基于matlab的模糊控制洗衣機(jī)的設(shè)與仿真

1、-. z基于MATLAB的模糊控制洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真衛(wèi)瑤瑤,王勝紅*農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，210031摘要：根據(jù)模糊控制的原理對傳統(tǒng)洗衣機(jī)進(jìn)展改造，設(shè)計(jì)了模糊控制系統(tǒng)。通過MATLAB仿真，采用取最大隸屬度法得到清晰化結(jié)果，所得結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果一致。關(guān)鍵詞：模糊控制；洗衣機(jī)；MATLABDesign and Simulation of Fuzzy Control System of Washing MachineBased on MATLABWei yaoyao, Wang Shenghong(College of Engineering，Nanjing Agricultural Universi

2、ty，210031)Abstract:This paper designed a fuzzy control system for washing machine based on the theory of fuzzy control. This paper conducted the simulation of MATLAB, and took ma*imum membership degree method to get the results of clarity. Finally, its proved that the simulation results is the same

3、with theory calculation. Keywords: fuzzy control; washing machine; MATLAB 自動控制從最早的開環(huán)控制起步，然后是反應(yīng)控制、最優(yōu)控制、隨機(jī)控制，再到自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、自組織控制，一直開展到自動控制的最新階段智能控制。智能控制的幾個(gè)重要分支有：專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。作為人類思維外殼的自然語言，本身就帶有模糊性，這是計(jì)算機(jī)所不能理解的。模糊控制是以模糊集合理論和模糊邏輯推理為根底，把專家用自然語言表述的知識和控制經(jīng)歷，通過模糊理論轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)函數(shù)，再用計(jì)算機(jī)進(jìn)展處理。傳統(tǒng)控制方法對一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展控制時(shí)，首先要建立

4、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即描述系統(tǒng)內(nèi)部物理量或變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，必須得知道系統(tǒng)模型的構(gòu)造、階次、參數(shù)等。然而在工程實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)，有些復(fù)雜的控制系統(tǒng)，雖然不能建立起數(shù)學(xué)模型，無法用傳統(tǒng)控制方法進(jìn)展控制，但是憑借豐富的實(shí)際操作經(jīng)歷，技術(shù)工人卻能夠通過相應(yīng)操作得到滿意的控制效果【1】。模糊控制之所以被人們廣泛承受，是因?yàn)槠溆幸韵聝?yōu)點(diǎn)：1模糊控制器的設(shè)計(jì)不依賴于被控對象的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型；2模糊控制易于被操作人員承受；3便于用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)；4魯棒性和適應(yīng)性好。1 洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)洗衣機(jī)從控制角度看，實(shí)際上是一臺按事先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)展順序控制的機(jī)器，它不能根據(jù)情況和條件的變化來改變參數(shù)。

5、而模糊邏輯控制的智能洗衣機(jī)，它能夠完成除開啟電源、放取衣物之外的全部功能，智能洗衣機(jī)的核心是單片機(jī)控制板，它具有檢測和控制功能。檢測功能是指通過一系列傳感器來檢測衣量、衣質(zhì)、臟污程度、臟污性質(zhì)等指標(biāo); 控制功能是指根據(jù)所檢測到的信息模糊控制系統(tǒng)自動來決定水流方式、洗滌劑投放量和洗滌時(shí)間等，并可動態(tài)地改變參數(shù)，以到達(dá)在洗干凈衣服的情況下還要盡量不傷衣服、省水和省時(shí)。模糊控制系統(tǒng)的組成核心是具有智能性的模糊控制器，在控制原理上它應(yīng)用模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理知識，模擬人的模糊思維方法，對復(fù)雜過程進(jìn)展控制。洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)根本構(gòu)造如圖 1 所示，模糊控制系統(tǒng)的主要部件是模糊化、模糊推理

6、和決策(含知識庫和規(guī)則庫的形成)和清晰化【2】。圖1模糊控制系統(tǒng)圖1 中虛線局部為系統(tǒng)的模糊控制器，它是控制系統(tǒng)的核心。模糊控制器確實(shí)定量輸入必須經(jīng)過模糊化后，轉(zhuǎn)換成一個(gè)模糊矢量才能用于模糊控制，具體可按模糊化等級進(jìn)展模糊化；推理就是根據(jù)輸入模糊量和知識庫( 數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫) 完成模糊推理，并求解模糊關(guān)系方程，從而獲得模糊控制量的功能局部，模糊控制規(guī)則也就是模糊決策，它是人們在控制生產(chǎn)過程中的經(jīng)歷總結(jié); 通過模糊決策所得到的輸出是模糊量，要進(jìn)展控制必須經(jīng)過清晰化將其轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)確量。確定輸入量考慮智能型模糊洗衣機(jī)應(yīng)能自動判斷洗滌衣物，選擇最正確洗滌程序完成洗衣過程，在設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，主要考慮衣質(zhì)

7、( 指含棉量)、衣量、臟污程度( 指污泥含量) 及臟污性質(zhì)( 指油脂含量) 這4個(gè)輸入量。這4個(gè)輸入量的模糊子集隸屬函數(shù)可定義為：:衣質(zhì)，論域的語言值定義為棉、棉纖、纖3種；衣量，論語的語言值定義為多、中多、中少、少4種；污泥含量，論語的語言值定義為很臟、一般臟、不太臟3種；油脂含量，論語的語言值定義為油性、中性和泥性3種【3】。模糊控制的輸出量模糊控制的輸出是模糊推理的后件，對于全自動洗衣機(jī)模糊控制器而言，主要包括水位、洗滌時(shí)間、洗滌劑投放量和水流強(qiáng)度4個(gè)量。這4個(gè)輸出量的模糊子集隸屬函數(shù)可定義為：洗滌劑投放量。論域的語言值定義為很少、少、中、多和很多5種;洗滌時(shí)間。論域的語言值定義為很短、

