CN108628315A - 一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于雾霾清理领域，公开了一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法，外壳上通过螺栓固定有电动机、电源、注水口、控制器，外壳上卡接有雷达探测器、红外线传感器、信号发射接收器，外壳上焊接有管道，外壳内部卡接有水箱；管道一端与高压水泵胀接，管道另一端卡接有高压喷雾喷头；轮胎通过轴与外壳连接，并与电动机通过齿轮连接。该发明的雷达探测器大大提高了运行速度，为远程控制和安全控制提供保证；该发明设置有高压水泵，可以将水雾喷洒到高空，进而可以实现对雾霾的清理；该发明可以进行移动位置，对大范围内的雾霾进行清理，同时实现了远程操控与智能化，节省了人力，提高了效率。
Description
技术领域
本发明属于雾霾清理领域，尤其涉及一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
雾霾是雾和霾的混合物，早晚湿度大时，雾的成分多。白天湿度小时，霾占据主力，相对湿度在80％到90％之间。其中雾是自然天气现象，空气中水汽氤氲。虽然以灰尘作为凝结核，但总体无毒无害；霾的核心物质是悬浮在空气中的烟、灰尘等物质，空气相对湿度低于80％，颜色发黄。气体能直接进入并粘附在人体下呼吸道和肺叶中，对人体健康有伤害。雾霾天气的形成是主要是人为的环境污染，再加上气温低、风小等自然条件导致污染物不易扩散。雾霾天气现象出现频率越来越高，它们在人们毫无防范的时候侵入人体呼吸道和肺叶中，从而引起呼吸系统疾病、心血管系统疾病、血液系统、生殖系统等疾病，诸如咽喉炎、肺气肿、哮喘、鼻炎、支气管炎等炎症，长期处于这种环境还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤。目前雾霾的清理设备大都数局限于室内，或者是小范围，大范围的清理只能通过降雨来实现，雾霾设备清理是效率低，且位置固定无法进行大范围的清理。
综上所述，现有技术存在的问题是：
目前雾霾的清理设备大都数局限于室内，或者是小范围，大范围的清理只能通过降雨来实现，雾霾设备清理是效率低，且位置固定无法进行大范围的清理。
现有技术PID控制，首先须将其离散化，即数字PID控制，可采用后差分来代替微分，
可得：
由式可得数字PID控制算式为
式中：n为采样序号；en为采样数值；Un为控制输出。在控制过程中，普遍采用数字PID控制的增量形式，即：
ΔUn＝Kp(en-en-1)+Kien+Kd(en-2en-1+en-2)
式中：Kd为微分系数；Ki为积分系数。上述数
字PID控制技术比较成熟、结构相对灵活、控制效果比较理想，但是需要对其3个参数(Kp，Kd，Ki)进行预先整定，考虑到温度本身的变化十分缓慢，不利于参数调整和系统调试。
现有技术中，雷达探测器探测运动物体的运行转速准确性差，获得的数据不准确，导致控制的效果差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法。
本发明是这样实现的，一种高效环保的雾霾净化设备的控制方法，所述高效环保的雾霾净化设备的控制方法包括：
通过雷达探测器探测电动机的运行转速，判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度，将判断速度传输给控制器；判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度中，采用近似匀速直线运动状态模型来表示高效环保的雾霾净化设备的移动速度状态，确定高效环保的雾霾净化设备的运动模型和测量模型；采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；控制器通过预测到的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；判断出高效环保的雾霾净化设备的运行速度；采用障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的水平距离的测量值作为运动高效环保的雾霾净化设备的测量模型；
红外线传感器对前方路况障碍信息进行检测，并将障碍信息传递给控制器；
控制器对速度信息、障碍信息进行判断；
控制器将信息判断后通过模糊自适应PID控制方法做出前进后退以及转弯命令传递到电动机，电动机带动轮胎进行滚动；模糊自适应PID控制中，控制器为实际电动机的调整值与给定值间偏差e和误差变化ec的PID增益调整控制器；通过e和ec的变化，改变输出变量的调整因子αe，αec和βpid，通过对量化因子Ke，Kec，和比例因子LK(m)的调整，m为p，i，d，进行输入输出论域的调整变化；控制器的输入量为调整值误差e，调整值误差变化为ec，输出控制量为ΔKp，ΔKi，ΔKd，归一化论域均为[-1，+1]，根据调整值的动态范围[emin，emax]，[ecmin，ecmax]，[ΔKmmin，ΔKmmax]，选择和确定量化因子Ke，Kec，以及比例因子LK(m)；论域的变换表达式为
通过注水口将水注入水箱内，水箱对水进行储存，高压水泵将水从导管抽入管道，并给水一个高压，使水从高压喷雾喷头喷出，喷出的水雾对空气中的雾霾进行清理；
同时信号发射接收器与指挥中心连接后，由指挥中心发布操控指令。
进一步，根据Mamdami的最小最大推理方法，采用加权平均解控制输出为：
式中：Ci为输入模糊子集；为隶属度函数；
PID控制参数调整量为
Kp＝Kp0+ΔKp
Ki＝Ki0+ΔKi
Kd＝Kd0+ΔKd
系统实际控制输出为
误差e，误差变化ec和控制量ΔKp，ΔKi，ΔKd采用一样的模糊子集，隶属度函数采用对称、均匀分布的三角形形式；根据PID中参数调整经验和误差逼近原理，建立ΔKp，ΔKi，ΔKd控制规则，误差e，误差变化ec的模糊子集为｛NB，NS，ZE，PS，PB}；伸缩因子αe，αec和βpid的模糊子集为：{B，M，S，VS}，{VB，B，M，S，VS}；
输入论域的调整因子为
式中：τ为常数，0＜τ＜1；
电动机调整程度的大小：
式中：KI为比例常数；pi为隶属值；初值β(0)根据实际情况调整，取β(0)＝1；得控制的输出为
式中：Ajl为隶属函数；α(xi)为误差xi对应的调整因子；yl为未经过调整因子处理的输出。
在模糊PID控制中引入变论域，通过变论域自适应调整，对模糊PID控制器的参数进行适当调整，从而可以克服传统模糊PID控制自适应能力弱的缺点。
进一步，确定高效环保的雾霾净化设备的运行速度的运动模型和测量模型；
运动状态用当前的位置和速度进行描述：
上述公式中(x(tk)，y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标，vx(tk)和vy(tk)分别表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的速度；采用近似匀速直线运动模型来高效环保的雾霾净化设备的移动情况：
其中系数和通过如下公式给定：
在上述公式中Δtk表示相邻时刻采样时间的间隔，是均值为0，协方差矩阵为Qw的高斯分布的向量；wx和wy分别表示高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的高效环保的雾霾净化设备的加速度，wx和wy互不相关，则Qw表示如下：
雾霾净化设备的高度都不变，高效环保的雾霾净化设备的移动仅限于水平上的Ｘ和Y维度上，分析2维方向平面，即水平方向上的障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离，tk时刻障碍物体与高效环保的雾霾净化设备之间的水平距离为则有如下公式：
其中，(x0，y0)为障碍物体的水平坐标点，是一个固定坐标值，(x(tk)，y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标；
tk时刻障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离的测量值表示如下：
上式中表示tk时刻障碍物体的测量值，表示tk时刻障碍物体的噪声测量值。
进一步，采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；
采用滤波算法基于已有的历史位置信息，进行高效环保的雾霾净化设备位置的预测，采用扩展卡尔曼滤波算法；和为统计特性已知的相互独立的高斯白噪声序列，均值为零、协方差矩阵分别为和基于扩展卡尔曼滤波的目标跟踪过程描述如下：给定tk时刻状态估计以及相应估计误差协方差阵并且假设时刻障碍物体选择作为此时的观测值；tk+1时刻的目标状态估计和相应估计误差协tk+1方差矩阵则由下列方程迭代给出：
系统状态预测：
误差协方差预测：
系统状态更新：
误差协方差更新：
其中，相应的参数通过如下公式计算得到：
其中，为tk+1时刻测量噪声的方差，表示tk+1时刻误差预测值的自相关函数，表示tk+1时刻的增益更新系数，则为tk+1时刻的预测的距离对状态预测的偏导数。
进一步，障碍物体基于控制器预测的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；包括：
采用有源天线高效环保的雾霾净化设备级波束赋形模型，障碍物体针对每个高效环保的雾霾净化设备都有一个辐射波束，对每个高效环保的雾霾净化设备设置一个可调的电子下倾角；高效环保的雾霾净化设备从一个位置移动另一个位置，障碍物体对高效环保的雾霾净化设备的波束也会发生变动；障碍物体坐标为原点O(O，I，H)，H为一个常量，代表障碍物体距离地面的垂直高度，初始时刻某个高效环保的雾霾净化设备的位置为A(x1，y1，z1)，垂直仰角和水平方位角为一段时间后，高效环保的雾霾净化设备移动到位置B(x2，y2，z1)，此时高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角为
基于高效环保的雾霾净化设备的位置信息，高效环保的雾霾净化设备的水平方向角和垂直仰角通过下面的公式求出：
其中，HBs表示障碍物体坐标的垂直高度H；高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角的取值范围为θ1∈(0，π)，
本发明的另一目的在于提供一种实现所述高效环保的雾霾净化设备控制方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述高效环保的雾霾净化设备控制方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述高效环保的雾霾净化设备控制方法高效环保的雾霾净化设备，设置有：
外壳，
所述外壳上通过螺栓固定有电动机、电源、注水口、控制器，外壳上卡接有雷达探测器、红外线传感器、信号发射接收器，外壳上焊接有管道，外壳内部卡接有水箱；
管道一端与高压水泵胀接，管道另一端卡接有高压喷雾喷头；
轮胎通过轴与外壳连接，并与电动机通过齿轮连接；
所述电动机、雷达探测器、红外线传感器、控制器、信号发射接收器、高压水泵与电源通过导线来连接；
所述注水口穿过外壳与水箱连接；
所述高压水泵卡接在水箱上。
本发明的另一目的在于提供一种搭载有所述高效环保的雾霾净化设备的雾霾净化车。
本发明的优点及积极效果为：
该发明设置有雷达探测器、红外线传感器，可以对前方是否存在障碍进行判断，实现在一定的区域内进行智能自我行走，可以使得该装置进行户外移动清理雾霾。该发明设置有信号发射接收器，可以实现远程对装置进行操控，可以同时远距离同时控制多个，大大提高了雾霾的清理效率；该发明设置有高压水泵，可以将水雾喷洒到高空，进而可以实现对雾霾的清理。
该发明可以进行移动位置，对大范围内的雾霾进行清理，同时实现了远程操控与智能化，节省了人力，提高了效率。
本发明的控制器实现了相关参数的预整定及在线学习。
本发明通过雷达探测器探测电动机的运行转速，判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度，将判断速度传输给控制器；判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度中，采用近似匀速直线运动状态模型来表示高效环保的雾霾净化设备的移动速度状态，确定高效环保的雾霾净化设备的运动模型和测量模型；采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；控制器通过预测到的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；判断出高效环保的雾霾净化设备的运行速度；相比于现有技术提高近6个百分点，为速度的控制提供了保证。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高效环保的雾霾净化设备结构示意图；
图2是本发明实施例提供的高效环保的雾霾净化设备外观示意图；
图中：1、高压喷雾喷头；2、管道；3、外壳；4、雷达探测器；5、红外线传感器；6、电动机；7、轮胎；8、电源；9、水箱；10、注水口；11、控制器；12、信号发射接收器；13、高压水泵；14、导管。
图3是本发明实施例提供的传统PID控制和本发明PID控制(模糊控制)时阶跃响应曲线图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1详细说明如下。
如图1至图2所示，本发明实施例提供的高效环保的雾霾净化设备，包括：高压喷雾喷头1、管道2、外壳3、雷达探测器4、红外线传感器5、电动机6、轮胎7、电源8、水箱9、注水口10、控制器11、信号发射接收器12、高压水泵13、导管14。
外壳3上通过螺栓固定有电动机6、电源8、注水口10、控制器11，外壳3上卡接有雷达探测器4、红外线传感器5、信号发射接收器12，外壳3上焊接有管道2，外壳3内部卡接有水箱9；
管道2一端与高压水泵13胀接，管道2另一端卡接有高压喷雾喷头1；
轮胎7通过轴与外壳3连接，并与电动机6通过齿轮连接。
电动机6、雷达探测器4、红外线传感器5、控制器11、信号发射接收器12、高压水泵13与电源8通过导线来连接。
注水口110穿过外壳3与水箱9连接。
高压水泵13卡接在水箱9上。
本发明的工作原理：该发明通过雷达探测器4、红外线传感器5对前方路况进行检测，并将信息传递给控制器11，控制器11将信息判断后做出前进后退以及转弯命令传递到电动机6，电动机6带动轮胎7进行滚动；通过注水口10将水注入水箱9内，水箱9对水进行储存，高压水泵13将水从导管14抽入管道2，并给水一个高压，使得水从高压喷雾喷头1喷出，喷出的水雾对空气中的雾霾进行清理；同时信号发射接收器12可以实现远程对装置进行操控，可以同时远距离同时控制多个，大大提高了雾霾的清理效率，电源8提供能量供应，外壳3对进行支撑保护。
下面结合具体分析对本发明的控制器的控制方法作进一步描述。
本发明实施例提供的高效环保的雾霾净化设备的控制方法，包括：
通过雷达探测器探测电动机的运行转速，判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度，将判断速度传输给控制器；判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度中，采用近似匀速直线运动状态模型来表示高效环保的雾霾净化设备的移动速度状态，确定高效环保的雾霾净化设备的运动模型和测量模型；采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；控制器通过预测到的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；判断出高效环保的雾霾净化设备的运行速度；采用障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的水平距离的测量值作为运动高效环保的雾霾净化设备的测量模型；
红外线传感器对前方路况障碍信息进行检测，并将障碍信息传递给控制器；
控制器对速度信息、障碍信息进行判断；
控制器将信息判断后通过模糊自适应PID控制方法做出前进后退以及转弯命令传递到电动机，电动机带动轮胎进行滚动；模糊自适应PID控制中，控制器为实际电动机的调整值与给定值间偏差e和误差变化ec的PID增益调整控制器；通过e和ec的变化，改变输出变量的调整因子αe，αec和βpid，通过对量化因子Ke，Kec，和比例因子LK(m)的调整，m为p，i，d，进行输入输出论域的调整变化；控制器的输入量为调整值误差e，调整值误差变化为ec，输出控制量为ΔKp，ΔKi，ΔKd，归一化论域均为[-1，+1]，根据调整值的动态范围[emin，emax]，[ecmin，ecmax]，[ΔKmmin，ΔKmmax]，选择和确定量化因子Ke，Kec，以及比例因子LK(m)；论域的变换表达式为
通过注水口将水注入水箱内，水箱对水进行储存，高压水泵将水从导管抽入管道，并给水一个高压，使水从高压喷雾喷头喷出，喷出的水雾对空气中的雾霾进行清理；
同时信号发射接收器与指挥中心连接后，由指挥中心发布操控指令。
根据Mamdami的最小最大推理方法，采用加权平均解控制输出为：
式中：Ci为输入模糊子集；为隶属度函数；
PID控制参数调整量为
Kp＝Kp0+ΔKp
Ki＝Ki0+ΔKi
Kd＝Kd0+ΔKd
系统实际控制输出为
误差e，误差变化ec和控制量ΔKp，ΔKi，ΔKd采用一样的模糊子集，隶属度函数采用对称、均匀分布的三角形形式；根据PID中参数调整经验和误差逼近原理，建立ΔKp，ΔKi，ΔKd控制规则，误差e，误差变化ec的模糊子集为｛NB，NS，ZE，PS，PB}；伸缩因子αe，αec和βpid的模糊子集为：{B，M，S，VS}，{VB，B，M，S，VS}；
输入论域的调整因子为
式中：τ为常数，0＜τ＜1；
电动机调整程度的大小：
式中：KI为比例常数；pi为隶属值；初值β(0)根据实际情况调整，取β(0)＝1；得控制的输出为
式中：Ajl为隶属函数；α(xi)为误差xi对应的调整因子；yl为未经过调整因子处理的输出。
在模糊PID控制中引入变论域，通过变论域自适应调整，对模糊PID控制器的参数进行适当调整，从而可以克服传统模糊PID控制自适应能力弱的缺点。
确定高效环保的雾霾净化设备的运行速度的运动模型和测量模型；
运动状态用当前的位置和速度进行描述：
上述公式中(x(tk)，y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标，vx(tk)和vy(tk)分别表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的速度；采用近似匀速直线运动模型来高效环保的雾霾净化设备的移动情况：
其中系数和通过如下公式给定：
在上述公式中表示相邻时刻采样时间的间隔，是均值为0，协方差矩阵为Qw的高斯分布的向量；wx和wy分别表示高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的高效环保的雾霾净化设备的加速度，wx和wy互不相关，则Qw表示如下：
雾霾净化设备的高度都不变，高效环保的雾霾净化设备的移动仅限于水平上的X和Y维度上，分析2维方向平面，即水平方向上的障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离，tk时刻障碍物体与高效环保的雾霾净化设备之间的水平距离为则有如下公式：
其中，(x0，y0)为障碍物体的水平坐标点，是一个固定坐标值，(x(tk)，y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标；
tk时刻障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离的测量值表示如下：
上式中表示tk时刻障碍物体的测量值，表示tk时刻障碍物体的噪声测量值。
采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；
采用滤波算法基于已有的历史位置信息，进行高效环保的雾霾净化设备位置的预测，采用扩展卡尔曼滤波算法；和为统计特性已知的相互独立的高斯白噪声序列，均值为零、协方差矩阵分别为和基于扩展卡尔曼滤波的目标跟踪过程描述如下：给定tk时刻状态估计以及相应估计误差协方差阵并且假设时刻障碍物体选择作为此时的观测值；tk+1时刻的目标状态估计和相应估计误差协tk+1方差矩阵则由下列方程迭代给出：
系统状态预测：
误差协方差预测：
系统状态更新：
误差协方差更新：
其中，相应的参数通过如下公式计算得到：
其中，为tk+1时刻测量噪声的方差，表示tk+1时刻误差预测值的自相关函数，表示tk+1时刻的增益更新系数，则为tk+1时刻的预测的距离对状态预测的偏导数。
障碍物体基于控制器预测的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；包括：
采用有源天线高效环保的雾霾净化设备级波束赋形模型，障碍物体针对每个高效环保的雾霾净化设备都有一个辐射波束，对每个高效环保的雾霾净化设备设置一个可调的电子下倾角；高效环保的雾霾净化设备从一个位置移动另一个位置，障碍物体对高效环保的雾霾净化设备的波束也会发生变动；障碍物体坐标为原点O(O，O，H)，H为一个常量，代表障碍物体距离地面的垂直高度，初始时刻某个高效环保的雾霾净化设备的位置为A(x1，y1，z1)，垂直仰角和水平方位角为一段时间后，高效环保的雾霾净化设备移动到位置B(x2，y2，z1)，此时高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角为
基于高效环保的雾霾净化设备的位置信息，高效环保的雾霾净化设备的水平方向角和垂直仰角通过下面的公式求出：
其中，HBs表示障碍物体坐标的垂直高度H；高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角的取值范围为θ1∈(0，π)，
下面结合仿真实验对本发明的控制器的控制方法作进一步描述。
仿真实验结果
传统PID控制和本发明PID控制(模糊控制)时阶跃响应曲线见图3。由仿真结果可知，模糊PID控制时振荡和超调量都很小，传统PID算法需要56s才能趋于稳定，而模糊PID控制时算法调节时间为28s，传统PID超调量为25％，而模糊PID控制时的超调量仅为1.8％，由此可以看出模糊PID控制明显优于传统PID控制。
针对包装热合装置的温控系统存在实时性差和时间滞后等问题，提出了一种基于模糊PID的温度控制方法。采用变论域模糊PID实现控制参数自整定和控制规则的自调整，并将其与传统PID控制，
行了对比，本发明模糊PID控制方法较传统PID控制能更稳定地控制电动机的运行方向、速度等，能够实现电动机的高精度控制。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字高效环保的雾霾净化设备线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高效环保的雾霾净化设备的控制方法，其特征在于，所述高效环保的雾霾净化设备的控制方法包括：
通过雷达探测器探测电动机的运行转速，判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度，将判断速度传输给控制器；判断高效环保的雾霾净化设备的运行速度中，采用近似匀速直线运动状态模型来表示高效环保的雾霾净化设备的移动速度状态，确定高效环保的雾霾净化设备的运动模型和测量模型；采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；控制器通过预测到的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；判断出高效环保的雾霾净化设备的运行速度；采用障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的水平距离的测量值作为运动高效环保的雾霾净化设备的测量模型；
红外线传感器对前方路况障碍信息进行检测，并将障碍信息传递给控制器；
控制器对速度信息、障碍信息进行判断；
控制器将信息判断后通过模糊自适应PID控制方法做出前进后退以及转弯命令传递到电动机，电动机带动轮胎进行滚动；模糊自适应PID控制中，控制器为实际电动机的调整值与给定值间偏差e和误差变化ec的PID增益调整控制器；通过e和ec的变化，改变输出变量的调整因子αe，αec和βpid，通过对量化因子Ke，Kec，和比例因子LK(m)的调整，m为p,i,d，进行输入输出论域的调整变化；控制器的输入量为调整值误差e，调整值误差变化为ec，输出控制量为ΔKp，ΔKi，ΔKd，归一化论域均为[-1,+1]，根据调整值的动态范围[emin，emax]，[ecmin，ecmax]，[ΔKmmin，ΔKmmax]，选择和确定量化因子Ke，Kec，以及比例因子LK(m)；论域的变换表达式为
通过注水口将水注入水箱内，水箱对水进行储存，高压水泵将水从导管抽入管道，并给水一个高压，使水从高压喷雾喷头喷出，喷出的水雾对空气中的雾霾进行清理；
同时信号发射接收器与指挥中心连接后，由指挥中心发布操控指令。
2.如权利要求1所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法，其特征在于，根据Mamdami的最小最大推理方法，采用加权平均解控制输出为：
式中：Ci为输入模糊子集；为隶属度函数；
PID控制参数调整量为
Kp＝Kp0+ΔKp
Ki＝Ki0+ΔKi
Kd＝Kd0+ΔKd
系统实际控制输出为
误差e，误差变化ec和控制量ΔKp，ΔKi，ΔKd采用一样的模糊子集，隶属度函数采用对称、均匀分布的三角形形式；根据PID中参数调整经验和误差逼近原理，建立ΔKp，ΔKi，ΔKd控制规则，误差e，误差变化ec的模糊子集为{NB，NS，ZE，PS，PB}；伸缩因子αe，αec和βpid的模糊子集为：{B，M，S，VS}，{VB，B，M，S，VS}；
输入论域的调整因子为
式中：τ为常数，0<τ<1；
电动机调整程度的大小：
式中：KI为比例常数；pi为隶属值；初值β(0)根据实际情况调整，取β(0)＝1；得控制的输出为
式中：Ajl为隶属函数；α(xi)为误差xi对应的调整因子；yl为未经过调整因子处理的输出。
3.如权利要求1所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法，其特征在于，
确定高效环保的雾霾净化设备的运行速度的运动模型和测量模型；
运动状态用当前的位置和速度进行描述：
上述公式中(x(tk),y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标，vx(tk)和vy(tk)分别表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的速度；采用近似匀速直线运动模型来高效环保的雾霾净化设备的移动情况：
其中系数和通过如下公式给定：
在上述公式中Δtk表示相邻时刻采样时间的间隔，是均值为0，协方差矩阵为Qw的高斯分布的向量；wx和wy分别表示高效环保的雾霾净化设备在X轴和Y轴的方向的高效环保的雾霾净化设备的加速度，wx和wy互不相关，则Qw表示如下：
雾霾净化设备的高度都不变，高效环保的雾霾净化设备的移动仅限于水平上的X和Y维度上，分析2维方向平面，即水平方向上的障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离，tk时刻障碍物体与高效环保的雾霾净化设备之间的水平距离为则有如下公式：
其中，(x0,y0)为障碍物体的水平坐标点，是一个固定坐标值，(x(tk),y(tk))表示tk时刻高效环保的雾霾净化设备的位置坐标；
tk时刻障碍物体到高效环保的雾霾净化设备的距离的测量值表示如下：
上式中表示tk时刻障碍物体的测量值，表示tk时刻障碍物体的噪声测量值。
4.如权利要求1所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法，其特征在于，采用滤波算法进行高效环保的雾霾净化设备的位置的跟踪和预测；
采用滤波算法基于已有的历史位置信息，进行高效环保的雾霾净化设备位置的预测，采用扩展卡尔曼滤波算法；和为统计特性已知的相互独立的高斯白噪声序列，均值为零、协方差矩阵分别为和基于扩展卡尔曼滤波的目标跟踪过程描述如下：给定tk时刻状态估计以及相应估计误差协方差阵并且假设时刻障碍物体选择作为此时的观测值；tk+1时刻的目标状态估计和相应估计误差协tk+1方差矩阵则由下列方程迭代给出：
系统状态预测：
误差协方差预测：
系统状态更新：
误差协方差更新：
其中，相应的参数通过如下公式计算得到：
其中，为tk+1时刻测量噪声的方差，表示tk+1时刻误差预测值的自相关函数，表示tk+1时刻的增益更新系数，则为tk+1时刻的预测的距离对状态预测的偏导数。
5.如权利要求1所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法，其特征在于，障碍物体基于控制器预测的高效环保的雾霾净化设备的位置信息，计算出每个高效环保的雾霾净化设备的水平方位角和垂直仰角；包括：
采用有源天线高效环保的雾霾净化设备级波束赋形模型，障碍物体针对每个高效环保的雾霾净化设备都有一个辐射波束，对每个高效环保的雾霾净化设备设置一个可调的电子下倾角；高效环保的雾霾净化设备从一个位置移动另一个位置，障碍物体对高效环保的雾霾净化设备的波束也会发生变动；障碍物体坐标为原点O(0,0,H)，H为一个常量，代表障碍物体距离地面的垂直高度，初始时刻某个高效环保的雾霾净化设备的位置为A(x1,y1,z1)，垂直仰角和水平方位角为一段时间后，高效环保的雾霾净化设备移动到位置B(x2,y2,z1)，此时高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角为
基于高效环保的雾霾净化设备的位置信息，高效环保的雾霾净化设备的水平方向角和垂直仰角通过下面的公式求出：
其中，HBS表示障碍物体坐标的垂直高度H；高效环保的雾霾净化设备的垂直仰角和水平方位角的取值范围为θ1∈(0,π)，
6.一种实现权利要求1～5任意一项所述高效环保的雾霾净化设备控制方法的计算机程序。
7.一种实现权利要求1～5任意一项所述高效环保的雾霾净化设备控制方法的信息数据处理终端。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-5任意一项所述的高效环保的雾霾净化设备控制方法。
9.一种实现权利要求1所述高效环保的雾霾净化设备控制方法高效环保的雾霾净化设备，其特征在于，所述高效环保的雾霾净化设备设置有：
外壳，
所述外壳上通过螺栓固定有电动机、电源、注水口、控制器，外壳上卡接有雷达探测器、红外线传感器、信号发射接收器，外壳上焊接有管道，外壳内部卡接有水箱；
管道一端与高压水泵胀接，管道另一端卡接有高压喷雾喷头；
轮胎通过轴与外壳连接，并与电动机通过齿轮连接；
所述电动机、雷达探测器、红外线传感器、控制器、信号发射接收器、高压水泵与电源通过导线来连接；
所述注水口穿过外壳与水箱连接；
所述高压水泵卡接在水箱上。
10.一种搭载有权利要求9所述高效环保的雾霾净化设备的雾霾净化车。
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|---|---|---|---|
| CN201810632732.0A CN108628315A (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法 |
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| CN201810632732.0A CN108628315A (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种高效环保的雾霾净化设备及控制方法 |
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- 2018-06-20 CN CN201810632732.0A patent/CN108628315A/zh active Pending
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