全自動洗衣機(jī)模糊控制器設(shè)計(jì)

1、全自動洗衣機(jī)模糊控制器設(shè)計(jì)1簡介洗衣機(jī)自問世以來，經(jīng)過一個(gè)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(shí)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(jiān)強(qiáng)的技術(shù)保障。美國教授查德（）在1965年首先提出模糊集合的概念，由此打開了模糊數(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講創(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年他又開始研究模糊機(jī)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、照

2、相機(jī)、吸塵器、洗衣機(jī)等。模糊控制全自 動滾筒洗衣干衣機(jī)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(shí)間、 洗凈程度、烘干效果，最終達(dá)到提高效率，簡化操作，節(jié)水節(jié)電省時(shí)的效果。2模糊洗衣機(jī)的基本原理洗衣機(jī)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(shí)間、洗滌時(shí)間、漂洗方式等。從洗衣機(jī)的運(yùn)行過程可以看出，洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間都可以通過輸入量推理求得 ，而洗滌時(shí)間與漂洗方式為實(shí)時(shí)控制 量，影響其主要因素是被洗物品的臟污程度 ，這兩個(gè)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

3、濁度變化率小，泥性臟污的渾濁度變化率大。實(shí)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，住,其控制過程在很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，用常規(guī)的控制方法難以達(dá)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(jì)全自動洗衣機(jī)。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(shí)驗(yàn), 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(jì)算出控制量, 從而完成注水量、洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)弱、洗滌方式、脫水時(shí)間、 排水等一

4、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(jī)的模糊控制框如圖。3. 模糊控制器的設(shè)計(jì)3.1 定義輸入輸出量的模糊分布因?yàn)楸疚闹攸c(diǎn)闡述由泥性骯臟度和油性骯臟度確定洗滌時(shí)間的模糊控制過程，所以定義了以下三個(gè)語言變量：1、污泥分為三個(gè)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(shí)現(xiàn)污泥的模糊化。Matlab 仿真，污泥隸屬函數(shù)設(shè)計(jì)程序%Define N +1 triangle membership function clear all close allN = 2;x = 0:0.1:100;for i= 1:N + 1f(i) =

5、 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。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(shí)現(xiàn)油脂的模糊化，圖3-2。圖3-2油脂隸屬函數(shù)選用以下隸屬

6、函數(shù)三角形隸屬函數(shù)實(shí)現(xiàn)洗滌時(shí)間的模糊化，如圖 3-3所示。圖3-3洗滌時(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)模糊規(guī)則，模糊規(guī)則設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)為：“污泥越多，油脂越多，洗滌時(shí)間越長”；“污泥適中，油脂適中，洗滌時(shí)間適中”；4-1所“污泥越少，油脂越少，洗滌時(shí)將越短”。污泥和油脂各分為三檔，進(jìn)行組合搭配后，可設(shè)立九條模糊控制規(guī)則，如表洗滌時(shí)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：X0 (污泥)=60, y (油脂)=70,分別代入所屬的隸 屬函數(shù)中，求隸屬度為MD 604LD 601二)55MG 703LG

7、702二,554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(shí)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 M2: IF y is MD and x is LG THEN z is L3: IF y is LD and x is MG THEN z is L4: IF y is LD and x is LG THEN z is VLc.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(yùn)算，得 到每一規(guī)則

8、總前提可信度為規(guī)則1 前提可信度：min(4/5,3/5) = 3/5規(guī)則2 前提可信度：min(4/5,2/5) = 2/5規(guī)則3前提可信度：min(1/5,3/5) = 1/5規(guī)則4 前提可信度：min(1/5,2/5) = 1/5得到規(guī)則強(qiáng)度表，表4-3規(guī)則前提可信度洗滌時(shí)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(gè)表進(jìn)行“與”運(yùn)算得到每條規(guī)則總的可信度輸出，、3 agg(z) max min5，、2 m (z) , min 一5l(z) ,min11二，l(z) ,min 二，vl(z)55= maxmi

9、n3, M(z),min52，、一l(z) ,min515'11表4-4規(guī)則總的可信度洗滌時(shí)間污泥xSDMD(4/5)LD(4/5)油NG000月旨MG(3/5)0. ，3，、min(一， m (z)5. ，2，、min(-, l(z)5y)LG(2/5)0. ，1，、min(, l(z)5. ，1，、min( 一, vl(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(yàn)總結(jié)出模糊規(guī)則，采用模糊 量，借助單片機(jī)對這些信息按照模糊規(guī)則轉(zhuǎn)