一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法
2023-08-08 02:33:56 1
一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法，涉及車內空氣淨化領域。所述系統包括：檢測裝置，用於檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度；數據處理裝置，用於根據所述濃度，得出空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率；模糊控制器，用於對所述汙染指數和所述變化率進行模糊化，根據所述控制規則表進行模糊推理，得到模糊控制量，將所述模糊控制量清晰化後，得到精確控制量，根據所述精確控制量輸出精確控制量信號；空氣淨化裝置，用於根據所述精確控制量信號對乘員艙內空間進行空氣淨化。這種設計能夠自動控制空氣淨化裝置、精確控制乘員艙內空氣品質維持在一個較高水準。
【專利說明】一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法【技術領域】
[0001]本發明涉及車內空氣淨化領域，尤其是一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的發展，汽車越來越普及，車內空氣汙染問題也越來越嚴重。中國室內裝飾協會室內環境質量監測中心曾對一些車輛進行過測試，發現車內汙染物濃度非常大，已經嚴重影響到司乘人員的身心健康。車內空氣汙染問題越來越得到人們的重視，提高車內空氣品質已經迫在眉睫。
[0003]在現有技術中，可以通過車載空氣淨化裝置進行空氣淨化，但是駕乘人很難實現根據車內空氣的具體情況進行空氣淨化，如在空氣汙染指數高時使用低風速和負離子低速釋放的工作模式，使得車內空氣淨化不完全；在空氣汙染指數低時卻採用高風速和負離子高速釋放的工作模式，造成了能源浪費。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法，達到對空氣淨化裝置的自動控制、精確控制乘員艙內空氣品質維持在一個較高水準的技術效
果O
[0005]為達到此目的，本發明提供了一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統，包括:
[0006]檢測裝置，用於:檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度；
[0007]數據處理裝置，用於:根據所述濃度，得出空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率；
[0008]模糊控制器，存儲有以所述汙染指數為第一輸入變量、所述汙染指數的變化率為第二輸入變量、以空氣淨化裝置的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，用於:對所述汙染指數和所述變化率進行模糊化，根據所述控制規則表進行模糊推理，得到模糊控制量，將所述模糊控制量清晰化後，得到精確控制量，根據所述精確控制量輸出精確控制量信號，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出；
[0009]空氣淨化裝置，用於:根據所述精確控制量信號對乘員艙內空間進行空氣淨化。
[0010]優選的，所述的控制系統還包括:
[0011]手動選擇裝置，用於:選擇開啟或關閉所述控制系統。
[0012]優選的，所述汙染類氣體包含:氫氣、一氧化碳、硫化氫和/或揮發性有機化合物。
[0013]優選的，所述模糊控制器包括:
[0014]模糊模塊，用於:將所述汙染指數和所述變化率進行模糊化；
[0015]存儲模塊，用於:存儲所述控制規則表；[0016]推理模塊，用於:根據所述控制規則表和模糊化後的所述汙染指數和所述變化率得到模糊控制量；
[0017]解模糊模塊，用於:根據MIN-MAX重心法對所述模糊控制量進行運算，得到精確控制量；
[0018]精確輸出模塊，輸出所述精確控制量到空氣淨化裝置，所述空氣淨化裝置根據所述精確控制量進行空氣淨化。
[0019]本發明還提供了一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制方法，包括:
[0020]步驟一，在模糊控制器中建立以汽車乘員艙內的空氣汙染指數和所述汙染指數的變化率為第一、第二輸入變量，以空氣淨化裝置的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，並建立用於將精確量模糊化的輸入變量模糊集，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出；
[0021]步驟二，檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度，計算所述空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率；
[0022]步驟三，根據所述輸入變量模糊集、所述控制規則表得出與同一時間點的所述汙染指數和所述變化率對應的模糊控制量，並將所述模糊控制量轉化為精確控制量；
