隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，渦旋式壓縮機(jī)的誕生、變頻技術(shù)的完善和模糊控制技術(shù)的應(yīng)用使空調(diào)器也逐漸進(jìn)入電子控制時(shí)代。變頻控制空調(diào)器的特點(diǎn)是壓縮機(jī)可以根據(jù)室內(nèi)所需冷（熱）量的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷（熱）量，具有很多優(yōu)點(diǎn)，正被廣大空調(diào)用戶看好。一般ON/ OFF控制的空調(diào)器在實(shí)際應(yīng)用中，由于空調(diào)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，室內(nèi)機(jī)的輸出往往比壓縮機(jī)的輸出滯后，而室內(nèi)空氣參數(shù)的滯后則更大，這些都影響空調(diào)器溫度控制的精度和舒適性的提高。另外，空調(diào)器的實(shí)際運(yùn)行工況千變?nèi)f化，大多數(shù)時(shí)間空調(diào)器并非工作在*佳狀態(tài)下，而變頻控制技術(shù)正是解決上述問題的*佳方案。

　　由于空調(diào)是一個(gè)大滯后、非線性、時(shí)變的復(fù)雜控制對(duì)象，采用傳統(tǒng)的控制策略難以取得良好的控制品質(zhì)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其大容量并行處理、分布存儲(chǔ)、智能化模糊分類的特點(diǎn)以及具有自組織、自學(xué)習(xí)和處理系統(tǒng)內(nèi)在的難以解析表達(dá)的規(guī)律性的能力，為解決這類問題提供了一種簡便、有效的途徑。本文介紹一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的控制方法，使用該方法，可以快速、準(zhǔn)確的對(duì)從實(shí)際環(huán)境中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、分析，得出正確的結(jié)論。從而通過控制單元調(diào)節(jié)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和電子膨脹閥，使其根據(jù)現(xiàn)狀迅速地做出反應(yīng)，達(dá)到智能控制的效果。

　　1變頻空調(diào)控制技術(shù)所謂變頻控制空調(diào)器是將傳感器測定的實(shí)際環(huán)境狀態(tài)和空調(diào)器系統(tǒng)狀態(tài)與人們所期望達(dá)到的設(shè)定狀態(tài)進(jìn)行比較，通過模糊邏輯控制技術(shù)使空調(diào)器控制系統(tǒng)具有自調(diào)整的職能特性，從而對(duì)空調(diào)器的變頻電源及各執(zhí)行單元實(shí)施控制，使空調(diào)器的工作狀態(tài)隨著人們要求的變化和環(huán)境狀態(tài)的變化而自動(dòng)變化，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到人們的要求，并使空調(diào)器的工作狀態(tài)保持在*合理的狀態(tài)下。

　　1以msp430單片機(jī)為控制核心TI公司的msp430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，其中包括一系列器件。

　　CPU中的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控器能達(dá)到*高的代碼效率；靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到*低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6μs的時(shí)間內(nèi)激活到活躍的工作方式。同時(shí)具有以下特點(diǎn)：低電壓、超低功耗；強(qiáng)大的處理能力，保證了可編制出高效率的源程序；系統(tǒng)工作穩(wěn)定；豐富的片內(nèi)外設(shè)，可以集成較豐富的片內(nèi)外設(shè)；高的轉(zhuǎn)換速率；方便高效的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)語言有匯編語言和C語言。

　　msp430單片機(jī)主要完成以下功能：綜合室內(nèi)機(jī)制冷數(shù)據(jù)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速；根據(jù)各室內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)分別控制各個(gè)電子膨脹閥；監(jiān)測室外環(huán)境溫度、冷凝器溫度、壓縮機(jī)是否正常，確定整機(jī)工作狀態(tài)，控制壓縮機(jī)、電子膨脹閥。

　　1 2變頻空調(diào)控制單元變頻空調(diào)控制單元可分為遙控發(fā)射器、室內(nèi)控制單元及室外控制單元三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。

