基于模糊神经网络的高压冷雾系统协同温控方法与流程

本发明涉及高压冷雾系统温控，具体为基于模糊神经网络的高压冷雾系统协同温控方法。

背景技术：

1、高压冷雾系统通过喷雾蒸发吸热实现环境降温，在温室、车间、户外降温等场景中应用。现有温控方法通常根据单一温度监测点的反馈调节喷雾终端，各喷雾终端采用独立通断控制或简单阈值联动。这种方式未建立喷雾终端群组与温度监测点群组之间的空间映射关系，无法描述不同喷雾终端对各温度监测点的差异化影响，温度场调控缺乏空间协同性。当多个喷雾终端同时工作时，各终端对同一温度监测点的降温贡献相互叠加，现有方法难以根据空间距离、高度差和喷射角度分配调节量，容易造成局部温度偏低而其他区域温度偏高。同时，现有方法在计算调节量时未将供水压力和环境湿度作为约束条件。喷雾冷却能力受供水压力和环境湿度影响，供水压力变化会改变雾化粒径和喷射距离，环境湿度变化会影响雾滴蒸发速率。固定调节系数在不同压力和湿度工况下容易导致温度波动或喷雾能耗增加。部分温控系统采用模糊控制方法处理温度误差，但输入量多局限于单点温度偏差和偏差变化率，未考虑喷雾终端群组与温度监测点群组之间的空间影响关系，也未将供水压力和环境湿度作为约束输入量，导致模糊推理结果无法反映多终端协同调节需求和实际喷雾冷却能力变化。需要构建喷雾终端群组与温度监测点群组之间的空间影响权重关系，并形成能够反映多终端协同作用的温度场状态描述；同时需要引入供水压力和环境湿度对降温效果的耦合修正，使调节系数在不同工况下保持合理范围，从而避免单点控制和固定参数造成的温度分布不均与适应性不足。

技术实现思路

1、针对现有高压冷雾系统温控方式缺乏空间协同和压力湿度耦合修正的问题，提出一种基于模糊神经网络的高压冷雾系统协同温控方法，利用空间映射关系和动态影响权重构建协同温度场状态向量，通过模糊神经网络和压力-湿度耦合修正生成各喷雾终端的调节系数，使各喷雾终端按照协同调节后的脉宽占空比运行。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种基于模糊神经网络的高压冷雾系统协同温控方法，包括：建立高压冷雾系统的喷雾终端群组与温度监测点群组之间的空间映射关系，并根据所述空间映射关系生成所述喷雾终端群组中每个喷雾终端对所述温度监测点群组中每个温度监测点的动态影响权重矩阵；根据所述动态影响权重矩阵，构建高压冷雾系统的协同温度场状态向量；利用模糊神经网络对所述协同温度场状态向量进行模糊规则映射，生成各喷雾终端的第一调节系数向量；获取所述高压冷雾系统的当前供水压力值与当前环境湿度值，将所述当前供水压力值与所述当前环境湿度值作为约束输入量，对所述第一调节系数向量进行压力-湿度耦合修正，生成第二调节系数向量；按照所述第二调节系数向量调整各喷雾终端的喷雾脉宽占空比，完成高压冷雾系统协同温控。该方法通过将喷雾终端与温度监测点之间的空间影响关系矩阵化，并利用模糊神经网络对协同温度场状态进行模糊推理，结合供水压力和环境湿度对调节量进行耦合修正，提升了高压冷雾系统在多终端、多监测点场景下的温度控制一致性和响应精度。

3、优选的，建立空间映射关系并生成动态影响权重矩阵的过程包括：获取所述喷雾终端群组中各喷雾终端的三维空间坐标，以及所述温度监测点群组中各温度监测点的三维空间坐标；根据各喷雾终端的三维空间坐标与各温度监测点的三维空间坐标，计算每对喷雾终端与温度监测点之间的空间直线距离和空间高度差；根据每对喷雾终端与温度监测点之间的空间直线距离和空间高度差，结合各喷雾终端的喷射角度参数，生成喷雾终端对温度监测点的影响权重值，并以所述影响权重值构建所述动态影响权重矩阵。通过引入空间直线距离、高度差和喷射角度参数，使影响权重更符合实际雾滴扩散和重力沉降特性。

4、优选的，构建协同温度场状态向量的过程包括：将所述动态影响权重矩阵与当前时刻各温度监测点的实时温度值进行矩阵乘法运算，得到各喷雾终端的加权温度贡献值；对各喷雾终端的加权温度贡献值进行归一化处理，得到归一化加权温度贡献值；将各喷雾终端的归一化加权温度贡献值按照喷雾终端的编号顺序排列，生成所述协同温度场状态向量。上述方式将多监测点的温度分布信息压缩为与喷雾终端数量对应的状态向量，便于模糊神经网络进行终端级调节决策。

5、优选的，利用模糊神经网络生成第一调节系数向量的过程包括：将所述协同温度场状态向量中每个元素分别输入模糊神经网络中对应的模糊化层，通过隶属度函数将每个元素转换为多个模糊子空间的隶属度值；将各元素对应的多个模糊子空间的隶属度值输入模糊神经网络的推理层，在所述推理层中按照预设模糊规则库进行模糊推理，得到各喷雾终端的模糊推理结果；将各喷雾终端的模糊推理结果输入模糊神经网络的去模糊化层，通过重心法计算每个喷雾终端的精确调节值，以各精确调节值构成所述第一调节系数向量。通过模糊化、规则推理和去模糊化的分层处理，使各喷雾终端能够根据协同温度场状态获得连续、平滑的调节系数。

