2，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》冷凍水的模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例一的流程示意圖，具體包括：

步驟101、根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率COP_last。

步驟103、隨機選擇上述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫。

步驟105、按照修改後的新規則庫運行一段時間t，計算現在製冷效率COP_now。

步驟107、比較現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last是否滿足一定條件；若否，執行步驟109；若是，執行步驟111。

步驟109、根據預設修正策略修正機率P，獲得新的規則，返回步驟105。

步驟111，保存滿足條件的預期規則庫和預期機率集合。

在整個冷凍水側的控制過程中，不斷執行上述各步驟，根據實時採集的數據不斷變化規則庫中的規則，使整箇中央空調冷凍水泵達到最節能的工作狀態。

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》實施例中，步驟103修改規則的方法可以是：

步驟S1、依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

步驟S2、令，

其中，P_sum＝P_i，j（[1，0]）+P_i，j（[0，1]）+P_i，j（[-1，0]）+P_i，j（[0，-1]）+P_i，j（[0，0]）

易知∑_A∈SP′（A）＝1

步驟S3、按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

步驟S4、將規則矩陣R中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））（9）

其中，sgn（）為符號函式，取值為±1、0。

在步驟107中，現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last需滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於-0.5％。

即若，則P不變。（10）

在步驟109中，採取以下修正策略修正機率：

比較現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last是否增加？若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率，機率P的修改規則可以具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；（11）

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。（12）

另外，上述各步驟製冷效率（CoefficientofPerformance，COP）的計算為：令：系統一段時間內的製冷量為W，這段時冷凍水泵的能耗為J，這兩個量可以通過實時計算獲得。則系統在此段時間內的COP為：COP＝W/J。

《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》提供的冷凍水模糊控制方法相比2011年4月前技術中其他模糊控制方法，採用了完全智慧型模糊控制，通過運行數據不斷調整控制規則，獲得最佳控制效果。保證了在相同製冷量的情況下，所消耗的設備能耗最低。

• 第二實施例

該實施是在實施例一的基礎上作了進一步改進，參照圖3所示，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》冷凍水的模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例二的流程示意圖。

考慮到控制系統有可能是首次使用，之前可能沒有存儲模糊規則庫和機率集合，所以在步驟101之前，增加了步驟100、1001、1002。具體為：

步驟100、判斷模糊控制系統是否首次使用？若是則執行步驟1001，若否，則執行步驟1002。

步驟1001，按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集。

該步驟中，初始化規則庫的預定方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

該步驟中，初始化機率集合的預定方法可以為：對一個N_x1×N_x2的集合矩陣P_init，其任意一個元素P_init_i，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

將此矩陣存儲為P_init，即初始規則表。

令R＝R_init，P＝P_init，則規則庫、機率集合的初始化完成。

步驟1002，從資料庫中調出上次運行結束時存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

步驟101、根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率COP_last。

步驟103、隨機選擇上述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫。

步驟105、按照修改後的新規則庫運行一段時間t，計算現在製冷效率COP_now。

步驟107、比較現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last是否滿足一定條件；若是，執行步驟111；若否，執行步驟109。

步驟109、根據預設修正策略修正機率P，獲得新的規則，返回步驟105。

步驟111、保存滿足條件的預期規則庫和預期機率集合。

可見，該方法在套用過程中不需要任何人工干預，採用該模糊控制方法的控制系統能夠在運行一段時間後完全自適應系統特性，具有高度的跟隨性和應變能力。

• 第三實施例

參照圖4，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》冷凍水的模糊控制方法中動態修正模糊規則庫實施例三的流程示意圖。

步驟100、判斷模糊控制系統是否首次使用？若是，執行步驟1001；若否，執行步驟1002。

步驟1001、按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集。

步驟1002、從資料庫中調出上次運行結束時存儲的規則庫和機率集作為所述初始規則庫和初始機率集合。

步驟101、根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率COP_last。

步驟103、隨機選擇上述初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫。

步驟105、按照修改後的新規則庫運行一段時間t，計算現在製冷效率COP_now。

步驟107、比較現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last是否滿足一定條件；若是，執行步驟110；若否，執行步驟109。

步驟109、根據預設修正策略修正機率P，獲得新的規則，返回步驟105。

步驟110、判斷規則庫上次的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，執行步驟111；若否，返回步驟103，繼續執行規則庫和機率集合的修正動作。

步驟111，將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合。即令R_init＝R，P_init＝P，並將R_init，P_init存入資料庫。

該實施例中，增加判斷規則庫上次的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T的步驟，是為了定時保存已經獲得的有效規則庫和機率集合，防止系統在運行過程中因故障或外界因素如突然停電等事故不幸中斷而丟失數據。

綜上，上述各實施例提供的模糊控制方法，是根據工況實時最佳化規則庫，這樣模糊控制的時候能夠更快收斂，保證製冷前提下比傳統的固定規則的模糊控制系統的能耗更低。可見，中央空調系統使用《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》實施例提供的模糊控制方法，能夠有效地控制和克服中央空調的非線性、時變性等特點，實現中央空調系統運行最最佳化。

對於前述的各方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是該領域技術人員應該知悉，《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》並不受所描述的動作順序的限制，因為，依據該發明。某些步驟可以採用其他順序或者同時進行。其次，該領域技術人員也應該知悉，說明書中描述的實施例均屬於優選實施例，所涉及的動作和模組並不一定是該發明所必須的。

對應上述中央空調冷凍水的模糊控制方法實施例，《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》實施例還提供了一種中央空調冷凍水的模糊控制裝置。