[0023]步驟四，根據所述精確控制量對乘員艙內空間進行空氣淨化。
[0024]優選的，所述輸出參數為輸出功率。
[0025]優選的，在步驟二前，還包括:
[0026]選擇步驟，選擇是否使用所述控制方法。
[0027]優選的，所述步驟一包括:
[0028]將所述第一輸入變量、第二輸入變量分別劃分為4檔、7檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中；
[0029]將所述控制量劃分為4檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中；
[0030]根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計，建立所述控制規則表。
[0031]優選的，所述步驟三採用MIN-MAX重心法。
[0032]優選的，所述控制量劃分的四檔語言值數集為:{0，I, 2，3}，其中，O表示所述不執行空氣淨化動作，I表示執行低風速和負離子低度釋放的工作模式，2表示執行中風速和負離子中度釋放的工作模式，3表示執行高風速和負離子高度釋放的工作模式，所述低風速、中風速、高風速、低度、中度、高度為模糊化語言，在步驟三中會轉化為精確控制量。
[0033]本發明至少具有如下技術效果:
[0034]I)在本發明中，通過對乘員艙內空氣汙染指數及其變化率進行一系列模糊運算，求得對空氣淨化裝置的控制量，從而對空氣進行淨化。
[0035]這種設計使得空氣淨化裝置對空氣的淨化得到精確控制，使得空氣汙染指數較高時能迅速被淨化到正常水準，並相對穩定地保持在這個水準，創造了良好的車內空氣環境，滿足了人們對健康生活的要求。這種設計也避免了空氣淨化裝置一直處於最大功率的工作模式，起到了節約能源的作用。
[0036]2 )在本發明中，還設置了 一個手動選擇裝置。
[0037]這種設計使得駕乘人可以自由選擇是否開啟本發明所述的控制系統，使得駕乘人在不需要使用本發明的系統時可以選擇關閉所述系統，既增大了駕乘人的選擇餘地，又節省了能源。
[0038]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本發明的【具體實施方式】，並配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統的結構不意圖；
[0040]圖2為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制方法的流程圖；
[0041]圖3為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法的原理示意圖。
[0042]附圖標記說明如下:
[0043]檢測裝置 101 數據處理裝置 102
[0044]模糊控制器 103 空氣淨化裝置 104
【具體實施方式】
[0045]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】作詳細闡述。
[0046]圖1為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統的結構示意圖。由圖1可以看出，本發明公開了一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統，包括:
[0047]檢測裝置101，用於:檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度；
[0048]數據處理裝置102，用於:根據所述濃度，得出空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率；
[0049]模糊控制器103，存儲有以所述汙染指數為第一輸入變量、所述汙染指數的變化率為第二輸入變量、以空氣淨化裝置104的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，用於:對所述汙染指數和所述變化率進行模糊化，根據所述控制規則表進行模糊推理，得到模糊控制量，將所述模糊控制量清晰化後，得到精確控制量，根據所述精確控制量輸出精確控制量信號，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出；
[0050]空氣淨化裝置104，用於:根據所述精確控制量信號對乘員艙內空間進行空氣淨化。
[0051]這種設計使得空氣淨化裝置104對空氣的淨化得到精確控制，使得空氣汙染指數較高時能迅速被淨化到正常水準，並相對穩定地保持在這個水準，創造了良好的車內空氣環境，滿足了人們對健康生活的要求。這種設計也避免了空氣淨化裝置104—直處於最大功率的工作模式，起到了節約能源的作用。
[0052]在本發明的一個實施例中，所述汙染類氣體包含:氫氣、一氧化碳、硫化氫和/或揮發性有機化合物(V0C)。所述揮發性有機化合物可以包括碳氫化合物和氨類，所述碳氫化合物可以包括苯。
[0053]在本發明的一個實施例中，所述控制系統還包括手動選擇裝置，所述手動選擇裝置用於選擇開啟或關閉所述控制系統。所述手動選擇裝置可以包括選擇按鈕，在所述控制系統關閉的狀態下，按下選擇按鈕後開啟所述控制系統；在所述控制系統開啟的狀態下，按下選擇按鈕後關閉所述控制系統。
