一種旅客機座艙溼度模糊控制系統及其方法
2023-05-18 05:34:11 2
專利名稱：一種旅客機座艙溼度模糊控制系統及其方法
技術領域：
本發明涉及對工業過程進行控制的領域，特別是一種應用於旅客機座艙溼度的模 糊控制系統及其方法。
背景技術：
目前，大型旅客機的巡航高度一般都在IOkm以上，在這個高度上，空氣含溼量十 分小，如果不進行加溼的話，飛機艙內溼度也會變得很低。醫學研究表明，低溼度會引起黏膜乾燥，導致鼻幹、喉嚨幹和沙眼等症狀。此外，許 多醫務工作者認為，溼度低還會導致人易受感染。但是，低溼度的影響並不是立即體現出 來，一般發生在3-4個小時後，並且隨著飛行時間的增加而增加。因此，在長時間飛行的旅 客機上需要進行加溼，保證艙內溼度在人體耐受範圍內。現有的旅客機座艙溼度控制方法是根據座艙溼度和給定值的誤差來調節供水活 門的開啟量來實現的，向新風中噴水來增加座艙溼度。這樣的控制方法的只是簡單的對溼 度的需要進行簡單的控制，並沒有考慮到溼度變化率以及新風量對座艙溼度的影響，因此， 在某些時刻並不能達到預期的效果。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種自適應模糊控制系統及其方 法。該方法增加了溼度變化率以及新風量對座艙溼度的影響，利用新規則設計出控制器，然 後將這些模糊語言轉化為數值運算，並能保證控制系統具有良好的自適應能力。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的—種旅客機座艙溼度模糊控制系統，包括溼度探測器、放大器、比較器、微分器、模 糊控制器、供水活門、進氣活門，所述的溫度探測器設置在旅客機座艙內，與比較器輸入端 相連，比較器的輸出端輸出溼度偏差信號；所述比較器的輸出端與微分器、放大器和模糊控 制器的輸入端依次相連，模糊控制器的輸出端通過放大器分別與供水活門和進氣活門相連 接。對本發明所述旅客機座艙溼度模糊控制方法是利用模糊控制規則進行如下步 驟(A)首先由溼度探測器探測出座艙溼度，通過比較器輸出相同預設信號的溼度偏
差信號；(B)所述的溼度偏差信號通過微分器輸出溼度變化率信號；(C)所述的溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過放大器後輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據模糊規則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加溼量 和新風量；(F)加溼量和新風量通過放大器分別向供水活門和排氣活門輸出放大後的控制信號，實現對旅客機座艙溼度的有效控制。進一步地，在步驟C中，溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過放大器後產生
的誤差e以及誤差變化率y，乘以一定的量化因子後輸入到模糊控制系統。 進一步地，在步驟E中，加溼量是L，新風量是qm, h，乘以一定的量化因子後輸入到 模糊控制系統。進一步地，在步驟D中根據模糊規則得到機坐艙內空氣的溼度平衡方程是
，其中m為艙內空氣的質量；qm,h為新風量；qm,為循環風 量；d。為艙內空氣含溼量；dh為艙外空氣含溼量；dx為循環迴風含溼量，與d。相等；W為艙內 人員總散溼量；含溼量
為溼空氣壓力，Pi為水蒸汽分壓力；水蒸汽分壓力ρ,按下列方式Al至A3確定 在對流層(O-Ilkm)內，艙外大氣壓隨高度h的變化為P(1為地面大氣壓，取為 101325pa ；g為重力加速度，為9. 81m/s2 ；幹空氣氣體常數R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對溼度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹係數，其值等於0. 00366 ； 在對流層艙外大氣溫度隨高度h的變化為、為地面溫度；α為氣溫直減率。更具體地，在步驟Al至A3中，得到的水蒸汽分壓力Pi與同溫度下飽和水蒸汽分
壓力Pi, b之比形成相對溼度P = xl00% ；