6、优选的，压力-湿度耦合修正的过程包括：获取所述高压冷雾系统的当前供水压力值与当前环境湿度值，并将所述当前供水压力值与所述当前环境湿度值分别映射至第一约束区间和第二约束区间；将映射后的当前供水压力值与映射后的当前环境湿度值进行乘积运算，得到耦合约束因子；将所述第一调节系数向量中的每个调节系数与所述耦合约束因子相乘，得到压力-湿度耦合修正后的调节系数，以全部修正后的调节系数构成所述第二调节系数向量。通过压力与湿度的约束映射和乘积耦合，能够抑制供水压力波动和环境湿度变化对冷雾降温效果的干扰。

7、优选的，按照第二调节系数向量调整各喷雾终端的喷雾脉宽占空比的过程包括：提取所述第二调节系数向量中与每个喷雾终端对应的调节系数，并将每个喷雾终端对应的调节系数乘以该喷雾终端的基准脉宽占空比，得到各喷雾终端的目标脉宽占空比；按照各喷雾终端的目标脉宽占空比分别向对应的喷雾终端发出脉宽调制驱动信号，驱动各喷雾终端按各自的目标脉宽占空比执行喷雾动作。由此各喷雾终端可依据协同温度场和实际工况执行差异化的脉宽调节，提高喷雾资源利用率。

8、优选的，模糊化层处理过程中，确定每个元素对应的模糊子空间划分数量，并为每个模糊子空间配置高斯型隶属度函数的中心值和宽度值；将所述协同温度场状态向量中的每个元素分别代入各自对应的每个模糊子空间的高斯型隶属度函数中，计算每个元素在每个模糊子空间下的隶属度值；将每个元素的隶属度值按照模糊子空间的顺序排列，作为模糊化层的输出传递至推理层。采用高斯型隶属度函数可保证输入状态向量在模糊子空间之间具有平滑的过渡特性。

9、优选的，推理层处理过程中，对每个喷雾终端分别提取各温度监测点对应的元素的隶属度值，按照预设模糊规则库中与该喷雾终端相关的模糊规则的前件进行匹配，确定每条模糊规则的激活强度；将每条模糊规则的激活强度与该模糊规则后件中对应的输出模糊集合进行合成运算，得到每条模糊规则的输出隶属度分布；将各喷雾终端对应的所有模糊规则的输出隶属度分布进行叠加合并，得到各喷雾终端的模糊推理结果。通过规则前件匹配和输出隶属度分布的叠加合并，能够综合多条模糊规则对同一终端的影响。

10、优选的，去模糊化层处理过程中，确定各喷雾终端的模糊推理结果的输出论域离散点集合，并提取各离散点对应的隶属度值；将各离散点的横坐标值与对应的隶属度值相乘后累加，得到第一累加结果；将各离散点对应的隶属度值累加，得到第二累加结果，将所述第一累加结果与所述第二累加结果的比值作为每个喷雾终端的精确调节值，以全部精确调节值构成所述第一调节系数向量。重心法去模糊化有助于得到更符合模糊推理整体分布的输出量。

11、优选的，耦合约束因子的计算过程包括：提取所述第一约束区间对应的第一上界值和第一下界值，以及所述第二约束区间对应的第二上界值和第二下界值；根据所述当前供水压力值在所述第一上界值和所述第一下界值之间的相对位置，计算第一归一化映射值；根据所述当前环境湿度值在所述第二上界值和所述第二下界值之间的相对位置，计算第二归一化映射值；将所述第一归一化映射值与所述第二归一化映射值相乘，得到所述耦合约束因子。上述归一化映射方式使不同量纲的压力和湿度在统一约束框架下形成耦合约束，增强修正过程的适应性。

12、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

13、获取喷雾终端群组中各喷雾终端的三维空间坐标和温度监测点群组中各温度监测点的三维空间坐标，计算每对喷雾终端与温度监测点之间的空间直线距离和空间高度差，并引入各喷雾终端的喷射角度参数生成影响权重值，形成动态影响权重矩阵。将该动态影响权重矩阵与当前时刻各温度监测点的实时温度值进行矩阵乘法运算，得到各喷雾终端的加权温度贡献值，归一化后按照喷雾终端编号顺序排列，生成协同温度场状态向量。该状态向量同时包含温度监测点的实时温度信息和喷雾终端在空间上的差异化影响程度，使各喷雾终端的调节依据从单一温度点反馈转变为温度场空间协同描述。由此能够根据各喷雾终端对温度场的实际贡献分配调节量，减少多终端同时工作时的调节冲突，使降温强度向温度偏高且受终端影响明显的区域倾斜，改善温度分布均匀性和响应一致性。

14、将协同温度场状态向量中各元素分别输入模糊神经网络的模糊化层，通过高斯型隶属度函数将元素转换为多个模糊子空间的隶属度值，在推理层中按照预设模糊规则库进行模糊推理，得到各喷雾终端的模糊推理结果，再由去模糊化层通过重心法计算出各喷雾终端的精确调节值，构成第一调节系数向量。获取当前供水压力值和当前环境湿度值，分别映射到约束区间并归一化后相乘得到耦合约束因子，将第一调节系数向量中的每个调节系数与该耦合约束因子相乘，得到第二调节系数向量。模糊神经网络对温度场状态向量与调节系数之间的非线性关系进行表达，避免固定阈值或线性计算在多终端耦合条件下产生偏差；压力-湿度耦合修正使调节系数随供水压力和环境湿度变化自动调整喷雾脉宽占空比，在低压力或高湿度工况下降低过量喷雾，在高压力或低湿度工况下保持有效降温强度，增强不同运行工况下的温控稳定性和环境适应性。