智能控制在洗衣機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上研究生課程設(shè)計(jì)（論文）課程名稱：智能控制智能控制在洗衣機(jī)上的應(yīng)用姓名： 曹挺 學(xué)號(hào)： 成績(jī)： 學(xué)期：2011-2012第二學(xué)期教師（簽字）： 專心-專注-專業(yè)智能控制在洗衣機(jī)上的應(yīng)用摘要：本人在三星電子從事洗衣機(jī)新品結(jié)構(gòu)研發(fā)工作，本文會(huì)從本人參與研發(fā)的機(jī)型grace系列來(lái)分析智能控制在洗衣機(jī)上的應(yīng)用。首先先感謝三星洗衣機(jī)電裝開(kāi)發(fā)part對(duì)本人的教導(dǎo)。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。目前滾筒洗衣機(jī)正朝著兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)展，第一是洗滌技術(shù)的不斷改進(jìn)，例如三星hudson洗衣機(jī)的蒸汽洗技術(shù)，松下Q系列的超聲波洗，三星baikal、seine系列的銀離子洗。第二是控制技術(shù)，比如三星、松下

2、使用在高端型號(hào)上的模糊控制技術(shù)，例如三星的potomac、grace、bigbang系列。令人悲劇的是這些三星的高端型號(hào)只銷往北美地區(qū)，不做國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，這是題外話。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。洗衣機(jī)的智能控制最終目的就是在無(wú)人干預(yù)，通過(guò)洗衣機(jī)自身判斷衣物的情況并制定出適合的洗滌參數(shù)完成洗滌工作。本文著眼于滾筒洗衣機(jī)控制的研究，將智能控制引入到洗衣機(jī)中，使得合理的利用水電資源起到節(jié)水，節(jié)電的目的，更重要的是提升洗衣機(jī)的智能程度，方便使用，提高生活質(zhì)量，告別煩瑣的多參數(shù)設(shè)置。本文中將人工智能的部分技術(shù)應(yīng)用到滾筒洗衣機(jī)的控制中，其中有模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。模糊控制用于解決在普通洗衣機(jī)中人

3、為選擇溫度，水位等參數(shù)設(shè)置問(wèn)題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是對(duì)洗農(nóng)機(jī)中出現(xiàn)的異常進(jìn)行判斷報(bào)警。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制針對(duì)洗滌過(guò)程中水量的合理分配，起到節(jié)水的作用。由于個(gè)人水平有限，正文部分只從模糊控制在洗衣機(jī)上的應(yīng)用方向進(jìn)行研討。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。關(guān)鍵詞：智能控制，模糊控制，滾筒洗衣機(jī)正文（全文在6-10頁(yè)左右）模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制算法。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學(xué)，模糊控制的實(shí)現(xiàn)手段是微型計(jì)算機(jī)。模糊控制具有以下特點(diǎn)：一是無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型(依據(jù)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn))；二是一種反映人類智慧的智能控制(大、中、小等模糊量)三是容易被人們接受(

4、控制規(guī)則符合人類的語(yǔ)言表達(dá))；四是構(gòu)造容易；五是適應(yīng)性好。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。模糊自動(dòng)控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。從線性控制與非線性控制的角發(fā)分類，模糊控制是一種非線性控制從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇。如果沒(méi)有模糊數(shù)學(xué)，就不會(huì)有模糊控制，同樣，沒(méi)有計(jì)算機(jī)，模糊自動(dòng)控制也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由測(cè)量、控制器、被控對(duì)像及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)即常規(guī)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)方框圖如圖示1-1。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。圖1-1 反饋控制系統(tǒng)方框圖模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類同于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，一般可以分為四個(gè)組

5、成部分，如圖1-2所示。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。圖1-2 模糊控制系統(tǒng)框圖(1)模糊控制器：實(shí)際上是一臺(tái)微計(jì)算機(jī)，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，既可以選用系統(tǒng)機(jī)，叉可以選用單板機(jī)或單片機(jī)。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。(2)輸入輸出接口裝覆：摸糊控制器通過(guò)輸入輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并較模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象。在IO接口裝置中，除AD、DA煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換線路。(3)廣義對(duì)象：包括被控對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控對(duì)象可以是線性或非線性的、定?；驎r(shí)變的，也可以是單變量或多變量的、有時(shí)滯或無(wú)時(shí)滯的以及有強(qiáng)干擾的多種情

6、況。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。(4)傳感囂：傳感器跫將被控對(duì)象或各種過(guò)程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(模擬的或數(shù)字的)的一類裝置。被控制量往往是非電量。如溫度、壓力、流量、濃度、濕度等。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。洗衣機(jī)的模糊控制是指洗衣機(jī)通過(guò)傳感器來(lái)判別衣物的重量，質(zhì)地以及污染的程度，來(lái)自動(dòng)確定水位的高低、洗滌劑的用量、流水強(qiáng)度，并確定最佳洗滌順序。由于洗衣過(guò)程的控制對(duì)象很難用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，所以采用傳統(tǒng)的控制方法難以取得理想的洗滌效果，而模糊控制方法卻能很好地解決這個(gè)問(wèn)題?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。在洗滌衣物過(guò)程中，衣物的多少，面料

7、的軟硬等都是模糊量，所以首先做人量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出人為洗滌方式，從而形成模糊控制規(guī)則。根據(jù)傳感器接收的信息，洗衣機(jī)判斷出衣物多少，面料軟硬和臟污程度、臟污性質(zhì)，推理作出模糊決策。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、排水等所有功能，自動(dòng)地完成進(jìn)水”、“洗滌”、“排水”、“脫水”等全過(guò)程。具體工作方式如下：預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。分析洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程可以看出，其主要被控參量是洗滌時(shí)間和水流強(qiáng)度(即電機(jī)轉(zhuǎn)速)影響這一輸出參量的主要因素是被洗衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)這兩個(gè)量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率來(lái)表示(即渾濁性質(zhì))，在洗滌過(guò)程中，油性臟污的渾濁度變化率小，泥性臟污的渾濁度變化率

8、大。實(shí)際分析證明：輸人和輸出之間很難用一定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述系統(tǒng)的具體條件具有較大的不確定性，其控制過(guò)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。應(yīng)用模糊控制技術(shù)就能容易解決這個(gè)問(wèn)題。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。在模糊推理中，需要考慮推理的前件和后件，也就是推理的輸入條件和輸出結(jié)果在模糊洗衣機(jī)中，主要是考慮衣服材質(zhì)，數(shù)量，水溫和骯臟程度著幾個(gè)條件，而從這些條件求取水位，洗滌時(shí)間和水流，漂洗方式和脫水時(shí)間等故而，模糊洗衣機(jī)的推理如圖1-3所示。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。圖1-3模糊洗衣機(jī)的模糊推理從圖1-3中可以看出,模糊洗衣機(jī)是一個(gè)多輸入多輸出的模糊推理和控制系統(tǒng)。在實(shí)際中,模糊推

9、理的前件和后件之間的相關(guān)關(guān)系對(duì)于不同的因素而有所不同。例如，骯臟程度和水溫可以確定洗滌劑投放的量劑和洗滌時(shí)間，而衣服數(shù)量、材質(zhì)等可以確定水位和水流、脫水時(shí)間等。因此，在推理中把有關(guān)前件和后件進(jìn)行處理。這種處理分成主要因素推理和順序因素推理兩種。通過(guò)這兩種推理處理，不但使推理變得較為簡(jiǎn)單，而且可以在眾多因素中清晰的區(qū)別出連鎖關(guān)系的因素。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。第一節(jié)：洗衣機(jī)硬件上的模糊控制要清楚的知道模糊洗衣機(jī)的運(yùn)行原理，首先先介紹模糊洗衣機(jī)是如何工作的。模糊控制洗衣機(jī)主要是靠傳感器感知收集各種信息數(shù)據(jù)。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。模糊控制洗衣機(jī)的主要傳感器：水位傳感器根據(jù)洗滌物的多少自動(dòng)感知，設(shè)定并自

10、動(dòng)控制用水量。布質(zhì)傳感器利用主電機(jī)在不同布阻抗時(shí)的制動(dòng)特性，感知衣物的布量和布質(zhì)，確定洗滌方法。水溫傳感器可以根據(jù)環(huán)境溫度和水溫，自動(dòng)決定洗滌時(shí)間。光電傳感器根據(jù)衣物洗滌過(guò)程中洗滌循環(huán)水的透光率（臟程度），決定最佳洗衣程序。負(fù)載量傳感器主要用于洗滌衣服的多少。1. 渾濁度的檢測(cè)檢測(cè)臟污程度的光電傳感器正是grace區(qū)別于普通滾筒的地方。grace采用美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的APMS10G渾濁度傳感器。該傳感器具有檢測(cè)液體渾濁度和導(dǎo)電率的兩項(xiàng)功能，檢測(cè)原理如下圖所示，起輸出的是數(shù)字量，用戶可通過(guò)計(jì)算機(jī)與傳感器進(jìn)行串口通信直接得到數(shù)據(jù)。采用紅外光電傳感器壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。圖1-4傳感器

11、的工作原理由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強(qiáng)度的紅外光, 紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小, 光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后, 就可以判斷出水的渾濁程度。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。圖1-5透光率和有關(guān)因素在圖1-5中，給出了洗滌過(guò)程，輕重不同污垢程度的義務(wù)洗滌時(shí)有關(guān)過(guò)程，不同類型污垢，不同洗滌劑時(shí)的透光率情況。在圖1-5（a)中給出了洗滌開(kāi)始到漂洗結(jié)束的整個(gè)過(guò)程透光率的變化曲線。從曲線看出，隨著洗滌的開(kāi)始，義務(wù)中的污垢物溶解于水，使透光率下降；同時(shí)隨著洗滌劑的投入，義務(wù)中的污垢進(jìn)一步溶解和脫落于水，故透光率進(jìn)一步下降；并到達(dá)一個(gè)最低值；然后，隨著漂洗的

12、進(jìn)行，義務(wù)變干凈，水質(zhì)也變清，從而使紅外透光率漸漸升高，最后達(dá)到初始值。一般而言，當(dāng)透光率再次達(dá)到初始值時(shí)，說(shuō)摩納哥義務(wù)洗滌干凈，這是可以停止漂洗。圖1-5(b)表示了衣物輕度污臟時(shí)，進(jìn)行洗滌時(shí)紅外線透光率的變化曲線。重污時(shí)，透光率較差；輕污時(shí)，透光率較高；利用這種特別可以判別衣物的污臟程度。圖1-5（c）表示了衣物的污臟性質(zhì)。油污時(shí)透光率較高，泥污時(shí)透光率較低。圖1-5（d）表示了洗滌劑的類型。液體洗滌劑透光率較高，粉劑洗滌劑透光率較低。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。按圖1-5給出了透光率曲線，就可以根據(jù)洗衣機(jī)中水的透光率來(lái)判別衣物的污臟程度，污臟性質(zhì)以及洗滌劑的種類。從而可以按此去進(jìn)行洗滌過(guò)程的控

13、制。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2. 布量和布質(zhì)的檢測(cè)布量和布質(zhì)的檢測(cè)是在洗滌之前進(jìn)行的。在水位為一定的時(shí)候，布量和布質(zhì)的不同就會(huì)產(chǎn)生不同的布阻抗。通過(guò)給定一定的水位，然后在這個(gè)給定水位的條件下使主電機(jī)進(jìn)行間斷旋轉(zhuǎn)，則不同布阻抗就會(huì)使主電機(jī)制動(dòng)的性能不同，利用主電機(jī)在不同布阻抗時(shí)的制動(dòng)特性就可以推斷出布質(zhì)和布量。不同的布質(zhì)和布量的布阻如圖1-6所示。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。圖1-6布量布質(zhì)的布阻抗從圖1-6中可知,硬質(zhì)布和軟質(zhì)的布阻有較大的區(qū)別在布量相同時(shí)，硬質(zhì)布的布阻抗比軟質(zhì)布的高在布質(zhì)為kg時(shí),硬質(zhì)布的布阻抗較高,軟質(zhì)布的布阻較低。一般而言,在布量相同時(shí),硬質(zhì)布的阻抗約比軟質(zhì)布高一倍。在進(jìn)行布質(zhì)和