　　遙控發(fā)射器與室內(nèi)控制單元之間采用藍(lán)牙無線通信模塊進(jìn)行通信，室內(nèi)控制單元與室外控制單元之間進(jìn)行雙向通信以交換信息。室內(nèi)控制單元根據(jù)遙控發(fā)射器發(fā)出的命令和系統(tǒng)的狀態(tài)控制空調(diào)器的運(yùn)行、計(jì)算壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，并控制室外部分電源的開通和關(guān)斷。室外控制單元根據(jù)室內(nèi)控制單元的指令，控制空調(diào)器室外部分的運(yùn)行，并能夠獨(dú)立進(jìn)行特殊狀態(tài)運(yùn)行。原理圖如所示：

　?。?）遙控器采用4位單片機(jī)，配以鍵盤輸入，紅外發(fā)光二極管及LCD顯示器，片內(nèi)有LCD控制驅(qū)動(dòng)電路，可直接驅(qū)動(dòng)LCD顯示器。

　?。?）室內(nèi)控制單元：室內(nèi)控制單元由主控板、L ED顯示板及無線接收模塊組成。室內(nèi)控制單元的主要功能：測量室內(nèi)回風(fēng)溫度和蒸發(fā)器出口溫度以及蒸發(fā)器入口溫度；接收并處理遙控發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)，結(jié)合系統(tǒng)的狀態(tài)控制狀態(tài)的運(yùn)行；控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行及轉(zhuǎn)速；控制導(dǎo)風(fēng)板的擺動(dòng)及位置；根據(jù)室內(nèi)溫度、目標(biāo)溫度及其變化計(jì)算壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率；與室外控制單元通信；控制室外部分的電源；用L ED顯示室內(nèi)溫度、目標(biāo)溫度及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等。

　　室內(nèi)控制單元的核心是壓縮機(jī)的運(yùn)行控制和頻率計(jì)算。在本控制器中，采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法，達(dá)到制冷（制熱）速度快、超調(diào)量小及控溫精確、穩(wěn)定的效果。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，能夠?qū)⑹覝乜刂圃谀繕?biāo)溫度±0 1 5℃的范圍內(nèi)。

　　（3）室外控制單元：室外控制單元由變頻器主電路和控制板組成。

　　室外控制單元的主要功能：檢測冷凝器出口溫度和壓縮機(jī)頂蓋溫度；與室內(nèi)控制單元通信，接收并分析室內(nèi)控制單元的命令；根據(jù)室內(nèi)控制單元的命令和各檢測參數(shù)控制空調(diào)器室外部分的運(yùn)行狀態(tài)；控制室外風(fēng)機(jī)的運(yùn)行；控制換向閥的動(dòng)作；控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速以及啟動(dòng)、停止；進(jìn)行化霜運(yùn)行；進(jìn)行保護(hù)運(yùn)行。室外控制單元的核心部分是壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。室外控制單元以3 1 6 kHz的調(diào)制頻率，控制逆變器產(chǎn)生SPWM輸出，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。室外控制單元能夠根據(jù)直流側(cè)電壓的波動(dòng)進(jìn)行電壓補(bǔ)償，使系統(tǒng)的運(yùn)行不僅能夠適應(yīng)負(fù)載的變化，還能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。室外控制單元在接收室內(nèi)控制單元指令的同時(shí)，還要獨(dú)立分析室外部分的運(yùn)行狀態(tài)，判斷是否要進(jìn)入化霜運(yùn)行或保護(hù)運(yùn)行。

　　2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本文中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的誤差反向傳播（BP）算法來對(duì)空調(diào)的壓縮機(jī)進(jìn)行控制。

　　BP算法的基本思想是，學(xué)習(xí)過程由信號(hào)的正向傳播和誤差的反向傳播兩個(gè)過程組成。正向傳播時(shí)，輸入樣本從輸入層傳入，經(jīng)各隱層逐層處理后，傳向輸出層。若輸出層的實(shí)際輸出與期望的輸出（教師信號(hào)）不符，則轉(zhuǎn)入誤差的反向傳播階段。誤差反傳是將輸出誤差以某種形式通過隱層向輸入層逐層反傳，并將誤差分?jǐn)偨o各層的所有單元，從而獲得各層單元的誤差信號(hào)，此誤差信號(hào)及作為修正各單元權(quán)值的依據(jù)。這種信號(hào)正像傳播與誤差反向傳播的各層權(quán)值調(diào)整過程，是周而復(fù)始地進(jìn)行的。權(quán)值不斷調(diào)整的過程，也就是網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程。此過程一直進(jìn)行到網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差減少到可接受的程度，或進(jìn)行到預(yù)先設(shè)定的學(xué)習(xí)次數(shù)為止。