[0054]這種設計使得駕乘人可以自由選擇是否開啟本發明所述的控制裝置，使得駕乘人在不需要使用本發明的系統時可以選擇關閉所述系統，既增大了駕乘人的選擇餘地，又節省了能源。
[0055]在本發明中，所述模糊控制器103可以包括:用於將所述汙染指數和所述變化率進行模糊化的模糊模塊，用於存儲所述控制規則表的存儲模塊，用於根據所述控制規則表和模糊化後的所述汙染指數和所述變化率得到模糊控制量的推理模塊，用於根據MIN-MAX重心法對所述模糊控制量進行運算、得到精確控制量的解模糊模塊，用於輸出所述精確控制量到空氣淨化裝置104的精確輸出模塊。所述空氣淨化裝置104根據所述精確控制量進行空氣淨化。
[0056]圖2為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制方法的流程圖。由圖2可以看出，本發明還公開了一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制方法，包括:
[0057]步驟201，在模糊控制器103中建立以汽車乘員艙內的空氣汙染指數和所述汙染指數的變化率為第一、第二輸入變量，以空氣淨化裝置104的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，並建立用於將精確量模糊化的輸入變量模糊集，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出；步驟202，檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度，計算所述空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率；步驟203，根據所述輸入變量模糊集、所述控制規則表得出與同一時間點的所述汙染指數和所述變化率對應的模糊控制量，並將所述模糊控制量轉化為精確控制量；步驟204，根據所述精確控制量對乘員艙內空間進行空氣淨化。
[0058]這種設計使得在車載智能空氣淨化控制系統自動控制過程中，模糊控制器103僅需查詢已存儲的模糊控制規則表即可，因此該控制方法不僅實現了車載智能空氣淨化控制系統的精確控制，同時，保證了車載智能空氣淨化控制系統的實時性。另外，利用模糊控制的原理控制空氣淨化，使得系統有較強的魯棒性。
[0059]在本發明的一個實施例中，所述輸出參數為輸出功率。
[0060]在本發明的一個實施例中，在步驟二前，還包括:選擇步驟，選擇是否使用所述控制方法。
[0061]在本發明的一個實施例中，所述步驟一包括:將所述第一輸入變量、第二輸入變量分別劃分為4檔、7檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中；將所述控制量劃分為4檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中；根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計，建立所述控制規則表。
[0062]在本發明的一個實施例中，所述步驟三採用MIN-MAX重心法。所述MIN-MAX法為現有技術，是自動化控制中把模糊控制量轉化成數字控制量的一種轉化方式，在本專利中不做詳述。[0063]在本發明的一個實施例中，所述控制量劃分的四檔語言值數集為:{0，1，2，3}，其中，O表示所述不執行空氣淨化動作，I表示執行低風速和負離子低度釋放的工作模式，2表示執行中風速和負離子中度釋放的工作模式，3表示執行高風速和負離子高度釋放的工作模式，所述低風速、中風速、高風速、低度、中度、高度為模糊化語言，在步驟三中會轉化為精確控制量。
[0064]圖3為本發明的一個實施例提供的基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統及方法的原理示意圖。在圖3所述的實施例中，模糊控制器103以空氣汙染指數I和空氣汙染指數變化率EI為輸入量，進行模糊推理，計算出控制量U，車載空氣淨化控制器根據模糊控制器103輸出的控制量U,實現對車載空氣淨化裝置104的控制。
[0065]輸入量中的空氣汙染指數I由智能空氣品質檢測模塊檢測，其通過檢測氫氣、碳氫化合物、一氧化碳、苯、硫化氫、VOC和氨類等汙染類氣體，綜合得出空氣汙染指數I。此外，智能空氣品質檢測模塊根據其檢測的空氣汙染指數I變化情況自動計算空氣汙染指數變化率EI，並最終將空氣汙染指數I和空氣汙染指數變化率EI輸入到模糊控制器103。
[0066]該車載智能空氣淨化控制系統採用模糊控制的方式實現，在車內空氣智能淨化過程中，模糊控制器103僅需查詢已存儲的模糊控制規則表即可，因此該控制方法不僅實現了車內空氣淨化系統的精確控制，同時，保證了車內空氣淨化控制系統的實時性。具體過程如下所述。
[0067]1、模糊控制器103以空氣汙染指數I (微、低、中、高)和空氣汙染指數變化率EI為輸入量;
[0068]2、將模糊控制器103輸入量的語言值數據進行分檔:空氣汙染指數I分為4檔、用詞彙表達為:{零(Z0)，正小(PI)，正中(PM)，正大(PB)};空氣汙染指數變化率EI分為7檔，用詞彙表達為:{負大(N B)，負中(NM)，負小(NI),零(Z0)，正小(PD,正中(PM)，正大(PB)}；