參照圖5，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》模糊控制裝置的結構框圖，包括：

輸入模組51、模糊化處理模組52、模糊規則庫54、模糊推理機55、解模糊化處理模組56、輸出模組57，還包括：規則修正模組53。

模糊控制裝置的工作原理如下：計算機經中斷採樣從輸入模組51獲得冷凍側溫差和溫差的變化率，它們均為精確量；經模糊化處理模組52處理後得到模糊集；再由模糊集和模糊規則庫54中的模糊規則，由模糊推理機55套用模糊推理法則進行模糊決策，得到相應的模糊控制集；然後由解模糊化處理模組56處理後得到精確的控制量，即冷凍水泵的控制頻率；最後由輸出模組57將上述精確的冷凍水泵的控制頻率輸出給中央空調系統的冷凍水泵控制裝置。其中，規則修正模組53用於不斷動態修正規則庫。

參照圖6，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》模糊控制裝置中規則修正模組實施例一的結構示意圖，具體包括：

初始製冷效率計算單元61，用於根據初始模糊規則庫和初始機率集合輸出的控制信號，計算初始製冷效率COP_last；

規則修改單元62，用於隨機選擇初始規則庫中的某個規則，產生該規則對應機率的修改方向，修改規則庫；

現在製冷效率計算單元63，用於按照新規則庫運行一段時間，計算現在製冷效率COP_now；

比較單元64，用於比較現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last是否滿足一定條件；

繼續修正單元65，用於當現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last不滿足上述條件時，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則，重複上述現在製冷效率計算和機率修改步驟，直至獲得預期規則庫和預期機率集合；

保存單元66，用於當現在製冷效率COP_now相對於初始製冷效率COP_last滿足一定條件時，保存預期規則庫及預期機率集合。

參照圖7，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》模糊控制裝置中規則修正模組實施例二的結構示意圖，具體包括：

判斷單元600，用於判斷模糊規則庫是否首次使用；

初始化單元601，用於當模糊規則庫是首次使用時，按照預定方法初始化規則庫和機率集合，作為初始規則庫和初始機率集；

規則庫調用單元602，用於當模糊規則庫非首次使用時，調用上次運行結束存儲的規則庫和機率集作為初始規則庫和初始機率集合。

其中，規則修改單元62修改規則的方法為：

依據等機率分布隨機產生標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}；

令，

其中，P_sum＝P_i，j（[1，0]）+P_i，j（[0，1]）+P_i，j（[-1，0]）+P_i，j（[0，-1]）+P_i，j（[0，0]）

按照機率集合P′隨機生成一個事件A∈S，並令A＝[m，n]。

將規則矩陣R中的第（i，j）個元素R_i，j做如下修改：

R_i，j＝r（i，j）+sgn（r（i+m，j+n）-r（i，j））其中，sgn（）為符號函式。

比較單元64判斷現在製冷效率與初始製冷效率比滿足的條件為：現在製冷效率與初始製冷效率之差與初始製冷效率的比值小於0.5％、大於負0.5％。

繼續修正單元65，根據預設修正策略修正機率，獲得新的規則的方法為：

比較所述現在製冷效率相對於所述初始製冷效率是否增加，若是，提高上次變更方向的機率；若否，降低上次變更方向的機率步驟中，機率P的修改規則具體為：

若，則P_i，j（[m，n]）＝2·P_i，j（[m，n]）；

若，則P_i，j（[m，n]）＝P_i，j（[m，n]）/2。

初始化單元601初始化規則庫的方法為：

令一個N_x1×N_x2的矩陣的第（i，j）個元素R_i，j為下式所示：

其中，round（x）表示對x四捨五入。

則將此矩陣存儲為R_init，即初始規則表。

初始化單元601初始化機率集合的方法為：

初始化一個N_x1×N_x2的集合矩陣作為初始機率集合P_init，其任意一個元素P_initi，j滿足：

P_init＝{P_i，j（[1，0]），P_i，j（[0，1]），P_i，j（[-1，0]），P_i，j（[0，-1]），P_i，j（[0，0]）}＝{0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}

對所有的標號（i，j），i∈{1，2…N_x1}，j∈{1，2…N_x2}，進行如下處理：

若i＝1，則P_i，j（[-1，0]）＝0

若i＝N_x1，則P_i，j（[1，0]）＝0

若j＝1，則P_i，j（[0，-1]）＝0

若j＝N_x2，則P_i，j（[0，1]）＝0

則將此矩陣存儲為P_init，即初始機率集合。

參照圖8，示出了《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》冷凍水模糊控制裝置中規則修正模組實施例三的結構示意圖。作為優選實施例，在圖7所示實施例二的基礎上，還包括：

定時存儲單元67，用於判斷上次規則庫的存儲時刻與現在規則庫的時間間隔是否超過預設時間閾值T；若是，則將上次存儲的規則庫和機率集合替換為現在規則庫和機率集合；若否，則保留上次存儲的規則庫和機率集合。

另外，《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》還提供了一種中央空調系統，參照圖9，示出了該發明中央空調系統實施例的結構框圖，具體包括：冷凍水循環系統91、冷凍水的模糊控制裝置92、製冷系統93、冷卻水循環系統94和冷卻塔95等部分組成，其中，所述冷凍水的模糊控制裝置92具體包括：輸入模組51、模糊化處理模組52、規則修正模組53、模糊規則庫54、模糊推理機55、解模糊化處理模組56、輸出模組57。規則修正模組53可以是上述圖6至8任一實施例所述的規則修正模組。

榮譽表彰

2016年12月7日，《中央空調冷凍水的模糊控制方法、裝置及中央空調系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。