　　在BP算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，應(yīng)用*為普遍的是單隱層網(wǎng)絡(luò)。單隱層前饋網(wǎng)絡(luò)也叫三層前饋網(wǎng)，包括了輸入層、隱層和輸出層。如所示。

　　三層前饋網(wǎng)中，輸入向量為X = （ x1 ， x2…

　　xn）T，可為隱層神經(jīng)元引入閾值；隱層輸出向量為Y = （ y1 ， y2…

　　ym）T ，可為輸出層神經(jīng)元引入閾值；輸出層輸出向量為O = （ o1 ， o2…

　　ol）T；期望輸出向量為d = （ d1 ， d2…

　　dl）T。

　　輸入層到隱層的權(quán)值矩陣用V表示V = （ v1 ， v2…

　　vt…

　　vm）T，其中列向量vt為隱層第t個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的權(quán)向量；隱層到輸出層的權(quán)值矩陣用W = （ w1 ， w2…

　　wt…

　　wl）T，其中列向量vt為隱層第t個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的權(quán)向量。

　　下面分析各層信號(hào)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系：對(duì)于輸入層O k = f （ net k）

　　k = 1 ， 2…

　　l net k =∑w jk y j

　　k = 1 ， 2…

　　l ， j∈<0 ， m>對(duì)于隱層y j = f （ net j） j = 1 ， 2…

　　m net j =∑w ij x i

　　j = 1 ， 2…

　　m ， i∈<0 ， m>以上兩式中，轉(zhuǎn)移函數(shù)f （ x）均采用單極性Sigmoid函數(shù)f （ x） = 1 - e？

　　x / 1 + e？

　　x因?yàn)閒 （ x）具有連續(xù)、可導(dǎo)的特點(diǎn)，且有f′（ x） = f （ x） <1 - f （ x） > 3程序設(shè)計(jì)空調(diào)器控制過程中，房間的泄漏，人、物的多少，房間開關(guān)門的次數(shù)等都是不確定的因素，制冷量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速也是非線性關(guān)系，因而采用模糊控制比傳統(tǒng)控制精度高，過渡過程優(yōu)良，舒適性高?？刂葡到y(tǒng)如所示。

　　根據(jù)溫度傳感器測量出的溫度值和用戶輸入的需求溫度計(jì)算出二者的誤差E ，同時(shí)計(jì)算出誤差變化率d E/ dt。將這兩組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到輸入?yún)^(qū)間內(nèi)，作為網(wǎng)絡(luò)的輸入值。通過BP學(xué)習(xí)算

　　法來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程是在計(jì)算機(jī)上獨(dú)立完成的。輸入值經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)得到一個(gè)相應(yīng)的輸出值，再將輸出值轉(zhuǎn)化到控制領(lǐng)域的范圍內(nèi)，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。3 1BP學(xué)習(xí)算法基本編程步驟如下。

　?。?）初始化“對(duì)權(quán)值矩陣V、W賦隨機(jī)數(shù)，其中V為2乘2的矩陣， W為2乘1的矩陣。將樣本模式計(jì)數(shù)器p和訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)器q置為1 ，誤差E置0 ，學(xué)習(xí)率n設(shè)為0 - l間小數(shù)，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后達(dá)到的精度E min設(shè)為一正的小數(shù)；（2）輸入訓(xùn)練樣本對(duì)：樣本是由專家和技術(shù)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)給出的數(shù)據(jù)。關(guān)于如何對(duì)樣本進(jìn)行選擇和處理在下面有詳細(xì)介紹。計(jì)算各層輸出，根據(jù)樣本對(duì)向量數(shù)組X、d賦值，計(jì)算Y和O中各分量；（3）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出誤差：設(shè)共有P對(duì)訓(xùn)練樣本，網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)不同的樣本具有不向的誤差E < p> ，用其中*大者E max代表網(wǎng)絡(luò)的總誤差；（4）計(jì)算各層誤差信號(hào)： G < k> ， H < k>；（5）調(diào)整各層權(quán)值計(jì)算W ， V中各分量；（6）檢查是否對(duì)所有樣本完成一次輪訓(xùn)，若p < P - 1 ，計(jì)數(shù)器p、q增1 ，返回步驟（2） ，否則轉(zhuǎn)步驟（7） ；（7）檢查網(wǎng)絡(luò)總誤差是否達(dá)到精度要求，若E < E min，訓(xùn)練結(jié)束，否則E置0 ， p置0 ，返回步驟（2）。

