CN117404262B - 基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法及控制器。方法包括：实时获取当前的环境温度、每个叶片叶尖的内表面温度以及每个叶片的覆冰厚度；在环境温度低于第一预设温度且维持的时长达到第一预设时长，以及任意一个叶片叶尖的内表面温度小于或等于第二预设温度的情况下，控制气热除冰系统启动；将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度；根据每个规则对应的隶属度确定针对每个叶片的每个规则的激活度；根据叶片的多个规则对应的多个激活度确定叶片的加热时长；控制气热除冰系统根据每个叶片的加热时长执行对应的加热操作除冰。

Description

基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法及控制器

技术领域

本申请涉及风机叶片气热除冰技术领域，具体涉及一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法、风机气热除冰装置、存储介质及控制器。

背景技术

在低温且多湿的气候条件下，风机叶片容易覆冰，而覆冰下的叶片气动性能会降低，从而影响风力发电系统的性能和可靠性。因此，除冰技术在风力发电系统中至关重要。目前，常见的风机叶片除冰方法主要包括机械除冰、电热除冰和气热除冰。其中，气热除冰为最为广泛使用的除冰方法，气热除冰是通过向叶片内表面鼓入热空气，结合叶片自身通透性形成热风循环，将热量传导至叶片外表面，降低覆冰黏附力实现覆冰脱除。然而，现有的气热除冰方法存在能耗高、传热效率低以及因为叶片在极端环境下结冰机制造成的热力场物理模型不清晰等问题，导致难以实现精准高效除冰。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，用以解决现有技术中因为叶片在极端环境下结冰机制造成的热力场物理模型不清晰等问题，导致难以实现精准高效除冰的技术缺陷。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，风机包括多个叶片，控制方法包括：

在风机处于覆冰状态的情况下，实时获取当前的环境温度、每个叶片叶尖的内表面温度以及每个叶片的覆冰厚度；

在环境温度低于第一预设温度且维持的时长达到第一预设时长，以及任意一个叶片叶尖的内表面温度小于或等于第二预设温度的情况下，控制气热除冰系统启动；

针对任意一个叶片，将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度，其中，预设模糊控制规则库是基于多个历史内表面温度和多个历史覆冰厚度建立的；

根据每个规则对应的隶属度确定针对每个叶片的每个规则的激活度；

针对任意一个叶片，根据叶片的多个规则对应的多个激活度确定叶片的加热时长；

控制气热除冰系统根据每个叶片的加热时长执行对应的加热操作，以完成针对风机的除冰操作。

在本申请的实施例中，控制方法还包括预设模糊控制规则库的构建步骤，构建步骤包括：分别将内表面温度和覆冰厚度设置为第一输入参数和第二输入参数；根据多个历史内表面温度的温度大小对第一输入参数进行模糊化处理，以得到针对第一输入参数的温度模糊集合，其中，温度模糊集合至少包括第一温度模糊子集、第二温度模糊子集以及第三温度模糊子集；根据多个历史覆冰厚度的厚度大小对第二输入参数进行模糊化处理，以得到针对第二输入参数的厚度模糊集合，其中，厚度模糊集合至少包括第一厚度模糊子集、第二厚度模糊子集以及第三厚度模糊子集；针对任意一个温度模糊子集，将温度模糊子集与多个厚度模糊子集进行组合，以生成与温度模糊子集对应的多个规则；在确定每个温度模糊子集对应的多个规则之后，构建针对温度模糊集合分别对应的多个规则的预设模糊控制规则库。

在本申请的实施例中，构建步骤还包括：通过预设隶属函数基于多个历史内表面温度确定与温度模糊集合对应的多个第一隶属区间，以及基于多个历史覆冰厚度确定与厚度模糊集合对应的多个第二隶属区间；将加热时长设置为输出参数，其中，每个规则对应一个输出参数；根据多个第一隶属区间和多个第二隶属区间确定在每个规则下的加热时长的变化函数。

在本申请的实施例中，针对任意一个叶片，将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度包括：在将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库之后，根据内表面温度的温度大小确定内表面温度在温度模糊集合中所在的多个温度模糊子集，并根据覆冰厚度的厚度大小确定覆冰厚度在厚度集合中所在的多个厚度模糊子集；根据内表面温度的温度大小和所在的多个温度模糊子集确定内表面温度在每个温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，并根据覆冰厚度的厚度大小和多个厚度模糊子集确定覆冰厚度在每个厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度；根据内表面温度所在的多个温度模糊子集和覆冰厚度所在的多个厚度模糊子集确定针对叶片的多个规则，并根据每个规则对应的第一隶属度和第二隶属度确定每个规则对应的隶属度；将隶属度满足预设条件的规则确定为针对叶片的多个规则，并将多个规则和多个规则对应的隶属度进行输出。

