CN103471202A - 一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法，涉及车内空气净化领域。所述***包括：检测装置，用于检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度；数据处理装置，用于根据所述浓度，得出空气污染指数及所述污染指数的变化率；模糊控制器，用于对所述污染指数和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号；空气净化装置，用于根据所述精确控制量信号对乘员舱内空间进行空气净化。这种设计能够自动控制空气净化装置、精确控制乘员舱内空气质量维持在一个较高水准。

Description

一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法

技术领域

本发明涉及车内空气净化领域，尤其是一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法。

背景技术

随着我国经济的发展，汽车越来越普及，车内空气污染问题也越来越严重。中国室内装饰协会室内环境质量监测中心曾对一些车辆进行过测试，发现车内污染物浓度非常大，已经严重影响到司乘人员的身心健康。车内空气污染问题越来越得到人们的重视，提高车内空气品质已经迫在眉睫。

在现有技术中，可以通过车载空气净化装置进行空气净化，但是驾乘人很难实现根据车内空气的具体情况进行空气净化，如在空气污染指数高时使用低风速和负离子低速释放的工作模式，使得车内空气净化不完全；在空气污染指数低时却采用高风速和负离子高速释放的工作模式，造成了能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法，达到对空气净化装置的自动控制、精确控制乘员舱内空气质量维持在一个较高水准的技术效果。

为达到此目的，本发明提供了一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***，包括：

检测装置，用于：检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度；

数据处理装置，用于：根据所述浓度，得出空气污染指数及所述污染指数的变化率；

模糊控制器，存储有以所述污染指数为第一输入变量、所述污染指数的变化率为第二输入变量、以空气净化装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述污染指数和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；

空气净化装置，用于：根据所述精确控制量信号对乘员舱内空间进行空气净化。

优选的，所述的控制***还包括：

手动选择装置，用于：选择开启或关闭所述控制***。

优选的，所述污染类气体包含：氢气、一氧化碳、硫化氢和/或挥发性有机化合物。

优选的，所述模糊控制器包括：

模糊模块，用于：将所述污染指数和所述变化率进行模糊化；

存储模块，用于：存储所述控制规则表；

推理模块，用于：根据所述控制规则表和模糊化后的所述污染指数和所述变化率得到模糊控制量；

解模糊模块，用于：根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；

精确输出模块，输出所述精确控制量到空气净化装置，所述空气净化装置根据所述精确控制量进行空气净化。

本发明还提供了一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制方法，包括：

步骤一，在模糊控制器中建立以汽车乘员舱内的空气污染指数和所述污染指数的变化率为第一、第二输入变量，以空气净化装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；

步骤二，检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度，计算所述空气污染指数及所述污染指数的变化率；

步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述污染指数和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；

步骤四，根据所述精确控制量对乘员舱内空间进行空气净化。

优选的，所述输出参数为输出功率。

优选的，在步骤二前，还包括：

选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

优选的，所述步骤一包括：

将所述第一输入变量、第二输入变量分别划分为4档、7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计，建立所述控制规则表。

优选的，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。

优选的，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行空气净化动作，1表示执行低风速和负离子低度释放的工作模式，2表示执行中风速和负离子中度释放的工作模式，3表示执行高风速和负离子高度释放的工作模式，所述低风速、中风速、高风速、低度、中度、高度为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

本发明至少具有如下技术效果：

1）在本发明中，通过对乘员舱内空气污染指数及其变化率进行一系列模糊运算，求得对空气净化装置的控制量，从而对空气进行净化。

这种设计使得空气净化装置对空气的净化得到精确控制，使得空气污染指数较高时能迅速被净化到正常水准，并相对稳定地保持在这个水准，创造了良好的车内空气环境，满足了人们对健康生活的要求。这种设计也避免了空气净化装置一直处于最大功率的工作模式，起到了节约能源的作用。

2）在本发明中，还设置了一个手动选择装置。

这种设计使得驾乘人可以自由选择是否开启本发明所述的控制***，使得驾乘人在不需要使用本发明的***时可以选择关闭所述***，既增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制***的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制方法的流程图；

图3为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法的原理示意图。

附图标记说明如下：

检测装置     101   数据处理装置   102

模糊控制器   103   空气净化装置   104

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细阐述。

图1为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制***的结构示意图。由图1可以看出，本发明公开了一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***，包括：

检测装置101，用于：检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度；

数据处理装置102，用于：根据所述浓度，得出空气污染指数及所述污染指数的变化率；

模糊控制器103，存储有以所述污染指数为第一输入变量、所述污染指数的变化率为第二输入变量、以空气净化装置104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述污染指数和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；