　　3 1 2樣本的選擇和處理由于BP網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出數(shù)據(jù)均要求在< 0 ， 1 >區(qū)間內(nèi)，需要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行尺度變換，轉(zhuǎn)化到區(qū)間內(nèi)。這樣可以使網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練一開始就給各輸入分量以同等重要的地位；變換后可以防止因凈輸入的絕對(duì)值過大而使神經(jīng)元輸出飽和，繼而使權(quán)值調(diào)整進(jìn)入誤差曲面的平坦區(qū)；網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練值針對(duì)輸出的總誤差調(diào)整權(quán)值，使總誤差中占分額小的輸出分量相對(duì)誤差較大，解決了數(shù)值大的輸出分量絕對(duì)誤差大，數(shù)值小的輸出分量絕對(duì)誤差小的問題。

　　制冷空調(diào)溫度控制系統(tǒng)典型的響應(yīng)曲線如所示。我們來通過對(duì)此響應(yīng)曲線的分析來歸納系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程各階段對(duì)制冷控制的要求。

　　AB階段：這是系統(tǒng)的滯后階段。為了獲得較快的下降速度，應(yīng)增大制冷量，此時(shí)系統(tǒng)的特征為： E < 0 ， d E/ dt = 0。BC階段：這是系統(tǒng)的啟動(dòng)階段，當(dāng)輸出剛開始跟蹤時(shí)，應(yīng)增大制冷量，使輸出有較短的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)輸出接近穩(wěn)態(tài)值，應(yīng)逐漸減少制冷量，以減小超調(diào)，此時(shí)系統(tǒng)的特征為， E < 0 ， d E/ dt > 0。

　　CD階段：是系統(tǒng)向偏差增大方向發(fā)展的階段，應(yīng)加強(qiáng)控制，盡量降低超調(diào)，使輸出盡量回到穩(wěn)態(tài)值。此時(shí)系統(tǒng)的特征為E > 0 ， d E/ dt > 0。DE：階段：是系統(tǒng)向偏差減小趨于穩(wěn)態(tài)發(fā)展的階段，要適當(dāng)減小加控制，避免回調(diào)，此時(shí)系統(tǒng)的特征為， E < 0 ， d E/ dt < 0。EF階段：系統(tǒng)向穩(wěn)態(tài)相反的方向變化，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加以控制，使系統(tǒng)盡量回到給定值附近。此時(shí)系統(tǒng)的特征為E > 0 ，d E/ dt < 0。FG階段：系統(tǒng)呈現(xiàn)誤差逐漸減小的趨勢，為盡快穩(wěn)定，控制作用不宜太強(qiáng)，否則會(huì)出現(xiàn)再次的超調(diào)。此時(shí)系統(tǒng)的特征為， E < 0 ， d E/ dt > 0。

　　可見，在不同的響應(yīng)階段，系統(tǒng)對(duì)控制強(qiáng)弱的要求不同。這些都需要在網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程中通過訓(xùn)練樣本體現(xiàn)出來。訓(xùn)練樣本的合適與否直接影響到網(wǎng)絡(luò)的工作效率，因而要重視樣本的選擇與處理工作。

　　4結(jié)束語本文介紹了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻空調(diào)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)將當(dāng)前國際上的先進(jìn)變頻技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于空調(diào)領(lǐng)域，解決了普通空調(diào)器中存在的耗電量大、控溫不穩(wěn)定、制冷（熱）速度慢等多方面的問題，代表未來空調(diào)業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢。