全自動洗衣機模糊控制器設計

全自動洗衣機模糊控制器設計1簡介洗衣機自問世以來，經(jīng)過一個多世紀的開展，現(xiàn)正呈現(xiàn)出全自動、多功能、大容量、高智能、省時節(jié)能的開展趨勢。近年來，電子技術、控制技術、信息技術的不斷完善、成熟，為上述開展趨勢提供了堅強的技術保障。美國教授查徳〔〕在1965年首先提出模糊集合的概念，由此翻開了模糊數(shù)學及其應用的大門。1974年英國教授馬丹尼〔〕首先將模糊集合理論應用于加熱器的控制，創(chuàng)造了模糊控制的根本框架。1980年，Sugeno開創(chuàng)了日本的首次模糊控制應用于一家富士電子水凈化廠。1983年他又開始研究模糊機器人。隨著模糊控制技術的不斷開展，模糊控制逐漸被應用到日用家電產(chǎn)品的控制，例如電飯鍋﹑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正確洗滌烘干方案，以優(yōu)化洗滌烘干時間、洗凈程度、烘干效果，最終到達提高效率，簡化操作，節(jié)水節(jié)電省時的效果。2模糊洗衣機的根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、衣量、臟污程度(即水的渾濁度)、臟污性質(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)的控制方法難以到達理想的效果。而采用模糊控制技術就能很容易解決問題。因而采用了模糊控制器設計全自動洗衣機。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、排水等一列的設置。根據(jù)上述分析和模糊控制技術的根本原理,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)設計程序%DefineN+1trianglemembershipfunctionclearallcloseallN=2;x=0:0.1:100;fori=1:N+1f(i)=100/N*(i-1);endu=trimf(x,[f(1),f(1),f(2)]);figure(1);plot(x,u);forj=2:Nu=trimf(x,[f(j-1),f(j),f(j+1)]);holdon;plot(x,u);endu=trimf(x,[f(N),f(N+1),f(N+1)]);holdon;plot(x,u);xlabel(x);ylabel(‘Degreeofmembership');仿真結果圖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)選用以下隸屬函數(shù)三角形隸屬函數(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)驗設計模糊規(guī)則，模糊規(guī)則設計的標準為：“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，可設立九條模糊控制規(guī)則，如表4-1所示。洗滌時間z污泥xSDMDLD油脂yNGMGLGVS*SMMMLLLVL4.1模糊推理a.規(guī)則匹配假設當前傳感器測得的信息為：〔污泥〕=60，〔油脂〕=70，分別代入所屬的隸屬函數(shù)中，求隸屬度為，，4種隸屬度，4條匹配的模糊規(guī)則表4-2模糊推理結果洗滌時間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：IFyisMDandxisMGTHENzisM2：IFyisMDandxisLGTHENzisL3：IFyisLDandxisMGTHENzisL4：IFyisLDandxisLGTHENzisVLc.規(guī)則前提推理在同一規(guī)則，通過“與〞的關聯(lián)得到規(guī)則結論。前提的可信度之間通過取小運算，得到每一規(guī)則總前提可信度為規(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)則強度表，表4-3規(guī)則前提可信度洗滌時間z污泥xSDMD(4/5)LD(1/5)油脂yNG000MG(3/5003/52/5LG(1/5)01/51/5d.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)油脂yNG000MG(3/5)0min()min()LG(2/5)0min()min()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=[11]有3條規(guī)則被觸發(fā)。5.總結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)學模型或數(shù)學模型相當粗糙的系統(tǒng)。首先要對被控對象按照人們的經(jīng)驗總結出模糊規(guī)則，采用模糊量，借助單片機對這些信息按照模糊規(guī)則轉換為控制