一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法，控制系統(tǒng)包括依次連接的中央控制計(jì)算機(jī)、模糊智能控制器以及風(fēng)機(jī)控制柜，其中，模糊智能控制器的輸入端還連接有CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀，風(fēng)機(jī)控制柜的輸出端連接有至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，且現(xiàn)場(chǎng)控制器的輸出端均連接有至少一臺(tái)風(fēng)機(jī)。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)安全可靠、人機(jī)交互頁面好，操作性能優(yōu)異，智能化程序較高，不受網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)失效影響，系統(tǒng)能獨(dú)立完成正常工況節(jié)能運(yùn)營(yíng)，用以最大限度的減少人工干預(yù)。除滿足控制功能要求外，還可有效兼容多種通訊協(xié)議，兼容性和擴(kuò)充性好。
【專利說明】
一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道通風(fēng)節(jié)能控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)高速公路不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)不斷向山區(qū)擴(kuò)展，高速公路，尤其是高速公路隧道越來越多、越來越長(zhǎng)。由于隧道是一個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，汽車在其中行駛時(shí)排出的廢氣不像在其他路段時(shí)會(huì)隨自然風(fēng)和交通風(fēng)擴(kuò)散到大氣中。特別是對(duì)于距離長(zhǎng)、交通量大的隧道，自然風(fēng)和交通風(fēng)對(duì)隧道內(nèi)空氣的置換能力差，所以必須采取機(jī)械通風(fēng)方式，否則汽車排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔?、亞硫酸氣體和煙霧粉塵等有害物質(zhì)將造成隧道內(nèi)空氣的污染。當(dāng)CO質(zhì)量濃度很大時(shí)，會(huì)危及人的身體；煙霧粉塵則會(huì)惡化視野，降低車輛安全行駛的視距；尤其在隧道內(nèi)因交通事故而塞車、甚至發(fā)生火災(zāi)的特殊情況下，機(jī)械通風(fēng)就顯得越發(fā)重要。為了保證人員在隧道中的安全，需要對(duì)隧道中有害廢氣的質(zhì)量濃度和能見度進(jìn)行觀測(cè)和控制，因此在隧道中建立通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)非常有必要。
[0003]同時(shí)我國(guó)公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范中，通常設(shè)計(jì)裕度較大。隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)一般是按照最不利情況考慮的，而最不利情況出現(xiàn)的幾率很小，為此，自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍較大。但是依然存在著控制細(xì)節(jié)規(guī)范性較差、與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合不夠的問題；同時(shí)，對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)如何避免沖擊電流也做得不到位，且風(fēng)機(jī)勞逸平衡控制注意不夠，這些都涉及到隧道安全和相關(guān)設(shè)備使用壽命的問題，因而不容忽視。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)還存在設(shè)計(jì)裕度較大、控制細(xì)節(jié)規(guī)范性較差、與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合不夠并且不能有效避免沖擊電流的技術(shù)缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法，實(shí)現(xiàn)了精確控制隧道通風(fēng)節(jié)能控制的相關(guān)裝置的目的，同時(shí)也減少了沖擊電流、有效的延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，包括依次連接的中央控制計(jì)算機(jī)、模糊智能控制器以及風(fēng)機(jī)控制柜，其中，模糊智能控制器的輸入端還連接有CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀，風(fēng)機(jī)控制柜的輸出端連接有至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，且現(xiàn)場(chǎng)控制器的輸出端均連接有至少一臺(tái)風(fēng)機(jī)。上述模糊智能控制器為內(nèi)置具有黑匣子數(shù)據(jù)記錄功能的控制器，能獨(dú)立自動(dòng)完成節(jié)能控制的運(yùn)行。該基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精確控制隧道通風(fēng)節(jié)能控制的相關(guān)裝置的目的，同時(shí)也減少了沖擊電流、有效的延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
[0007]進(jìn)一步的，風(fēng)機(jī)為采用放射式配電的射流風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)采用放射式配電，并采用就地遠(yuǎn)程控制，每臺(tái)風(fēng)機(jī)均由變配電所專線供電，具備電氣互鎖功能。所謂電氣互鎖就是將一個(gè)繼電器的常閉觸電接入另一個(gè)繼電器的線圈控制回路里。這樣，一個(gè)繼電器得電動(dòng)作，另一個(gè)繼電器線圈上就不可能形成閉合回路。