Pq,bpq,b是溫度t的函數，按以下經驗公式確定 t的單位是。C。對於旅客機座艙壓力，取以下的壓力制度 M為增壓率，優選取為1.5。本發明的有益效果是將座艙溼度變化率以及新風量大小考慮進來，使座艙溼度、溼度變化率同加溼量、 新風量之間得到的方程，採用了模糊控制的方法總結成出新規則，並利用這些規則設計出 控制器，然後將這些模糊語言轉化為數值運算，從而實現機器代替人來完成自動控制，將這 些模糊語言轉化為數值運算，並能保證控制系統具有良好的自適應能力。
圖1是本發明所述旅客機座艙溼度模糊控制系統的整體結構示意圖；圖2是本發明所述模糊控制器的控制原理示意圖；圖3是誤差e的隸屬函數圖；圖4是誤差變化率c的隸屬函數圖；圖5是控制量q的隸屬函數圖；圖6是控制量L的隸屬函數圖；圖7是未加溼情況下的仿真結果圖；圖8是加溼情況下的仿真結果圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖 及較佳實施例，詳細說明如下。如圖1所示，一種旅客機座艙溼度模糊控制系統，包括溼度探測器、放大器、比較 器、微分器、模糊控制器、供水活門、進氣活門，所述的溫度探測器設置在旅客機座艙內，與 比較器輸入端相連，比較器的輸出端輸出溼度偏差信號；所述比較器的輸出端與微分器、放 大器和模糊控制器的輸入端依次相連，模糊控制器的輸出端通過放大器分別與供水活門和 進氣活門相連接。如圖2所示，一種旅客機座艙溼度模糊控制方法，包括利用模糊控制規則對機座 艙內溼度進行控制的如下步驟(A)首先由溼度探測器探測出座艙溼度，通過比較器輸出相同預設信號的溼度偏
差信號；(B)所述的溼度偏差信號通過微分器輸出溼度變化率信號；(C)所述的溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過放大器後輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據模糊規則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加溼量 和新風量；(F)加溼量和新風量通過放大器分別向供水活門和排氣活門輸出放大後的控制信 號，實現對旅客機座艙溼度的有效控制。如圖3和圖4所示，所述的步驟(C)中溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過
de
放大器後產生的誤差e以及誤差變化率y，乘以一定的量化因子後輸入到模糊控制系統。
dt
所述的步驟(E)中加溼量是L，新風量是^」乘以一定的量化因子後輸入到模糊控制系統。如圖5和圖6所示，兩個控制量取相同的模糊控制規則，參考以下模糊控制規則 表 所述步驟D中解模糊的方法採用重心法。根據輸入的溼度偏差信號和溼度變化率信號，分別通過各自的隸屬函數圖得出相 應的模糊信號和模糊信號權值。比如偏差的輸入經放大後到模糊控制器是0.2，那麼從圖1 可以看出它經模糊化的信號是零和正小，權值分別是0. 4和0. 6。然後經模糊規則轉化為 輸出信號的模糊化信號，用解重心的方法在加溼量和新風量的隸屬函數圖上得出準確的值 來，經放大作為系統的輸出。根據模糊規則得到機坐艙內空氣的溼度平衡方程是其中m為艙內空氣的質量；qm,h為新風量；qm。為循環風量；d。為艙內空氣含溼量； dh為艙外空氣含溼量；dx為循環迴風含溼量，與d。相等；W為艙內人員總散溼量；含溼量
d = 0^622-^- ρ為溼空氣壓力，Pq為水蒸汽分壓力；水蒸汽分壓力ρ,按下列方式Al至A3確定 在對流層(O-Ilkm)內，艙外大氣壓隨高度h的變化為P(1為地面大氣壓，取為 101325pa ；g為重力加速度，為9. 81m/s2 ；幹空氣氣體常數R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對溼度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹係數，其值等於0. 00366 ； 在對流層艙外大氣溫度隨高度h的變化為、為地面溫度；α為氣溫直減率。在步驟Al至A3中得到的水蒸汽分壓力Pi與同溫度下飽和水蒸汽分壓力之比
Pi,b是溫度t的函數，按以下經驗公式確定
TAit
602.4x10—
Pq,b
t的單位是。C。
對於旅客機座艙壓力，取以下的壓力制度 1
M
M為增壓率，本實施例中優選取為1.5。