8、短、中、長、很長5種;水位上下。論域的語言值定義為很低、低、高、很高4種；水流強(qiáng)度，論域的語言值定義為弱、中和強(qiáng)4種。模糊控制規(guī)則模糊控制器的規(guī)則庫是基于專家知識和手動操作人員長期積累的經(jīng)歷，是按人的直覺推理的一種語言表示形式。通常有一系列的關(guān)系詞連接而成，如IF-THEN,ELSE等。為了簡明表示模糊規(guī)則，將上述模糊控制輸出量用數(shù)字表示。例如：洗滌時(shí)間很短、短、中、長、很長=1,2,3,4,5。其余3個(gè)輸出量表示與此類似。當(dāng)輸出量論域?yàn)?種時(shí)，則用3個(gè)數(shù)字表示。根據(jù)專家的經(jīng)歷并結(jié)合衣物的實(shí)際洗滌情況，可得到如表1所示的模糊控制規(guī)則。衣物 很臟 一般臟 不太臟衣質(zhì) 衣量 油污 泥污 油污 泥污

9、 油污 泥污多455345534353435343434343棉中多355334533342333232323232中少245323422342234222322122少134212321232122211111111多455344534353434343424242 棉纖中多355334533442334232323232中少244223422332223222212111少133212321221122111111111多455345534442434243324232 纖中多355234433432333232323222中少244223322332222222112111少133112

10、311221122111111111表1 模糊控制規(guī)則表1中每一項(xiàng)有4位數(shù)字，從左到右依次代表水位、洗滌劑投放量、冼滌時(shí)間、水流方式4 個(gè)輸出變量，每位數(shù)的取值代表相應(yīng)的輸出所取的模糊子集。MATLAB仿真本文中以輸入量為泥污和油脂，輸出量為洗滌時(shí)間(其他輸入、輸出量控制與此類似)為例說明模糊控制如何在洗衣機(jī)中應(yīng)用。確定模糊控制器的模糊分布洗衣機(jī)利用分光光度計(jì)傳感器，通過檢測洗滌液的透明程度等方法，測出洗滌液中的污泥含量*0,lOO和油脂含量y0,100。模糊控制器則根據(jù)z和Y的數(shù)據(jù)，選定洗滌時(shí)間t0,60(分鐘)。因?yàn)橹豢紤]洗滌時(shí)間，可以用雙輸入單輸出模糊控制器完成任務(wù),如圖2所示。圖2 雙

11、輸入單輸出FIS表格定義輸入、輸出量的模糊分布 為了簡便，所有模糊子集都選取三角形隸屬函數(shù)。1選定三個(gè)模糊子集：污泥少(SD)、污泥中(MD)和污泥多(LD)，用于涵蓋輸入量z的論域0,100，它們的隸屬函數(shù)如下，其分布如圖3所示。2選定三個(gè)模糊子集：油脂少NG、油脂中MG和油脂多LG，用于涵蓋輸入量y的論域0,100，它們的隸屬函數(shù)如下，其分布如圖4所示。圖3 污泥隸屬函數(shù)圖圖4 油脂隸屬函數(shù)圖3選定五個(gè)模糊子集涵蓋輸出量t的論域0,60；很短VS、短S、中等M、長L和很長VL，它們的隸屬函數(shù)如下，其分布如圖5所示。圖5 洗滌時(shí)間隸屬函數(shù)圖建立模糊規(guī)則根據(jù)人的操作經(jīng)歷可以歸納總結(jié)出下述三條模

12、糊規(guī)則：污泥越多，油脂越多，洗滌時(shí)間就越長；污泥適中，油脂適中，洗滌時(shí)間就適中；污泥越少，油脂越少，洗滌時(shí)間就越短。污泥和油脂各分三檔，進(jìn)展組合搭配后，可設(shè)立九條模糊控制規(guī)則，如圖6所示。圖6 模糊規(guī)則圖輸出模糊量的清晰化模糊量清晰化方法有很多，這里用最大隸屬度方法計(jì)算。1用最大隸屬度最小值法som在論域10,60上，最大隸屬度為0.6，與其對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)設(shè)為，。它們應(yīng)滿足M()=M=0.6，由隸屬函數(shù)可得方程-10/15=0.6和40-/15=0.6，解這兩個(gè)方程得出=19分，=31分 所以最大隸屬度對應(yīng)時(shí)間段從19分到31分一段。2用最大隸屬度最大值法lom=31分3用最大隸屬度平均值法mom平均值法洗滌時(shí)間為(分)仿真結(jié)果如圖7、圖8所示。圖7 Rule觀測窗圖8 輸出量曲面觀測窗完畢語模糊控制技術(shù)在家用電器領(lǐng)域的運(yùn)用有著廣闊的前景，智能家電正成為模糊控制技術(shù)運(yùn)用的一個(gè)新領(lǐng)域。本文給出智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)的根本原理以及設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用MATLAB建立驗(yàn)證模糊洗衣機(jī)的推理系統(tǒng)，以及對該系統(tǒng)調(diào)試和仿真。通過仿真得到結(jié)果為25分鐘，與理論分析值一致。隨著模糊控制技術(shù)應(yīng)用的廣泛開展，以及家電智能化的社會需求，智能洗衣機(jī)日益成為洗衣機(jī)行業(yè)的主流產(chǎn)品4。參考文獻(xiàn)1