在本申请的实施例中，针对任意一个规则对应的激活度，激活度包括根据公式(1)确定：

OA(n)＝MBT∧MBD∧τ(t) (1)

其中，OA(n)为第n条规则对应的激活度，MBT为叶片的内表面温度在第n条规则下的温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，MBD为叶片的覆冰厚度在第n条规则下的厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度，τ(t)为第n条规则下加热时长的变化函数。

在本申请的实施例中，针对任意一个叶片，根据叶片的多个规则对应的多个激活度确定叶片的加热时长包括：以加热时长为横轴、隶属度为纵轴建立针对激活度的二维坐标系；针对任意一个规则，确定规则在二维坐标系下与横轴之间构成的几何图形；将多个几何图形进行融合，并确定针对多个规则下的区域面积；根据区域面积确定叶片的加热时长。

在本申请的实施例中，根据区域面积确定叶片的加热时长包括根据公式(2)确定：

其中，t_out为加热时长，M为区域面积。

本申请第二方面提供一种控制器，被配置成执行上述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

本申请第三方面提供一种风机气热除冰装置，包括上述被配置成执行上述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法的控制器。

本申请第四方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被控制器执行时使得所述控制器被配置成执行上述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

上述技术方案，在当前的环境温度、叶片叶尖的内表面温度满足气热除冰系统的启动条件之后，将叶片叶尖的内表面温度和叶片覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库中，通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则和每个规则对应的隶属度，从而可以根据隶属度确定每个规则的激活度，并基于激活度计算叶片的加热时长。该方法不需要对叶片传热特性以及热力场进行数学建模，构造相对简单，模拟人工经验，通过叶尖的内表面温度和覆冰厚度等实时参数基于模糊控制的基本原理精确得到叶片的加热时长，实现了对风机叶片除冰系统的高效控制，以实现精准、高效的除冰。

本申请实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：

图1示意性示出了根据本申请实施例的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法的流程示意图；

图2示意性示出了根据本申请实施例的一种温度模糊集合的隶属度示意图；

图3示意性示出了根据本申请实施例的一种厚度模糊集合的隶属度示意图；

图4示意性示出了根据本申请实施例的一种加热时长模糊集合的隶属度示意图；

图5示意性示出了根据本申请实施例的2℃在所在的多个温度模糊子集下的隶属度示意图；

图6示意性示出了根据本申请实施例的0.8mm在所在的多个厚度模糊子集下的隶属度示意图；

图7示意性示出了根据本申请实施例的一种在M(3)和L(6)规则下分别对应的隶属度示意图；

图8示意性示出了根据本申请实施例的一种多个规则下的几何图形示意图；

图9示意性示出了根据本申请实施例的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

图1示意性示出了根据本申请实施例的一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法的流程示意图。如图1所示，本申请实施例提供一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，该方法可以包括下列步骤。

步骤101、在风机处于覆冰状态的情况下，实时获取当前的环境温度、每个叶片叶尖的内表面温度以及每个叶片的覆冰厚度。

在本申请实施例中，风机是指风力发电机，在风力发电的过程中常常需要使用到风机。空气切入到风机风轮叶片中会产生阻力或者是升力，在这两种力的作用下，风机的叶片就能旋转起来，从而带动发电机产生电能。风能是可再生能源，同时也属于清洁能源，通过风能发电不仅可以减少能源的消耗，同时也会减少发电过程对环境的污染。应当理解的是，一个风机可以包括多个叶片。覆冰是指环境温度达到特定低温时在叶片的绝缘层表面形成的冰层或冻结物，其中，特定低温可以是指湿冷空气的冻结温度。