[0008]優(yōu)選的，風(fēng)機(jī)上均連接有變頻器。在風(fēng)機(jī)上連接變頻器可以進(jìn)行調(diào)頻，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0009]一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，包括以下步驟:
[0010](I)、CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀檢測(cè)隧道內(nèi)的CO和煙霧的濃度；
[0011](2) ,CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀分別將檢測(cè)到的隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)輸出給模糊智能控制器和中央控制計(jì)算機(jī)；
[0012](3)、中央控制計(jì)算機(jī)控制模糊智能控制器計(jì)算處理接收到的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)；
[0013](4)、模糊智能控制器將計(jì)算處理后得到的控制信號(hào)輸出給風(fēng)機(jī)控制柜；
[0014](5)、風(fēng)機(jī)控制柜進(jìn)一步將接收到的控制信號(hào)輸出給現(xiàn)場(chǎng)控制器；
[0015](6)、現(xiàn)場(chǎng)控制器控制射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止。通過上述方法可以實(shí)現(xiàn)精確控制射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止的目的，最終達(dá)到保持隧道內(nèi)視野清晰和空氣新鮮，確保人體健康和行車安全的目的。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(3)中模糊智能控制器的計(jì)算處理過程進(jìn)一步包括以下步驟:
[0017](a)、數(shù)據(jù)采集及模型初始化步驟，采集隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度，根據(jù)模糊控制器預(yù)先給定的CO濃度和煙霧濃度，計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的偏差和偏差變化率；
[0018](b)、C0濃度和煙霧濃度偏差變量模糊化步驟，根據(jù)步驟(I)計(jì)算出的偏差按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量；
[0019](C)、C0濃度和煙霧濃度偏差變化率模糊化步驟，根據(jù)步驟⑴計(jì)算出的偏差變化率按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量；
[0020](d)、模糊推理步驟，以步驟(2)和步驟(3)計(jì)算出來的模糊量為輸入?yún)?shù)，按編制好的程序在模糊規(guī)則庫中查表計(jì)算出模糊控制量；
[0021](e)、去模糊化處理步驟，把步驟(4)計(jì)算出的模糊控制量，通過編制好的程序計(jì)算出來控制量。上述模糊智能控制器的計(jì)算處理過程采用了隧道通風(fēng)模糊控制，將隧道通風(fēng)系統(tǒng)看成一個(gè)“黑匣子”，制定了一套控制規(guī)則，并根據(jù)“最優(yōu)規(guī)則排序無關(guān)”規(guī)則對(duì)建立的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)安全可靠、人機(jī)交互頁面好，操作性能優(yōu)異，智能化程序較高，不受網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)失效影響，系統(tǒng)能獨(dú)立完成正常工況節(jié)能運(yùn)營(yíng)，用以最大限度的減少人工干預(yù)。除滿足控制功能要求外，還可有效兼容多種通訊協(xié)議，兼容性和擴(kuò)充性好，同時(shí)，日常調(diào)試、維護(hù)方便，克服了風(fēng)機(jī)門限控制的缺點(diǎn)，有效緩解風(fēng)機(jī)頻繁起停的問題，節(jié)省了能源。且可以實(shí)現(xiàn)依據(jù)隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度數(shù)值的分布情況進(jìn)行延時(shí)順序起動(dòng)，這樣可減少?zèng)_擊電流，平衡各臺(tái)風(fēng)機(jī)的勞逸程度，從而有效地延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命；
[0023]本發(fā)明所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法是以專家的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和思維過程建立的以模糊規(guī)則為依據(jù)進(jìn)行推理與判斷的方法，模擬人類技術(shù)專家做決策的過程來解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題。它無需對(duì)被控對(duì)象建立精確的數(shù)學(xué)模型，只需作模糊描述即可實(shí)現(xiàn)控制。這樣的控制更符合隧道控制的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和模糊性，使控制