如圖6和圖7所示，為驗證該方法的可行性，對座艙溼度控制系統進行仿真t 如下列表2所示，某客機的飛行包線 巡航時間已經超過4個小時，需要對座艙進行加溼。以地面溫度為35°C，相對溼度 為10%的乾熱情況為例進行分析，令艙內溫度始終在25 °C，仿真結果如圖6所示。使用模糊控制的座艙加溼系統後，仿真結果如圖7所示，能夠使座艙相對溼度在 巡航過程中穩定保持在理想的範圍內，並且在整個飛行包線過程中滿足溼度要求。顯然上述實施例不是對本發明的限制，上述的一種旅客機座艙溼度模糊控制系統 及其方法還可以有其他許多變化。雖然已經結合上述例子詳細討論了本發明，但應該理解 到業內專業人士可以顯而易見地想到的一些雷同，代替方案，均落入本發明權利要求所限 定的保護範圍之內。
權利要求
一種旅客機座艙溼度模糊控制系統，其特徵在於，包括溼度探測器、放大器、比較器、微分器、模糊控制器、供水活門、進氣活門，所述的溫度探測器設置在旅客機座艙內，與比較器輸入端相連，比較器的輸出端輸出溼度偏差信號；所述比較器的輸出端與微分器、放大器和模糊控制器的輸入端依次相連，模糊控制器的輸出端通過放大器分別與供水活門和進氣活門相連接。
2.一種旅客機座艙溼度模糊控制方法，其特徵在於，包括利用模糊控制規則對機座艙 內溼度進行控制的如下步驟(A)首先由溼度探測器探測出座艙溼度，通過比較器輸出相同預設信號的溼度偏差信號；(B)所述的溼度偏差信號通過微分器輸出溼度變化率信號；(C)所述的溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過放大器後輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據模糊規則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加溼量和新 風量；(F)加溼量和新風量通過放大器分別向供水活門和排氣活門輸出放大後的控制信號， 實現對旅客機座艙溼度的有效控制。
3.根據權利要求2所述的旅客機座艙溼度模糊控制方法，其特徵在於，所述的步驟(C)de中溼度偏差信號和溼度變化率信號共同經過放大器後產生的誤差e以及誤差變化率；，乘 以一定的量化因子後輸入到模糊控制系統。
4.根據權利要求3所述的旅客機座艙溼度模糊控制方法，其特徵在於，所述的步驟(E) 中加溼量是L，新風量是 …乘以一定的量化因子後輸入到模糊控制系統。
5.根據權利要求4所述的旅客機座艙溼度模糊控制方法，其特徵在於，在步驟(D)中根據模糊規則得到機坐艙內空氣的溼度平衡方程是，，<)+ 『(<-<) +『其中m為艙內空氣的質量；qm,h，為新風量；qm,,為循環風量；d。為艙內空氣含溼量；dh 為艙外空氣含溼量；dx為循環迴風含溼量，與d。相等；W為艙內人員總散溼量；含溼量 為溼空氣壓力，Pq為水蒸汽分壓力； 水蒸汽分壓力Pi按下列方式Al至A3確定 在對流層(O-Ilkm)內，艙外大氣壓隨高度h的變化為P(1為地面大氣壓，取為 101325pa ；g為重力加速度，為9. 81m/s2 ；幹空氣氣體常數R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對溼度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹係數，其值等於0. 00366 ； (A3) th = t0- α h在對流層艙外大氣溫度隨高度h的變化為、為地面溫度；α為氣溫直減率。
6.根據權利要求5所述的旅客機座艙溼度模糊控制方法，其特徵在於，在步驟Al 至A3中得到的水蒸汽分壓力Pi與同溫度下飽和水蒸汽分壓力Pi,b之比形成相對溼度 Pq,b是溫度t的函數，按以下經驗公式確定 Pg6 =602.4 χ IO^7t的單位是。C。
全文摘要
本發明涉及對工業過程進行控制的領域，特別是一種應用於旅客機座艙溼度的模糊控制系統及其方法。模糊控制系統包括溼度探測器、放大器、比較器、微分器、模糊控制器、供水活門、進氣活門，其控制方法利用模糊控制規則，通過加溼量和新風量通過放大器分別向供水活門和排氣活門輸出放大後的控制信號，實現對旅客機座艙溼度的有效控制。本發明實現機器代替人來完成自動控制，將這些模糊語言轉化為數值運算，並能保證控制系統具有良好的自適應能力。
文檔編號G05D22/02GK101881979SQ20101022311
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月12日 優先權日2010年7月12日
發明者楊波, 解立垚, 郭棟才 申請人:郭棟才