在本技术方案中，在检测到风机处于覆冰状态的情况下，控制器实时获取当前的环境温度、每个叶片叶尖的内表面温度以及每个叶片的覆冰厚度，具体地，风机上安装有一个或多个气象传感器，气象传感器是用于测量和监测气象参数的器件或设备，它们能够将环境中的物理量转换成电信号，并提供相应的测量数据，通过气象传感器可以实时获取当前的环境温度以及每个叶片叶尖的内表面温度。其中，叶片由叶片壁和内腔构成，叶片壁可以是指由不同材质组成具备一定厚度的实心层，内腔为空心层，热空气可以在内腔流动将热量传递给叶片壁，使得叶片壁温度升高，覆冰自动脱落实现除冰。因此，叶片包括与内腔接触的内表面，以及与外部空气接触的外表面。叶片叶尖是指叶片的最远端，热空气在叶片的内腔流动时，最后才能流动至叶尖端，且热空气在流动的过程中热量降低，因此，对于任意一个叶片而言，叶尖的温度最低。因此，在本技术方案中，为了保证叶片能够在不被高温损坏的条件下高效完成除冰动作，控制器需实时获取叶片叶尖的内表面温度。

步骤102、在环境温度低于第一预设温度且维持的时长达到第一预设时长，以及任意一个叶片叶尖的内表面温度小于或等于第二预设温度的情况下，控制气热除冰系统启动。

在本申请实施例中，气热除冰系统可以是指可以使用气热除冰方法对风机完成除冰动作的一种系统。其中，气热除冰方法是通过向叶片内表面鼓入热空气，结合叶片自身通透性形成热风循环，将热量传导至叶片外表面，降低覆冰黏附力使得覆冰从叶片外表面进行脱落的一种除冰方法，其具有操作简单、成本较低以及对叶片表面的损伤较小等优点。控制器在获取到当前的环境温度，以及每个叶片叶尖的内表面温度之后，需进一步判断当前的温度是否满足气热除冰系统的启动条件。具体地，气热除冰系统的启动条件可以是指环境温度低于第一预设温度且维持的时长达到第一预设时长，以及任意一个叶片叶尖的内表面温度小于或等于第二预设温度。其中，第一预设温度、第一预设时长以及第二预设温度可以根据实际需求结合历史经验进行设置，在本技术方案中，第一预设温度可以设置为3℃，第二预设温度可以是指50℃，第一预设时长可以是指1min。具体地，控制器需判断当前的环境温度是否低于3℃，并且维持的时长达到1min，同时，叶片叶尖的内表面温度是否小于或等于即不超过50℃。若环境温度低于3℃超过1min，且叶片叶尖的内表面温度不超过50℃则可以确认满足气热除冰系统的启动条件，控制器控制气热除冰系统启动。否则，控制器不控制气热除冰系统启动，并通过气象传感器继续检测当前的环境温度和叶片叶尖的内表面温度，直至当前的环境温度和叶片叶尖的内表面温度满足气热除冰系统的启动条件。

步骤103、针对任意一个叶片，将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度，其中，预设模糊控制规则库是基于多个历史内表面温度和多个历史覆冰厚度建立的。

在本申请实施例中，控制器在确定当前的温度满足气热除冰系统的启动条件的情况下控制气热除冰系统启动之后，将每个叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库中，其中，预设模糊控制规则库是指可以输出多个模糊规则的一种自定义规则库，且规则库中的每个模糊规则由若干个前提部分和一个结论部分组成。在本技术方案中，预设模糊控制规则库是基于多个历史内表面温度和多个历史覆冰厚度建立的。具体地，针对任意一个叶片，控制器将叶片叶尖的内表面温度和覆冰厚度输出至预设模糊控制规则库之后，预设模糊控制规则库可以输出针对该叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度。其中，隶属度是模糊集合的一种类型，用于描述某个元素如何隶属于某个模糊集合，隶属度表达了元素隶属至集合的相对度。

在本申请的实施例中，控制方法还包括预设模糊控制规则库的构建步骤，构建步骤包括：分别将内表面温度和覆冰厚度设置为第一输入参数和第二输入参数；根据多个历史内表面温度的温度大小对第一输入参数进行模糊化处理，以得到针对第一输入参数的温度模糊集合，其中，温度模糊集合至少包括第一温度模糊子集、第二温度模糊子集以及第三温度模糊子集；根据多个历史覆冰厚度的厚度大小对第二输入参数进行模糊化处理，以得到针对第二输入参数的厚度模糊集合，其中，厚度模糊集合至少包括第一厚度模糊子集、第二厚度模糊子集以及第三厚度模糊子集；针对任意一个温度模糊子集，将温度模糊子集与多个厚度模糊子集进行组合，以生成与温度模糊子集对应的多个规则；在确定每个温度模糊子集对应的多个规则之后，构建针对温度模糊集合分别对应的多个规则的预设模糊控制规则库。