簡(jiǎn)單化?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)的連接關(guān)系示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明所述模糊智能控制器的控制原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)解釋說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，包括依次連接的中央控制計(jì)算機(jī)、模糊智能控制器以及風(fēng)機(jī)控制柜，其中，模糊智能控制器的輸入端還連接有CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀，風(fēng)機(jī)控制柜的輸出端連接有至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，且現(xiàn)場(chǎng)控制器的輸出端均連接有至少一臺(tái)風(fēng)機(jī)。上述模糊智能控制器為內(nèi)置具有黑匣子數(shù)據(jù)記錄功能的控制器，能獨(dú)立自動(dòng)完成節(jié)能控制的運(yùn)行。該基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精確控制隧道通風(fēng)節(jié)能控制的相關(guān)裝置的目的，同時(shí)也減少了沖擊電流、有效的延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
[0028]本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)為采用放射式配電的射流風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)采用放射式配電，并采用就地遠(yuǎn)程控制，每臺(tái)風(fēng)機(jī)均由變配電所專線供電，具備電氣互鎖功能。所謂電氣互鎖就是將一個(gè)繼電器的常閉觸電接入另一個(gè)繼電器的線圈控制回路里。這樣，一個(gè)繼電器得電動(dòng)作，另一個(gè)繼電器線圈上就不可能形成閉合回路。
[0029]本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)上均連接有變頻器。在風(fēng)機(jī)上連接變頻器可以進(jìn)行調(diào)頻，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0030]本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，包括以下步驟:
[0031](I)、CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀檢測(cè)隧道內(nèi)的CO和煙霧的濃度；
[0032](2) ,CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀分別將檢測(cè)到的隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)輸出給模糊智能控制器和中央控制計(jì)算機(jī)；
[0033](3)、中央控制計(jì)算機(jī)控制模糊智能控制器計(jì)算處理接收到的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)；
[0034](4)、模糊智能控制器將計(jì)算處理后得到的控制信號(hào)輸出給風(fēng)機(jī)控制柜；
[0035](5)、風(fēng)機(jī)控制柜進(jìn)一步將接收到的控制信號(hào)輸出給現(xiàn)場(chǎng)控制器；
[0036](6)、現(xiàn)場(chǎng)控制器控制射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止。通過上述方法可以實(shí)現(xiàn)精確控制射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止的目的，最終達(dá)到保持隧道內(nèi)視野清晰和空氣新鮮，確保人體健康和行車安全的目的。
[0037]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，步驟(3)中模糊智能控制器的計(jì)算處理過程進(jìn)一步包括以下步驟:
[0038](a)、數(shù)據(jù)采集及模型初始化步驟，采集隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度，根據(jù)模糊控制器預(yù)先給定的CO濃度和煙霧濃度，計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的偏差和偏差變化率；
[0039](b) ,CO濃度和煙霧濃度偏差變量模糊化步驟，根據(jù)步驟(I)計(jì)算出的偏差按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量；
[0040](c) ,CO濃度和煙霧濃度偏差變化率模糊化步驟，根據(jù)步驟(I)計(jì)算出的偏差變化率按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量；
[0041](d)、模糊推理步驟，以步驟(2)和步驟(3)計(jì)算出來的模糊量為輸入?yún)?shù)，按編制好的程序在模糊規(guī)則庫中查表計(jì)算出模糊控制量；
[0042](e)、去模糊化處理步驟，把步驟(4)計(jì)算出的模糊控制量，通過編制好的程序計(jì)算出來控制量。上述模糊智能控制器的計(jì)算處理過程采用了隧道通風(fēng)模糊控制，將隧道通風(fēng)系統(tǒng)看成一個(gè)“黑匣子”，制定了一套控制規(guī)則，并根據(jù)“最優(yōu)規(guī)則排序無關(guān)”規(guī)則對(duì)建立的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
[0043]下面通過例一說明步驟(3)中模糊智能控制器采集到隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)CO濃度和煙霧濃度后的計(jì)算處理過程的具體實(shí)施步驟:
[0044]例一:步驟一、隧道通風(fēng)控制中，選取CO濃度的論域?yàn)閇150，300]ppm，控制期望值為200ppm。將CO濃度的值模糊化，采用的隸屬函數(shù)為高斯函數(shù)，CO濃度偏差變換到離散論域?yàn)閧_3，_2，_1，0，1，2，3}。
