專利名稱：一種旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對工業(yè)過程進行控制的領域，特別是一種應用于旅客機座艙濕度的模 糊控制系統(tǒng)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，空氣含濕量十 分小，如果不進行加濕的話，飛機艙內(nèi)濕度也會變得很低。醫(yī)學研究表明，低濕度會引起粘膜干燥，導致鼻干、喉嚨干和沙眼等癥狀。此外，許 多醫(yī)務工作者認為，濕度低還會導致人易受感染。但是，低濕度的影響并不是立即體現(xiàn)出 來，一般發(fā)生在3-4個小時后，并且隨著飛行時間的增加而增加。因此，在長時間飛行的旅 客機上需要進行加濕，保證艙內(nèi)濕度在人體耐受范圍內(nèi)。現(xiàn)有的旅客機座艙濕度控制方法是根據(jù)座艙濕度和給定值的誤差來調(diào)節(jié)供水活 門的開啟量來實現(xiàn)的，向新風中噴水來增加座艙濕度。這樣的控制方法的只是簡單的對濕 度的需要進行簡單的控制，并沒有考慮到濕度變化率以及新風量對座艙濕度的影響，因此， 在某些時刻并不能達到預期的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種自適應模糊控制系統(tǒng)及其方 法。該方法增加了濕度變化率以及新風量對座艙濕度的影響，利用新規(guī)則設計出控制器，然 后將這些模糊語言轉(zhuǎn)化為數(shù)值運算，并能保證控制系統(tǒng)具有良好的自適應能力。為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng)，包括濕度探測器、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(nèi)，與比較器輸入端 相連，比較器的輸出端輸出濕度偏差信號；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(fā)明所述旅客機座艙濕度模糊控制方法是利用模糊控制規(guī)則進行如下步 驟(A)首先由濕度探測器探測出座艙濕度，通過比較器輸出相同預設信號的濕度偏
差信號；(B)所述的濕度偏差信號通過微分器輸出濕度變化率信號；(C)所述的濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過放大器后輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據(jù)模糊規(guī)則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據(jù)得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加濕量 和新風量；(F)加濕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后的控制信號，實現(xiàn)對旅客機座艙濕度的有效控制。進一步地，在步驟C中，濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過放大器后產(chǎn)生
的誤差e以及誤差變化率y，乘以一定的量化因子后輸入到模糊控制系統(tǒng)。 進一步地，在步驟E中，加濕量是L，新風量是qm, h，乘以一定的量化因子后輸入到 模糊控制系統(tǒng)。進一步地，在步驟D中根據(jù)模糊規(guī)則得到機坐艙內(nèi)空氣的濕度平衡方程是
，其中m為艙內(nèi)空氣的質(zhì)量；qm,h為新風量；qm,為循環(huán)風 量；d。為艙內(nèi)空氣含濕量；dh為艙外空氣含濕量；dx為循環(huán)回風含濕量，與d。相等；W為艙內(nèi) 人員總散濕量；含濕量
為濕空氣壓力，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(nèi)，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 ；干空氣氣體常數(shù)R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對濕度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹系數(shù)，其值等于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之比形成相對濕度P = xl00% ；
Pq,bpq,b是溫度t的函數(shù)，按以下經(jīng)驗公式確定 t的單位是。C。對于旅客機座艙壓力，取以下的壓力制度 M為增壓率，優(yōu)選取為1.5。本發(fā)明的有益效果是將座艙濕度變化率以及新風量大小考慮進來，使座艙濕度、濕度變化率同加濕量、 新風量之間得到的方程，采用了模糊控制的方法總結(jié)成出新規(guī)則，并利用這些規(guī)則設計出 控制器，然后將這些模糊語言轉(zhuǎn)化為數(shù)值運算，從而實現(xiàn)機器代替人來完成自動控制，將這 些模糊語言轉(zhuǎn)化為數(shù)值運算，并能保證控制系統(tǒng)具有良好的自適應能力。


圖1是本發(fā)明所述旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)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(shù)圖；圖4是誤差變化率c的隸屬函數(shù)圖；圖5是控制量q的隸屬函數(shù)圖；圖6是控制量L的隸屬函數(shù)圖；圖7是未加濕情況下的仿真結(jié)果圖；圖8是加濕情況下的仿真結(jié)果圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結(jié)合附圖 及較佳實施例，詳細說明如下。如圖1所示，一種旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng)，包括濕度探測器、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(nèi)，與 比較器輸入端相連，比較器的輸出端輸出濕度偏差信號；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，一種旅客機座艙濕度模糊控制方法，包括利用模糊控制規(guī)則對機座 艙內(nèi)濕度進行控制的如下步驟(A)首先由濕度探測器探測出座艙濕度，通過比較器輸出相同預設信號的濕度偏
差信號；(B)所述的濕度偏差信號通過微分器輸出濕度變化率信號；(C)所述的濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過放大器后輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據(jù)模糊規(guī)則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據(jù)得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加濕量 和新風量；(F)加濕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后的控制信 號，實現(xiàn)對旅客機座艙濕度的有效控制。如圖3和圖4所示，所述的步驟(C)中濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過
de
放大器后產(chǎn)生的誤差e以及誤差變化率y，乘以一定的量化因子后輸入到模糊控制系統(tǒng)。