在本技术方案中，预设模糊控制规则库中的每个模糊规则由若干个前提部分和一个结论部分组成，其中，若干个前提部分可以是指输入参数，结论部分可以是指输出参数。具体地，可以分别将内表面温度和覆冰厚度设置为第一输入参数和第二输入参数，并根据多个历史内表面温度的温度大小对第一输入参数进行模糊化处理，以得到针对第一输入参数的温度模糊集合。其中，模糊化是指模糊控制的一个重要环节，模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转化为相应的模糊语言变量值的过程，模糊语言变量值是指一个模糊集合。因此，控制器可以根据多个历史内表面温度的具体温度数值将第一输入参数模糊化处理为温度模糊集合。具体地，在本技术方案中，温度模糊集合可以包括第一温度模糊子集、第二温度模糊子集以及第三温度模糊子集。同理，对于第二输入参数，控制器可以根据多个历史覆冰厚度的具体厚度数值将第二输入参数模糊化处理为厚度模糊集合。具体地，表1提供了一种预设模糊控制规则库，如表1所示，第一输入参数、第二输入参数分别为叶片叶尖内表面温度T、叶片覆冰厚度D，控制器对T进行模糊化处理得到对应的低温LT模糊子集、中温MT模糊子集以及高温HT模糊子集，控制器对D进行模糊化处理得到对应的薄TN模糊子集、中TM模糊子集以及厚TK模糊子集。

表1预设模糊控制规则库

在分别得到第一参数的温度模糊集合，以及第二参数的厚度模糊集合之后，针对温度模糊集合中的任意一个温度模糊子集，将温度模糊子集与多个厚度模糊子集进行组合，以生成与温度模糊子集对应的多个规则。具体地，如表1所示，对于低温LT模糊子集，将LT分别与薄TN模糊子集、中TM模糊子集以及厚TK模糊子集进行组合，可以得到对应的M(3)、L(6)，以及VL(9)三个规则。同理，将中温MT模糊子集和高温HT模糊子集分别与薄TN模糊子集、中TM模糊子集以及厚TK模糊子集进行组合，可以得到对应的VS(1)、M(4)、L(7)、S(2)、M(5)以及L(8)六个规则。控制器在确定每个温度模糊子集对应的多个规则之后，构建针对温度模糊集合分别对应的多个规则的预设模糊控制规则库。具体地，如表1所示，再将第一参数和第二参数对应的多个子集之间进行组合得到对应的规则之后，将所有规则构建为模糊控制规则库。

在本申请的实施例中，构建步骤还包括：通过预设隶属函数基于多个历史内表面温度确定与温度模糊集合对应的多个第一隶属区间，以及基于多个历史覆冰厚度确定与厚度模糊集合对应的多个第二隶属区间；将加热时长设置为输出参数，其中，每个规则对应一个输出参数；根据多个第一隶属区间和多个第二隶属区间确定在每个规则下的加热时长的变化函数。

预设隶属函数可以是指三角隶属度函数，其中，三角隶属度函数用于描述一个变量对于某个模糊集合的隶属程度，它的函数图像是一个三角形，可以包括三个顶点例如abc，三角形的底边连接a和c，最高点落在b上。当该变量的取值为b时，它对应的隶属度最高为1，变量的取值位于区间[a,c]之间，隶属度逐渐降低，直到取值为a或c时对应的隶属度为0。具体地，控制器可以通过三角隶属度函数基于多个历史内表面温度确定与温度模糊集合对应的多个第一隶属区间，以及基于多个历史覆冰厚度确定与厚度模糊集合对应的多个第二隶属区间。具体地，如图2所示，提供了一种温度模糊集合的隶属度示意图，低温LT模糊子集、中温MT模糊子集以及高温HT模糊子集分别包括对应的隶属区间，低温LT模糊子集的温度区间为[0,9℃]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，温度为0℃时的隶属度为1，温度升高隶属度减小，当温度达到9℃时隶属度为0。中温MT模糊子集的温度区间为[2,20℃]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，温度为2℃时的隶属度为0，温度升高隶属度增大，当温度达到11℃时隶属度达到最大值为1，温度继续升高，隶属度减小，当温度达到20℃，隶属度为0。高温HT模糊子集的温度区间为[13,21℃]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，温度为13℃时的隶属度为0，温度升高隶属度增大，当温度达到21℃时隶属度达到最大值为1。如图3所示，提供了一种厚度模糊集合的隶属度示意图。薄TN模糊子集、中TM模糊子集以及厚TK模糊子集分别包括对应的隶属区间，薄TN模糊子集的厚度区间为[0,1.8mm]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，覆冰厚度为0mm时，隶属度为1，厚度增大隶属度减小，当覆冰厚度达到1.8mm时，隶属度达到最小值0。中TM模糊子集的厚度区间为[0.4,4.0mm]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，覆冰厚度为0.4mm时，隶属度为0，厚度增大隶属度增大，当覆冰厚度达到2.3mm时，隶属度达到最大值1，覆冰厚度继续增大，隶属度减小，当覆冰厚度达到4.0mm时，隶属度为0。厚TK模糊子集的厚度区间为[2.5,4.3mm]，对应的隶属区间为[0,1]。具体地，覆冰厚度为2.5mm时，隶属度为0，厚度增大隶属度增大，当覆冰厚度达到4.3mm时，隶属度达到最大值1。