空气净化装置104，用于：根据所述精确控制量信号对乘员舱内空间进行空气净化。

这种设计使得空气净化装置104对空气的净化得到精确控制，使得空气污染指数较高时能迅速被净化到正常水准，并相对稳定地保持在这个水准，创造了良好的车内空气环境，满足了人们对健康生活的要求。这种设计也避免了空气净化装置104一直处于最大功率的工作模式，起到了节约能源的作用。

在本发明的一个实施例中，所述污染类气体包含：氢气、一氧化碳、硫化氢和/或挥发性有机化合物（VOC）。所述挥发性有机化合物可以包括碳氢化合物和氨类，所述碳氢化合物可以包括苯。

在本发明的一个实施例中，所述控制***还包括手动选择装置，所述手动选择装置用于选择开启或关闭所述控制***。所述手动选择装置可以包括选择按钮，在所述控制***关闭的状态下，按下选择按钮后开启所述控制***；在所述控制***开启的状态下，按下选择按钮后关闭所述控制***。

这种设计使得驾乘人可以自由选择是否开启本发明所述的控制装置，使得驾乘人在不需要使用本发明的***时可以选择关闭所述***，既增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源。

在本发明中，所述模糊控制器103可以包括：用于将所述污染指数和所述变化率进行模糊化的模糊模块，用于存储所述控制规则表的存储模块，用于根据所述控制规则表和模糊化后的所述污染指数和所述变化率得到模糊控制量的推理模块，用于根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算、得到精确控制量的解模糊模块，用于输出所述精确控制量到空气净化装置104的精确输出模块。所述空气净化装置104根据所述精确控制量进行空气净化。

图2为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制方法的流程图。由图2可以看出，本发明还公开了一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制方法，包括：

步骤201，在模糊控制器103中建立以汽车乘员舱内的空气污染指数和所述污染指数的变化率为第一、第二输入变量，以空气净化装置104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；步骤202，检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度，计算所述空气污染指数及所述污染指数的变化率；步骤203，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述污染指数和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；步骤204，根据所述精确控制量对乘员舱内空间进行空气净化。

这种设计使得在车载智能空气净化控制***自动控制过程中，模糊控制器103仅需查询已存储的模糊控制规则表即可，因此该控制方法不仅实现了车载智能空气净化控制***的精确控制，同时，保证了车载智能空气净化控制***的实时性。另外，利用模糊控制的原理控制空气净化，使得***有较强的鲁棒性。

在本发明的一个实施例中，所述输出参数为输出功率。

在本发明的一个实施例中，在步骤二前，还包括：选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

在本发明的一个实施例中，所述步骤一包括：将所述第一输入变量、第二输入变量分别划分为4档、7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计，建立所述控制规则表。

在本发明的一个实施例中，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。所述MIN-MAX法为现有技术，是自动化控制中把模糊控制量转化成数字控制量的一种转化方式，在本专利中不做详述。

在本发明的一个实施例中，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行空气净化动作，1表示执行低风速和负离子低度释放的工作模式，2表示执行中风速和负离子中度释放的工作模式，3表示执行高风速和负离子高度释放的工作模式，所述低风速、中风速、高风速、低度、中度、高度为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

图3为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的车载智能空气净化控制***及方法的原理示意图。在图3所述的实施例中，模糊控制器103以空气污染指数I和空气污染指数变化率EI为输入量，进行模糊推理，计算出控制量U，车载空气净化控制器根据模糊控制器103输出的控制量U，实现对车载空气净化装置104的控制。

输入量中的空气污染指数I由智能空气质量检测模块检测，其通过检测氢气、碳氢化合物、一氧化碳、苯、硫化氢、VOC和氨类等污染类气体，综合得出空气污染指数I。此外，智能空气质量检测模块根据其检测的空气污染指数I变化情况自动计算空气污染指数变化率EI，并最终将空气污染指数I和空气污染指数变化率EI输入到模糊控制器103。

该车载智能空气净化控制***采用模糊控制的方式实现，在车内空气智能净化过程中，模糊控制器103仅需查询已存储的模糊控制规则表即可，因此该控制方法不仅实现了车内空气净化***的精确控制，同时，保证了车内空气净化控制***的实时性。具体过程如下所述。

1、模糊控制器103以空气污染指数I（微、低、中、高）和空气污染指数变化率EI为输入量；

2、将模糊控制器103输入量的语言值数据进行分档：空气污染指数I分为4档、用词汇表达为：{零（ZO），正小（PI），正中（PM），正大（PB）}；空气污染指数变化率EI分为7档，用词汇表达为：{负大（NB），负中（NM），负小（NI），零（ZO），正小（PI），正中（PM），正大（PB）}；

3、将空气污染指数I的论域定为8个等级：{0，1，2，3，4，5，6，7}，将空气污染指数变化率EI论域定为15个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}；空气污染指数I和空气污染指数变化率EI赋值分别如下表1和表2所示。