[0069]3、將空氣汙染指數I的論域定為8個等級:{0，I，2，3，4，5，6，7}，將空氣汙染指數變化率EI論域定為15個等級:{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7};空氣汙染指數I和空氣汙染指數變化率EI賦值分別如下表1和表2所示。
[0070]表1
[0071]
01234567
語言________
OI0.6 0.2OOOOO
Pl0.3I0.8 0.7 0.3OOO
PMOO0.1 0.5I0.8 0.3O
PBOOOOO0.2 0.7I
[0072]表2
[0073]
【權利要求】
1.一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制系統，其特徵在於，包括: 檢測裝置(101)，用於:檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度； 數據處理裝置(102)，用於:根據所述濃度，得出空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率； 模糊控制器(103)，存儲有以所述汙染指數為第一輸入變量、所述汙染指數的變化率為第二輸入變量、以空氣淨化裝置的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，用於:對所述汙染指數和所述變化率進行模糊化，根據所述控制規則表進行模糊推理，得到模糊控制量，將所述模糊控制量清晰化後，得到精確控制量，根據所述精確控制量輸出精確控制量信號，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出； 空氣淨化裝置(104)，用於:根據所述精確控制量信號對乘員艙內空間進行空氣淨化。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，還包括: 手動選擇裝置，用於:選擇開啟或關閉所述控制系統。
3.如權利要求2所述的控制系統，其特徵在於，所述汙染類氣體包含:氫氣、一氧化碳、硫化氫和/或揮發性有機化合物。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的控制系統，其特徵在於，所述模糊控制器包括: 模糊模塊，用於:將所述汙染指數和所述變化率進行模糊化； 存儲模塊，用於:存儲所述控制規則表； 推理模塊，用於:根據所述控制規則表和模糊化後的所述汙染指數和所述變化率得到模糊控制量； 解模糊模塊，用於:根據MIN-MAX重心法對所述模糊控制量進行運算，得到精確控制量; 精確輸出模塊，輸出所述精確控制量到空氣淨化裝置，所述空氣淨化裝置根據所述精確控制量進行空氣淨化。
5.一種基於模糊控制的車載智能空氣淨化控制方法，其特徵在於，包括: 步驟一，在模糊控制器(103)中建立以汽車乘員艙內的空氣汙染指數和所述汙染指數的變化率為第一、第二輸入變量，以空氣淨化裝置的輸出參數為控制量的模糊控制過程的控制規則表，並建立用於將精確量模糊化的輸入變量模糊集，其中，所述控制規則表根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計得出； 步驟二，檢測汽車乘員艙內的汙染類氣體的濃度，計算所述空氣汙染指數及所述汙染指數的變化率； 步驟三，根據所述輸入變量模糊集、所述控制規則表得出與同一時間點的所述汙染指數和所述變化率對應的模糊控制量，並將所述模糊控制量轉化為精確控制量； 步驟四，根據所述精確控制量對乘員艙內空間進行空氣淨化。
6.如權利要求5所述的控制方法，其特徵在於，所述輸出參數為輸出功率。
7.如權利要求6所述的控制方法，其特徵在於，在步驟二前，還包括: 選擇步驟，選擇是否使用所述控制方法。
8.如權利要求5至7中任意一項所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟一包括: 將所述第一輸入變量、第二輸入變量分別劃分為4檔、7檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中； 將所述控制量劃分為4檔語言值數集並離散化、模糊化到所述語言值數集中； 根據乘員艙內不同汙染指數的汙染類氣體對人的危害程度的實驗統計，建立所述控制規則表。
9.如權利要求8所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟三採用MIN-MAX重心法。
10.如權利要求9所述的控制方法，其特徵在於，所述控制量劃分的四檔語言值數集為:{0，I, 2，3}，其中，O表示所述不執行空氣淨化動作，I表示執行低風速和負離子低度釋放的工作模式，2表示執行中風速和負離子中度釋放的工作模式，3表示執行高風速和負離子高度釋放的工作模式，所述低風速、中風速、高 風速、低度、中度、高度為模糊化語言，在步驟三中會轉化為精確控制量。
【文檔編號】F24F11/00GK103471202SQ201310346754
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】李莉, 金玉明, 孔繁順, 劉強, 楊安志, 馮擎峰 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司