将加热时长设置为输出参数，其中，每个规则对应一个输出参数。具体地，如表1所示，M(3)、L(6)、VL(9)、VS(1)、M(4)、L(7)、S(2)、M(5)以及L(8)分别为9个规则下对应的输出参数。具体地，控制器可以将输出参数模糊化处理为非常短VS、短S、中等M、长L以及非常长VL等五个模糊子集。根据多个第一隶属区间和多个第二隶属区间确定在每个规则下的加热时长的变化函数。具体地，通过第一隶属区间与多个第二隶属区间可以得到与输出参数对应的多个隶属区间。如图4所示，提供了一种加热时长模糊集合的隶属度示意图。非常短VS、短S、中等M、长L以及非常长VL等五个模糊子集对应的时长区间分别为[0,15min]、[0,30min]、[15,45min]、[30,60min]、[45,60min]，对应的隶属区间为[0,1]。其中，对于非常短VS模糊子集，隶属度由1减小至0，对于非常长VL模糊子集，隶属度由0增大至1，对于短S、中等M、长L等三个模糊子集，隶属度先由0增大至1，当加热时长分别达到15min、30min以及45min时，隶属度达到最大值1，其次开始递减至最小值0。其中，各三角形交叉区域之外的区域即图4中的深色区域部分为在每条规则下的加热时长的变化函数。

在本申请的实施例中，针对任意一个叶片，将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度包括：在将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库之后，根据内表面温度的温度大小确定内表面温度在温度模糊集合中所在的多个温度模糊子集，并根据覆冰厚度的厚度大小确定覆冰厚度在厚度集合中所在的多个厚度模糊子集；根据内表面温度的温度大小和所在的多个温度模糊子集确定内表面温度在每个温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，并根据覆冰厚度的厚度大小和多个厚度模糊子集确定覆冰厚度在每个厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度；根据内表面温度所在的多个温度模糊子集和覆冰厚度所在的多个厚度模糊子集确定针对叶片的多个规则，并根据每个规则对应的第一隶属度和第二隶属度确定每个规则对应的隶属度；将隶属度满足预设条件的规则确定为针对叶片的多个规则，并将多个规则和多个规则对应的隶属度进行输出。

针对任意一个叶片，控制器在将叶片的内表面温度输入至预设模糊控制规则库之后，控制器根据内表面温度的温度大小确定内表面温度在温度模糊集合中所在的多个温度模糊子集，并根据内表面温度的温度大小和所在的多个温度模糊子集确定内表面温度在每个温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度。具体地，以内表面温度为2℃为例，将2℃输入至预设模糊控制规则库之后，先确定2℃所在的温度模糊子集，从而进一步得到2℃在每个温度模糊子集下的隶属度。具体地，如图5所示，提供了2℃在所在的多个温度模糊子集下的隶属度示意图。如图5所示，2℃所在的温度模糊子集包括低温LT模糊子集和中温MT模糊子集，在低温LT模糊子集中的隶属度MBT(LT)为7/9，在中温MT模糊子集中的隶属度MBT(MT)为0，而2℃不处于高温HT模糊子集包括的温度区间，因此MBT(HT)为0。

针对任意一个叶片，控制器在将叶片的覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库之后，根据覆冰厚度的厚度大小确定覆冰厚度在厚度集合中所在的多个厚度模糊子集，并根据覆冰厚度的厚度大小和多个厚度模糊子集确定覆冰厚度在每个厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度。具体地，以覆冰厚度为0.8mm为例，将0.8mm输入至预设模糊控制规则库之后，先确定0.8mm所在的厚度模糊子集，从而进一步得到0.8mm在每个厚度模糊子集下的隶属度。具体地，如图6所示，提供了0.8mm在所在的多个厚度模糊子集下的隶属度示意图。如图6所示，0.8mm所在的厚度模糊子集包括薄TN模糊子集和中TM模糊子集，在TN模糊子集中的隶属度MBD(TN)为5/9，在TM模糊子集中的隶属度MBD(TM)为2/9，而0.8mm不处于厚TK模糊子集包括的厚度区间，因此MBD(TK)为0。

控制器在确定内表面温度所在的多个温度模糊子集，以及覆冰厚度所在的多个厚度模糊子集之后，进一步可以得到叶片对应的多个规则。具体地，以内表面温度为2℃、覆冰厚度为0.8mm为例，2℃所在的温度模糊子集包括低温LT模糊子集和中温MT模糊子集，0.8mm所在的厚度模糊子集包括薄TN模糊子集和中TM模糊子集，因此，根据如表1所示的预设模糊控制规则库可知，叶片的多个规则分别为输入参数S(2)、M(5)、M(3)、L(6)对应的规则。在确定叶片的对应的多个规则之后，控制器进一步可以根据每个规则对应的第一隶属度和第二隶属度确定每个规则对应的隶属度，并将隶属度满足预设条件的规则确定为针对叶片的多个规则，以及将多个规则和多个规则对应的隶属度进行输出。具体地，预设条件可以是指隶属度为0，在S(2)、M(5)规则下，因为MBT(MT)为0，因此，S(2)和M(5)规则对应的隶属度为0不满足预设条件，将规则S(2)和M(5)剔除。在M(3)规则下，由于MBT(LT)＝7/9，MBD(TN)＝5/9，因此，该规则下进行模糊计算得到的隶属度如图7中红色线条与横轴围成的区域部分，其中，图7提供了一种在M(3)和L(6)规则下分别对应的隶属度示意图。在L(6)规则下，由于MBT(LT)＝7/9，MBD(TM)＝2/9，因此，该规则下进行模糊计算得到的隶属度如图7中绿色线条与横轴围成的区域部分。

步骤104、根据每个规则对应的隶属度确定针对每个叶片的每个规则的激活度。

在本申请实施例中，针对任意一个叶片，控制器将叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度之后，进一步可以根据每个规则对应的隶属度确定针对每个叶片的每个规则的激活度。其中，激活度是指该条规则在给定输入下的适用程度。

在本申请的实施例中，针对任意一个规则对应的激活度，所述激活度包括根据公式(1)确定：

OA(n)＝MBT∧MBD∧τ(t) (1)

其中，OA(n)为第n条规则对应的激活度，MBT为叶片的内表面温度在第n条规则下的温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，MBD为叶片的覆冰厚度在第n条规则下的厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度，τ(t)为第n条规则下加热时长的变化函数。

控制器在确定叶片的对应的多个规则之后，控制器进一步可以根据每个规则对应的第一隶属度和第二隶属度确定每个规则对应的隶属度，并根据多个第一隶属区间和多个第二隶属区间确定在每个规则下的加热时长的变化函数，结合上述公式(1)基于每个规则对应的隶属度和加热时长的变化函数即可计算得到每个规则对应的激活度。其中，公式(1)为基于Mamdani算法的计算公式，Mamdani算法将输入变量的模糊集映射到输出变量的模糊集的一种算法。

步骤105、针对任意一个叶片，根据叶片的多个规则对应的多个激活度确定叶片的加热时长。

在本申请实施例中，针对任意一个叶片，控制器将获取到的叶片叶尖的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库之后，可以通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则以及每个规则对应的激活度。同时，可以通过预设模糊控制规则库得到每个规则下的加热时长的变化函数。基于每个规则对应的激活度和加热时长的变化函数，可以得到每个规则对应的激活度。针对任意一个叶片，控制器在确定该叶片对应的所有规则的激活度之后，基于多个激活度可以确定该叶片的加热时长。