表1

表2

4、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量（空气污染指数I、空气污染指数变化率EI）离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集；

5、控制量U语言值为{零（ZO），正小（PI），正中（PM），正大（PB）}，论域定为4个等级：{0，1，2，3}，赋值如下表3所示。

表3

6、建立元控制规则库、以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制规则表4；

表4

所述控制规则表是根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出，空气污染指数I越大，需要空气净化控制的可能性越高，根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计，对空气污染指数I为7以上的，对应内容都为最大值3，表示非常需要进行空气净化调节。对空气污染指数I为4-7的，如果污染指数变化率EI为1以上的，说明污染指数增高会很快对人造成危害，所以对应内容也都为最大值3。所以，以上控制规则表是根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度作为标准，再根据污染指数I和污染指数变化率EI对驾乘人危害的预期影响统计而产生的。

7、由模糊控制器103的输出接口作去模糊化处理，将模糊控制量转换为精确控制量U：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的去模糊化过程；

8、得到精确控制量U（车内空气净化控制信号）后，智能车载空气净化控制器将根据此控制量实现对被控对象（车载空气净化装置104中的风速发生器和负离子发生器）的控制。

9、车载空气净化装置104主要由风速发生器和负离子发生器组成。当控制量U=0时，智能车载空气净化控制器控制车载空气净化装置104不执行车内空气净化动作；当控制量U=1时，智能车载空气净化控制器控制车载空气净化装置104执行低风速和负离子少量释放的工作模式；当控制量U=2时，智能车载空气净化控制器控制车载空气净化装置104执行中风速和负离子中度释放的工作模式；当控制量U=3时，智能车载空气净化控制器控制车载空气净化装置104执行高风速和负离子高度释放的工作模式。

10、该车载智能空气净化控制***，可以通过按钮选择自动或手动模式净化车内空气，在手动模式下车内空气净化***不再执行智能自动净化，而是根据手动设置的参数执行相应的空气净化动作。

这种设计使得汽车在不需要空气净化功能时，驾乘人可以自由关闭车载智能空气净化控制***，当驾乘人开启车载智能空气净化控制***时，所述车载智能空气净化控制***能够根据当前的空气污染指数和空气污染指数的变化率，对空气进行净化，净化程度也随着空气污染指数和空气污染指数变化率的变化而变化，这使得乘员舱内空气能够在较短时间到达正常水准并时时保持在正常水准附近，实现了车载智能空气净化控制***的精确控制，并保证了该***的实时性，在保证车内空气质量良好的同时节约了能源。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制***，其特征在于，包括：

检测装置（101），用于：检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度；

数据处理装置（102），用于：根据所述浓度，得出空气污染指数及所述污染指数的变化率；

模糊控制器（103），存储有以所述污染指数为第一输入变量、所述污染指数的变化率为第二输入变量、以空气净化装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述污染指数和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；

空气净化装置（104），用于：根据所述精确控制量信号对乘员舱内空间进行空气净化。

2.如权利要求1所述的控制***，其特征在于，还包括：

手动选择装置，用于：选择开启或关闭所述控制***。

3.如权利要求2所述的控制***，其特征在于，所述污染类气体包含：氢气、一氧化碳、硫化氢和/或挥发性有机化合物。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的控制***，其特征在于，所述模糊控制器包括：

模糊模块，用于：将所述污染指数和所述变化率进行模糊化；

存储模块，用于：存储所述控制规则表；

推理模块，用于：根据所述控制规则表和模糊化后的所述污染指数和所述变化率得到模糊控制量；

解模糊模块，用于：根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；

精确输出模块，输出所述精确控制量到空气净化装置，所述空气净化装置根据所述精确控制量进行空气净化。

5.一种基于模糊控制的车载智能空气净化控制方法，其特征在于，包括：

步骤一，在模糊控制器（103）中建立以汽车乘员舱内的空气污染指数和所述污染指数的变化率为第一、第二输入变量，以空气净化装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述控制规则表根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计得出；

步骤二，检测汽车乘员舱内的污染类气体的浓度，计算所述空气污染指数及所述污染指数的变化率；

步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述污染指数和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；

步骤四，根据所述精确控制量对乘员舱内空间进行空气净化。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述输出参数为输出功率。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤二前，还包括：

选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

8.如权利要求5至7中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：

将所述第一输入变量、第二输入变量分别划分为4档、7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

根据乘员舱内不同污染指数的污染类气体对人的危害程度的实验统计，建立所述控制规则表。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行空气净化动作，1表示执行低风速和负离子低度释放的工作模式，2表示执行中风速和负离子中度释放的工作模式，3表示执行高风速和负离子高度释放的工作模式，所述低风速、中风速、高风速、低度、中度、高度为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

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