全自動洗衣機模糊控制器設(shè)計

1、全自動洗衣機模糊控制器設(shè)計1簡介洗衣機自問世以來，經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)正呈現(xiàn)出全自動、多功能、大 容量、高智能、省時節(jié)能的發(fā)展趨勢。近年來，電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)的 不斷完善、成熟，為上述發(fā)展趨勢提供了堅強的技術(shù)保障。美國教授查徳（）在1965年首先提出模糊集合的概念，由此打幵了模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用的大門。1974年英國教授馬丹尼（）首先將模糊集合理論應(yīng)用于加熱器的控制，創(chuàng)造了模糊控制的基本框 架。1980年, Sugen研創(chuàng)了日本的首次模糊控制應(yīng)用于一家富士電子水凈化廠。1983年他又幵始研究模糊機器人。隨著模糊控制技術(shù)的不斷發(fā)展，模糊控制逐漸被應(yīng)用 到日用家電產(chǎn)品的控制，例如電飯鍋、

2、照相機、吸塵器、洗衣機等。模糊控制全自 動滾筒洗衣干衣機是通過模糊推理找出最佳洗滌烘干方案，以優(yōu)化洗滌烘干時間、 洗凈程度、烘干效果，最終達到提高效率，簡化操作，節(jié)水節(jié)電省時的效果。2模糊洗衣機的基本原理洗衣機的自動控制系統(tǒng)為一多輸入多輸出系統(tǒng)，輸入量為衣質(zhì)、衣量、臟污程度（即水的渾濁度）、臟污性質(zhì)（渾濁度變化率）;輸出量為洗滌劑量、水位、水流、 脫水時間、洗滌時間、漂洗方式等。從洗衣機的運行過程可以看出，洗滌劑量、水位、水流、脫水時間都可以通過輸入量推理求得，而洗滌時間與漂洗方式為實時控制量,影響其主要因素是被洗物品的臟污程度，這兩個量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率來表示，油性臟污的渾濁度變

3、化率小，泥性臟污的渾濁度變化率大。實際分 析證明:輸入與輸出之間很難用一定的數(shù)學(xué)模型來描述，系統(tǒng)的具體條件具有較大的不確定性，其控制過程在很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗，用常規(guī)的控制方法難以達到理想的效果。而采用模糊控制技術(shù)就能很容易解決問題。因而采用了模糊控 制器設(shè)計全自動洗衣機。在洗滌衣物的過程中 , 衣物的多少、面料的軟硬、衣物的 臟污程度等都是模糊量 , 所以必須經(jīng)過大量的實驗 ,總結(jié)出人為的洗滌方式 ,從而形 成模糊控制規(guī)則。再根據(jù)檢測系統(tǒng)檢測到的信息 , 判斷出衣物多少、面料軟硬、臟 污程度、臟污性質(zhì)等 ,計算出控制量 , 從而完成注水量、洗滌時間、水流強弱、洗滌 方式、脫水時間、排

4、水等一列的設(shè)置。根據(jù)上述分析和模糊控制技術(shù)的基本原理 , 可以確定洗衣機的模糊控制框如圖。3. 模糊控制器的設(shè)計3.1 定義輸入輸出量的模糊分布 因為本文重點闡述由泥性骯臟度和油性骯臟度確定洗滌時間的模糊控制過程， 所以定義了以下三個語言變量：1、污泥分為三個指數(shù)表示：SD (污泥少)、MD (污泥中)、LD (污泥多)。隸屬函數(shù)如下所示：三角隸屬函數(shù)實現(xiàn)污泥的模糊化。 Matlab 仿真，污泥隸屬函數(shù)設(shè)計程序%Define N +1 triangle membership functionclear allclose allN = 2;x = 0:0.1:100;for i= 1:N + 1

5、f(i) = 100/N*(i - 1);endu = trimf(x,f(1),f(1),f(2);figure(1);plot(x,u);for j = 2:Nu = trimf(x,f(j - 1),f(j),f(j + 1);hold on;plot(x,u);endu = trimf(x,f(N),f(N + 1),f(N + 1);hold on;plot(x,u);xlabel(x);ylabel( Degree of membership);仿真結(jié)果圖3-1 o圖3-1污泥隸屬函數(shù)選用以下隸屬函數(shù)三角形隸屬函數(shù)實現(xiàn)油脂的模糊化，圖3-2 o圖3-2油脂隸屬函數(shù)選用以下隸屬函數(shù)三

6、角形隸屬函數(shù)實現(xiàn)洗滌時間的模糊化，如圖3-3所示。圖3-3洗滌時間隸屬函數(shù)4.建立模糊控制規(guī)則根據(jù)人的操作經(jīng)驗設(shè)計模糊規(guī)則，模糊規(guī)則設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)為：“污泥越多，油脂越多，洗滌時間越長”；“污泥適中，油脂適中，洗滌時間適中”；“污泥越少，油脂越少，洗滌時將越短”。污泥和油脂各分為三檔，進行組合搭配后，可設(shè)立九條模糊控制規(guī)則，如表4-1所示o洗滌時間z污泥xSDMDLD油NGVS*ML脂MGSMLyLGMLVL4.1模糊推理a.規(guī)則匹配假設(shè)當(dāng)前傳感器測得的信息為：xo （污泥）=60, yo （油脂）=70,分別代入所屬的隸 屬函數(shù)中，求隸屬度為JMD 60 =4 ,LD 60 二15532JMG

7、70，LG 70 一554種隸屬度，4條匹配的模糊規(guī)則表4-2模糊推理結(jié)果洗滌時間z污泥xSDMD(3/5)LD(1/5)油脂ySD000MD(3/5)0LG(2/5)0b.規(guī)則觸發(fā)表4-2，觸發(fā)規(guī)則4條，即1： IF y is MD and x is MG THEN z is M 2： IF y is MD and x is LG THEN z is L 3： IF y is LD and x is MG THEN z is L 4： IF y is LD and x is LG THEN z is VL c.規(guī)則前提推理在同一規(guī)則，通過“與”的關(guān)聯(lián)得到規(guī)則結(jié)論。前提的可信度之間通過取小運算

8、，得到每一規(guī)則總前提可信度為規(guī)則1前提可信度：規(guī)則2前提可信度：規(guī)則3前提可信度：規(guī)則4前提可信度： 得到規(guī)則強度表，min (4/5,3/5) = 3/5mi n(4/5,2/5) = 2/5mi n(1/5,3/5) = 1/5mi n(1/5,2/5) = 1/5表4-3規(guī)則前提可信度洗滌時間z污泥xSDMD(4/5)LD(1/5)油NG000脂MG(3/503/52/5y0LG(1/501/51/5)d.上述兩個表進行“與”運算得到每條規(guī)則總的可信度輸出，表4-4規(guī)則總的可信度洗滌時間污泥xSDMD(4/5)LD(4/5)油NG000脂MG(3/5)03min(-，卩m (z)52min( ，Al(z)5y)LG(2/5)01min(,卩l(xiāng)(z)51min( , %(z)5)e.模糊系統(tǒng)的輸出模糊系統(tǒng)總的可信度為各條可信度推理的并集，即有3條規(guī)則被觸發(fā)5總結(jié)模糊控制是一種非線性的控制方法，主要針對那些無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)。首先要對被控對象按照人們的經(jīng)驗總結(jié)出模糊規(guī)則，采用模糊 量，借助單片機對這些信息按照模糊規(guī)則轉(zhuǎn)換為控制量，來完成自動控制。近年來, 模糊控制在家用電器控制中得到較廣泛的應(yīng)用，采用模糊控制