在本申请实施例中，针对任意一个叶片，根据叶片的多个规则对应的多个激活度确定叶片的加热时长包括：以加热时长为横轴、隶属度为纵轴建立针对激活度的二维坐标系；针对任意一个规则，确定规则在二维坐标系下与横轴之间构成的几何图形；将多个几何图形进行融合，并确定针对多个规则下的区域面积；根据区域面积确定叶片的加热时长。

以内表面温度为2℃、覆冰厚度为0.8mm为例，2℃所在的温度模糊子集包括低温LT模糊子集和中温MT模糊子集，0.8mm所在的厚度模糊子集包括薄TN模糊子集和中TM模糊子集。在M(3)规则下，MBT(LT)＝7/9，MBD(TN)＝5/9。在L(6)规则下，因此，该规则下进行模糊计算得到的隶属度如图7中红色线条与横轴围成的区域部分。在L(6)规则下，由于MBT(LT)＝7/9，MBD(TM)＝2/9，因此，该规则下进行模糊计算得到的隶属度如图7中绿色线条与横轴围成的区域部分。将图7中红色线条与横轴围成的区域部分和绿色线条与横轴围成的区域部分进行融合即取并集，可以得到如图8所示的深色区域。其中，图8提供了一种多个规则下的几何图形示意图。计算深色区域的面积即可得到叶片的加热时长。

在本申请实施例中，根据区域面积确定叶片的加热时长包括根据公式(2)确定：

其中，t_out为加热时长，M为区域面积。

通过公式(2)计算图8中的深色区域面积之后，进一步可以将深色区域的几何中心点的横坐标输出为叶片的加热时长。

步骤106、控制气热除冰系统根据每个叶片的加热时长执行对应的加热操作，以完成针对风机的除冰操作。

在本申请实施例中，针对任意一个叶片，在当前的环境温度、叶片叶尖的内表面温度满足气热除冰系统的启动条件之后，将该叶片叶尖的内表面温度和叶片覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库中，通过预设模糊控制规则库输出针对叶片的多个规则和每个规则对应的隶属度。从而可以根据隶属度确定每个规则的激活度，并基于激活度计算叶片的加热时长。在得到每个叶片的加热时长之后，控制器可以控制气热除冰系统根据每个叶片的加热时长执行对应的加热操作，以完成针对风机的除冰操作。例如，某一个叶片的加热时长为25min，另一个叶片的加热时长为35min，则分别按照25min、35min同时对这两个叶片进行加热。同时，为保障叶片机械强度和气动性能，在气热除冰装置开启过程中，需要实时监测叶片叶尖的内表面温度是否大于第二预设温度例如50℃，若大于该值，则必须强制关闭气热除冰装置，否则按照正常逻辑进行。

上述技术方案，通过叶尖的内表面温度和覆冰厚度等实时参数基于模糊控制的基本原理精确得到叶片的加热时长，实现了对风机叶片除冰系统的高效控制，以实现精准高效除冰。

本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被控制器执行时实现上述基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

本申请实施例提供了一种控制器，所述控制器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

本申请实施例提供了一种风机气热除冰装置，包括上述用于运行程序时执行基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法的控制器。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的控制器A01、网络接口A02、存储器(图中未示出)和数据库(图中未示出)。其中，该计算机设备的控制器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A04。该非易失性存储介质A04存储有操作系统B01、计算机程序B02和数据库(图中未示出)。该内存储器A03为非易失性存储介质A04中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法数据。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序B02被控制器A01执行时以实现一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本申请实施例提供了一种设备，设备包括控制器、存储器及存储在存储器上并可在控制器上运行的程序，控制器执行程序时实现基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法步骤。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法步骤的程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框，以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的控制器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的控制器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个控制器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，所述风机包括多个叶片，所述控制方法包括：

在所述风机处于覆冰状态的情况下，实时获取当前的环境温度、每个叶片叶尖的内表面温度以及每个叶片的覆冰厚度；

在所述环境温度低于第一预设温度且维持的时长达到第一预设时长，以及任意一个叶片叶尖的内表面温度小于或等于第二预设温度的情况下，控制所述气热除冰系统启动；

针对任意一个叶片，将所述叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过所述预设模糊控制规则库输出针对所述叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度，其中，所述预设模糊控制规则库是基于多个历史内表面温度和多个历史覆冰厚度建立的；