dt
所述的步驟(E)中加濕量是L，新風量是^”乘以一定的量化因子后輸入到模糊控制系統(tǒng)。如圖5和圖6所示，兩個控制量取相同的模糊控制規(guī)則，參考以下模糊控制規(guī)則 表 所述步驟D中解模糊的方法采用重心法。根據(jù)輸入的濕度偏差信號和濕度變化率信號，分別通過各自的隸屬函數(shù)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(jīng)放大后到模糊控制器是0.2，那么從圖1 可以看出它經(jīng)模糊化的信號是零和正小，權值分別是0. 4和0. 6。然后經(jīng)模糊規(guī)則轉(zhuǎn)化為 輸出信號的模糊化信號，用解重心的方法在加濕量和新風量的隸屬函數(shù)圖上得出準確的值 來，經(jīng)放大作為系統(tǒng)的輸出。根據(jù)模糊規(guī)則得到機坐艙內(nèi)空氣的濕度平衡方程是其中m為艙內(nèi)空氣的質(zhì)量；qm,h為新風量；qm。為循環(huán)風量；d。為艙內(nèi)空氣含濕量； dh為艙外空氣含濕量；dx為循環(huán)回風含濕量，與d。相等；W為艙內(nèi)人員總散濕量；含濕量
d = 0^622-^- ρ為濕空氣壓力，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(nèi)，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 ；干空氣氣體常數(shù)R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對濕度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹系數(shù)，其值等于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(shù)，按以下經(jīng)驗公式確定
TAit
602.4x10—
Pq,b
t的單位是。C。
對于旅客機座艙壓力，取以下的壓力制度 1
M
M為增壓率，本實施例中優(yōu)選取為1.5。
如圖6和圖7所示，為驗證該方法的可行性，對座艙濕度控制系統(tǒng)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(jīng)超過4個小時，需要對座艙進行加濕。以地面溫度為35°C，相對濕度 為10%的干熱情況為例進行分析，令艙內(nèi)溫度始終在25 °C，仿真結(jié)果如圖6所示。使用模糊控制的座艙加濕系統(tǒng)后，仿真結(jié)果如圖7所示，能夠使座艙相對濕度在 巡航過程中穩(wěn)定保持在理想的范圍內(nèi)，并且在整個飛行包線過程中滿足濕度要求。顯然上述實施例不是對本發(fā)明的限制，上述的一種旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng) 及其方法還可以有其他許多變化。雖然已經(jīng)結(jié)合上述例子詳細討論了本發(fā)明，但應該理解 到業(yè)內(nèi)專業(yè)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(fā)明權利要求所限 定的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種旅客機座艙濕度模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，包括濕度探測器、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(nèi)，與比較器輸入端相連，比較器的輸出端輸出濕度偏差信號；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。
2.一種旅客機座艙濕度模糊控制方法，其特征在于，包括利用模糊控制規(guī)則對機座艙 內(nèi)濕度進行控制的如下步驟(A)首先由濕度探測器探測出座艙濕度，通過比較器輸出相同預設信號的濕度偏差信號；(B)所述的濕度偏差信號通過微分器輸出濕度變化率信號；(C)所述的濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過放大器后輸入模糊控制器；(D)所述的模糊控制器對輸入信號進行模糊化，根據(jù)模糊規(guī)則得出模糊值；(E)所述的模糊控制器根據(jù)得出的模糊值對輸出信號進行解模糊化，得到加濕量和新 風量；(F)加濕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后的控制信號， 實現(xiàn)對旅客機座艙濕度的有效控制。
3.根據(jù)權利要求2所述的旅客機座艙濕度模糊控制方法，其特征在于，所述的步驟(C)de中濕度偏差信號和濕度變化率信號共同經(jīng)過放大器后產(chǎn)生的誤差e以及誤差變化率；，乘 以一定的量化因子后輸入到模糊控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的旅客機座艙濕度模糊控制方法，其特征在于，所述的步驟(E) 中加濕量是L，新風量是 …乘以一定的量化因子后輸入到模糊控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求4所述的旅客機座艙濕度模糊控制方法，其特征在于，在步驟(D)中根據(jù)模糊規(guī)則得到機坐艙內(nèi)空氣的濕度平衡方程是，，<)+ ‘(<-<) +『其中m為艙內(nèi)空氣的質(zhì)量；qm,h，為新風量；qm,,為循環(huán)風量；d。為艙內(nèi)空氣含濕量；dh 為艙外空氣含濕量；dx為循環(huán)回風含濕量，與d。相等；W為艙內(nèi)人員總散濕量；含濕量 為濕空氣壓力，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(nèi)，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 ；干空氣氣體常數(shù)R = 287J/ (kg · K) ； α為年平均 溫度直減率，0. 065 0C /m； E為絕對濕度；t為溫度，V ；a為水蒸汽的溫度膨脹系數(shù)，其值等于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(jù)權利要求5所述的旅客機座艙濕度模糊控制方法，其特征在于，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之比形成相對濕度 Pq,b是溫度t的函數(shù)，按以下經(jīng)驗公式確定 Pg6 =602.4 χ IO^7t的單位是。C。
全文摘要
本發(fā)明涉及對工業(yè)過程進行控制的領域，特別是一種應用于旅客機座艙濕度的模糊控制系統(tǒng)及其方法。模糊控制系統(tǒng)包括濕度探測器、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(guī)則，通過加濕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后的控制信號，實現(xiàn)對旅客機座艙濕度的有效控制。本發(fā)明實現(xiàn)機器代替人來完成自動控制，將這些模糊語言轉(zhuǎn)化為數(shù)值運算，并能保證控制系統(tǒng)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(yōu)先權日2010年7月12日
發(fā)明者楊波, 解立垚, 郭棟才 申請人:郭棟才