[0045]步驟二、隧道通風(fēng)控制中，選取煙霧濃度的論域?yàn)閇6，9]km_l，控制期望值為7km-l。將煙霧濃度的值模糊化，采用的隸屬函數(shù)為高斯函數(shù)，煙霧濃度偏差變換到離散論域?yàn)閧-3,-2,-1,0,1,2,3} ο
[0046]步驟三、分別定義CO和煙霧濃度偏差的模糊語言變量為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，表示為{NB，匪，NS，Z0, PS, PM，PB}，NB表示污染物濃度最大，及對(duì)應(yīng)到離散論域中的3，PB表示污染物濃度最小，及對(duì)應(yīng)到離散論域中的_3。
[0047]步驟四、選取風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)U作為模糊控制器的輸出量。設(shè)定隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量為8組16臺(tái)風(fēng)機(jī)，因此風(fēng)機(jī)數(shù)量的變化范圍為[0，16]，變換后的論域?yàn)閧0，1，2，3，4，5，6}，模糊語言變量為{NB，匪，NS, Z0, PS, PM，PB}，NB表示啟動(dòng)臺(tái)數(shù)最少，PB表示啟動(dòng)臺(tái)數(shù)最多，采用重心法去模糊化，得到最終的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)。下表為本發(fā)明的模糊智能控制器的模糊規(guī)則(即模糊規(guī)則庫):
[0048]
輸出量CO濃度偏差
NB NM NS ZO PS PM PB
NB PB PB PB PM PM PS ZO
NM PB PB PM PS PS ZO NS
NS PB PM PS PS ZO NS NM
濃度
/ZO PM PS PS ZO NS NS NM
偏差
PS PS PS ZO NS NS NM NB
PM PS ZO NS NM NM NB NB
PB ZO NS NM NM NB NB NB
[0049]本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，所述模糊控制是通過引入模糊邏輯語言變量及它們之間構(gòu)成的模糊關(guān)系進(jìn)行模糊推理，從而使中央控制計(jì)算機(jī)控制進(jìn)入那些基于精確模型無法控制的禁區(qū)，以便獲得基于精確模型控制無法達(dá)到的精確控制效果。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡(jiǎn)單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的中央控制計(jì)算機(jī)、模糊智能控制器以及風(fēng)機(jī)控制柜，其中，模糊智能控制器的輸入端還連接有CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀，風(fēng)機(jī)控制柜的輸出端連接有至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，且現(xiàn)場(chǎng)控制器的輸出端均連接有至少一臺(tái)風(fēng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)機(jī)為采用放射式配電的射流風(fēng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)機(jī)上均連接有變頻器。
4.一種基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀檢測(cè)隧道內(nèi)的CO和煙霧的濃度； (2),CO濃度檢測(cè)儀和煙霧濃度檢測(cè)儀分別將檢測(cè)到的隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)輸出給模糊智能控制器和中央控制計(jì)算機(jī)； (3)、中央控制計(jì)算機(jī)控制模糊智能控制器計(jì)算處理接收到的CO濃度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)； (4)、模糊智能控制器將計(jì)算處理后得到的控制信號(hào)輸出給風(fēng)機(jī)控制柜； (5)、風(fēng)機(jī)控制柜進(jìn)一步將接收到的控制信號(hào)輸出給現(xiàn)場(chǎng)控制器； (6)、現(xiàn)場(chǎng)控制器控制射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模糊控制的隧道通風(fēng)節(jié)能控制方法，其特征在于，步驟(3)中模糊智能控制器的計(jì)算處理過程進(jìn)一步包括以下步驟: (a)、數(shù)據(jù)采集及模型初始化步驟，采集隧道內(nèi)的CO濃度和煙霧濃度，根據(jù)模糊控制器預(yù)先給定的CO濃度和煙霧濃度，計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的偏差和偏差變化率； (b)、CO濃度和煙霧濃度偏差變量模糊化步驟，根據(jù)步驟(I)計(jì)算出的偏差按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量； (c)、C0濃度和煙霧濃度偏差變化率模糊化步驟，根據(jù)步驟(I)計(jì)算出的偏差變化率按編制好的程序計(jì)算出CO濃度以及煙霧濃度的隸屬度和模糊量； (d)、模糊推理步驟，以步驟(2)和步驟(3)計(jì)算出來的模糊量為輸入?yún)?shù)，按編制好的程序在模糊規(guī)則庫中查表計(jì)算出模糊控制量； (e)、去模糊化處理步驟，把步驟(4)計(jì)算出的模糊控制量，通過編制好的程序計(jì)算出來控制量。
【文檔編號(hào)】E21F1/00GK104154019SQ201410379384
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】邵宗翰 申請(qǐng)人:昆明聯(lián)誠科技股份有限公司