根据每个规则对应的隶属度确定针对每个叶片的每个规则的激活度；

针对任意一个叶片，根据所述叶片的多个规则对应的多个激活度确定所述叶片的加热时长；

控制所述气热除冰系统根据每个叶片的加热时长执行对应的加热操作，以完成针对所述风机的除冰操作。

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括所述预设模糊控制规则库的构建步骤，所述构建步骤包括：

分别将内表面温度和覆冰厚度设置为第一输入参数和第二输入参数；

根据所述多个历史内表面温度的温度大小对所述第一输入参数进行模糊化处理，以得到针对所述第一输入参数的温度模糊集合，其中，所述温度模糊集合至少包括第一温度模糊子集、第二温度模糊子集以及第三温度模糊子集；

根据所述多个历史覆冰厚度的厚度大小对所述第二输入参数进行模糊化处理，以得到针对所述第二输入参数的厚度模糊集合，其中，所述厚度模糊集合至少包括第一厚度模糊子集、第二厚度模糊子集以及第三厚度模糊子集；

针对任意一个温度模糊子集，将所述温度模糊子集与所述多个厚度模糊子集进行组合，以生成与所述温度模糊子集对应的多个规则；

在确定每个温度模糊子集对应的多个规则之后，构建针对所述温度模糊集合分别对应的多个规则的所述预设模糊控制规则库。

3.根据权利要求2所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，所述构建步骤还包括：

通过预设隶属函数基于所述多个历史内表面温度确定与所述温度模糊集合对应的多个第一隶属区间，以及基于所述多个历史覆冰厚度确定与所述厚度模糊集合对应的多个第二隶属区间；

将加热时长设置为输出参数，其中，每个规则对应一个输出参数；

根据所述多个第一隶属区间和多个第二隶属区间确定在每个规则下的加热时长的变化函数。

4.根据权利要求3所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，针对任意一个叶片，将所述叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至预设模糊控制规则库，以通过所述预设模糊控制规则库输出针对所述叶片的多个规则以及每条规则对应的隶属度包括：

在将所述叶片的内表面温度和覆冰厚度输入至所述预设模糊控制规则库之后，根据所述内表面温度的温度大小确定所述内表面温度在所述温度模糊集合中所在的多个温度模糊子集，并根据所述覆冰厚度的厚度大小确定所述覆冰厚度在所述厚度集合中所在的多个厚度模糊子集；

根据所述内表面温度的温度大小和所在的多个温度模糊子集确定所述内表面温度在每个温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，并根据所述覆冰厚度的厚度大小和所述多个厚度模糊子集确定所述覆冰厚度在每个厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度；

根据所述内表面温度所在的多个温度模糊子集和所述覆冰厚度所在的多个厚度模糊子集确定针对所述叶片的多个规则，并根据每个规则对应的第一隶属度和第二隶属度确定每个规则对应的隶属度；

将隶属度满足预设条件的规则确定为针对所述叶片的多个规则，并将所述多个规则和多个规则对应的隶属度进行输出。

5.根据权利要求1所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，针对任意一个规则对应的激活度，所述激活度包括根据公式(1)确定：

OA(n)＝MBT∧MBD∧τ(t) (1)

其中，OA(n)为第n条规则对应的激活度，MBT为叶片的内表面温度在第n条规则下的温度模糊子集的第一隶属区间下的第一隶属度，MBD为叶片的覆冰厚度在第n条规则下的厚度模糊子集的第二隶属区间下的第二隶属度，τ(t)为第n条规则下加热时长的变化函数。

6.根据权利要求1所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，所述针对任意一个叶片，根据所述叶片的多个规则对应的多个激活度确定所述叶片的加热时长包括：

以加热时长为横轴、隶属度为纵轴建立针对激活度的二维坐标系；

针对任意一个规则，确定所述规则在所述二维坐标系下与所述横轴之间构成的几何图形；

将多个几何图形进行融合，并确定针对多个规则下的区域面积；

根据所述区域面积确定所述叶片的加热时长。

7.根据权利要求6所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述区域面积确定所述叶片的加热时长包括根据公式(2)确定：

其中，t_out为所述加热时长，M为所述区域面积。

8.一种控制器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至7中任意一项所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。

9.一种风机气热除冰装置，其特征在于，包括根据权利要求8所述的控制器。

10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被控制器执行时使得所述控制器被配置成执行根据权利要求1至7中任一项所述的基于模糊控制的风机气热除冰系统的控制方法。