14、布量檢測(cè)時(shí),首先注入一定的水位,然后啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),接著斷電讓主電動(dòng)機(jī)以慣性繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直到停止。在主電機(jī)斷電的時(shí)間內(nèi),由于主電機(jī)的慣性,所以它處于發(fā)電機(jī)的狀態(tài),并且會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。隨著布阻抗的大小不同,主電機(jī)處于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短不同。當(dāng)然,主電機(jī)發(fā)電時(shí)間長(zhǎng),布阻抗就小,主電機(jī)發(fā)電時(shí)間就短,布阻抗就高。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。通過(guò)對(duì)主電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制繞組輸出電勢(shì)的整流和檢測(cè),由光電隔離后形成脈沖信號(hào)送入單片機(jī);而單片機(jī)只要計(jì)算出主電機(jī)在停電時(shí)產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)就可以知道布阻抗的大小。脈沖個(gè)數(shù)多,布阻抗小,反之亦然。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。現(xiàn)定義輸入量渾濁度模糊詞集為：清、較濁、濁、很濁定義輸

15、人量渾濁度變化率模糊詞集：零、小、中、大定義輸出量洗滌時(shí)間模糊詞集為：短、較短、標(biāo)準(zhǔn)、長(zhǎng)模糊決策描述輸入、輸出變量的詞集都是模糊量，可以用模糊集合來(lái)表示，用模糊推理來(lái)運(yùn)算。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵在于求取模糊集合隸屬函數(shù)。相應(yīng)的三個(gè)輸入輸出量隸屬函數(shù)曲線如圖1-7。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。圖1-7函數(shù)曲線綜上所述，洗衣機(jī)的模糊控制規(guī)則如下圖所示第二節(jié)：洗衣機(jī)軟件上的模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的軟件目前也廣泛采用模糊推理技術(shù)。支持該軟件系統(tǒng)的軟件由六大模塊組成：(1) 系統(tǒng)初始化模塊；(2)信號(hào)檢測(cè)及處理；(3)功能控翻模塊；(4)中斷處理模塊；(5)顯示輸出模塊；(6)正常、過(guò)載報(bào)警模塊。模糊控制器的控翻算法包

16、括以下兩個(gè)部分：一個(gè)是模糊矩陣運(yùn)算；另一個(gè)是將輸人變量(渾濁度和渾濁度變化率)模糊化處理，查找查詢表并作輸出處理的程序。輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。選擇合適的采樣時(shí)間是系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。在模糊控制系統(tǒng)中，其輸人變量為渾濁度和渾濁度變化率，是通過(guò)兩次采樣同褥得到的，因此為了獲得較精細(xì)的控制規(guī)律，應(yīng)使渾濁度變化率的值較大，但從一次響應(yīng)過(guò)程中控制作用的次數(shù)來(lái)看，一般不能低于5次，否則控翻不精細(xì)，可見(jiàn)在模糊控制系統(tǒng)中選擇采樣時(shí)間受以上兩方面的制約。在實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇采樣時(shí)間要進(jìn)行折衷考慮，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)方能確定其最佳的采樣時(shí)間。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。本文所論述的全自動(dòng)模糊洗衣機(jī)，充分應(yīng)用

17、了模糊控制技術(shù)，在硬件上首次采用交流變頻技術(shù)，可以根據(jù)不同布質(zhì)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)省時(shí)間和保護(hù)衣物的目的。軟件上通過(guò)多次檢測(cè)自動(dòng)修正洗衣時(shí)問(wèn)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，使洗衣機(jī)始終處于最佳運(yùn)行方式。它操作簡(jiǎn)單、省心省力、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、省電，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。綜上所述，用模糊控制理論和技術(shù)，洗衣機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)，使人們能充分利用洗衣機(jī)的各種功能，同時(shí)為讓模糊控制理論和技術(shù)在家用電器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。參考文獻(xiàn)1黃布毅，劉獻(xiàn)心模糊控制技術(shù)在家用電冰箱上的應(yīng)用J。家用電器科技，1996，（5）：31-33。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2 周 澤洗衣機(jī)的模糊控制技術(shù)J。家用電器科技199