智能控制在洗衣機上的實際應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上研究生課程設計（論文）課程名稱：智能控制智能控制在洗衣機上的應用姓名： 曹挺 學號： 成績： 學期：2011-2012第二學期教師（簽字）： 專心-專注-專業(yè)智能控制在洗衣機上的應用摘要：本人在三星電子從事洗衣機新品結(jié)構(gòu)研發(fā)工作，本文會從本人參與研發(fā)的機型grace系列來分析智能控制在洗衣機上的應用。首先先感謝三星洗衣機電裝開發(fā)part對本人的教導。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。目前滾筒洗衣機正朝著兩個方向同時發(fā)展，第一是洗滌技術(shù)的不斷改進，例如三星hudson洗衣機的蒸汽洗技術(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只銷往北美地區(qū)，不做國內(nèi)市場，這是題外話。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。洗衣機的智能控制最終目的就是在無人干預，通過洗衣機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控制的研究，將智能控制引入到洗衣機中，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)設置。本文中將人工智能的部分技術(shù)應用到滾筒洗衣機的控制中，其中有模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制。模糊控制用于解決在普通洗衣機中人

3、為選擇溫度，水位等參數(shù)設置問題。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是對洗農(nóng)機中出現(xiàn)的異常進行判斷報警。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制針對洗滌過程中水量的合理分配，起到節(jié)水的作用。由于個人水平有限，正文部分只從模糊控制在洗衣機上的應用方向進行研討。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。關(guān)鍵詞：智能控制，模糊控制，滾筒洗衣機正文（全文在6-10頁左右）模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理為數(shù)學基礎的新型計算機數(shù)字控制算法。模糊控制的基礎是模糊數(shù)學，模糊控制的實現(xiàn)手段是微型計算機。模糊控制具有以下特點：一是無需知道被控對象的數(shù)學模型(依據(jù)被控對象的控制經(jīng)驗)；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)則符合人類的語言表達)；四是構(gòu)造容易；五是適應性好。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。模糊自動控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(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。如果沒有模糊數(shù)學，就不會有模糊控制，同樣，沒有計算機，模糊自動控制也無法實現(xiàn)。由測量、控制器、被控對像及執(zhí)行機構(gòu)組成的自動控制系統(tǒng)即常規(guī)負反饋控制系統(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算機數(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：實際上是一臺微計算機，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，既可以選用系統(tǒng)機，叉可以選用單板機或單片機。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。(2)輸入輸出接口裝覆：摸糊控制器通過輸入輸出接口從被控對象獲取數(shù)字信號量，并較模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機構(gòu)去控制被控對象。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)廣義對象：包括被控對象及執(zhí)行機構(gòu)，被控對象可以是線性或非線性的、定?；驎r變的，也可以是單變量或多變量的、有時滯或無時滯的以及有強干擾的多種情

6、況。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。(4)傳感囂：傳感器跫將被控對象或各種過程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(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，應注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。洗衣機的模糊控制是指洗衣機通過傳感器來判別衣物的重量，質(zhì)地以及污染的程度，來自動確定水位的高低、洗滌劑的用量、流水強度，并確定最佳洗滌順序。由于洗衣過程的控制對象很難用精確的數(shù)學模型來描述，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問題。籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。在洗滌衣物過程中，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驗，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、洗滌時間、水流強弱、洗滌方式、脫水時間、排水等所有功能，自動地完成進水”、“洗滌”、“排水”、“脫水”等全過程。具體工作方式如下：預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。分析洗衣機的運行過程可以看出，其主要被控參量是洗滌時間和水流強度(即電機轉(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)這兩個量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率來表示(即渾濁性質(zhì))，在洗滌過程中，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。實際分析證明：輸人和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)的控制方法難以達到理想的效果。應用模糊控制技術(shù)就能容易解決這個問題。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)果在模糊洗衣機中，主要是考慮衣服材質(zhì)，數(shù)量，水溫和骯臟程度著幾個條件，而從這些條件求取水位，洗滌時間和水流，漂洗方式和脫水時間等故而，模糊洗衣機的推理如圖1-3所示。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。圖1-3模糊洗衣機的模糊推理從圖1-3中可以看出,模糊洗衣機是一個多輸入多輸出的模糊推理和控制系統(tǒng)。在實際中,模糊推

9、理的前件和后件之間的相關(guān)關(guān)系對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間，而衣服數(shù)量、材質(zhì)等可以確定水位和水流、脫水時間等。因此，在推理中把有關(guān)前件和后件進行處理。這種處理分成主要因素推理和順序因素推理兩種。通過這兩種推理處理，不但使推理變得較為簡單，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)：洗衣機硬件上的模糊控制要清楚的知道模糊洗衣機的運行原理，首先先介紹模糊洗衣機是如何工作的。模糊控制洗衣機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。模糊控制洗衣機的主要傳感器：水位傳感器根據(jù)洗滌物的多少自動感知，設定并自

10、動控制用水量。布質(zhì)傳感器利用主電機在不同布阻抗時的制動特性，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，自動決定洗滌時間。光電傳感器根據(jù)衣物洗滌過程中洗滌循環(huán)水的透光率（臟程度），決定最佳洗衣程序。負載量傳感器主要用于洗滌衣服的多少。1. 渾濁度的檢測檢測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Honeywell公司生產(chǎn)的APMS10G渾濁度傳感器。該傳感器具有檢測液體渾濁度和導電率的兩項功能，檢測原理如下圖所示，起輸出的是數(shù)字量，用戶可通過計算機與傳感器進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，給出了洗滌過程，輕重不同污垢程度的義務洗滌時有關(guān)過程，不同類型污垢，不同洗滌劑時的透光率情況。在圖1-5（a)中給出了洗滌開始到漂洗結(jié)束的整個過程透光率的變化曲線。從曲線看出，隨著洗滌的開始，義務中的污垢物溶解于水，使透光率下降；同時隨著洗滌劑的投入，義務中的污垢進一步溶解和脫落于水，故透光率進一步下降；并到達一個最低值；然后，隨著漂洗的

12、進行，義務變干凈，水質(zhì)也變清，從而使紅外透光率漸漸升高，最后達到初始值。一般而言，當透光率再次達到初始值時，說摩納哥義務洗滌干凈，這是可以停止漂洗。圖1-5(b)表示了衣物輕度污臟時，進行洗滌時紅外線透光率的變化曲線。重污時，透光率較差；輕污時，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)。油污時透光率較高，泥污時透光率較低。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)洗衣機中水的透光率來判別衣物的污臟程度，污臟性質(zhì)以及洗滌劑的種類。從而可以按此去進行洗滌過程的控

13、制。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2. 布量和布質(zhì)的檢測布量和布質(zhì)的檢測是在洗滌之前進行的。在水位為一定的時候，布量和布質(zhì)的不同就會產(chǎn)生不同的布阻抗。通過給定一定的水位，然后在這個給定水位的條件下使主電機進行間斷旋轉(zhuǎn)，則不同布阻抗就會使主電機制動的性能不同，利用主電機在不同布阻抗時的制動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，硬質(zhì)布的布阻抗比軟質(zhì)布的高在布質(zhì)為kg時,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,硬質(zhì)布的阻抗約比軟質(zhì)布高一倍。在進行布質(zhì)和

14、布量檢測時,首先注入一定的水位,然后啟動主電動機旋轉(zhuǎn),接著斷電讓主電動機以慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)直到停止。在主電機斷電的時間內(nèi),由于主電機的慣性,所以它處于發(fā)電機的狀態(tài),并且會產(chǎn)生感應電勢輸出。隨著布阻抗的大小不同,主電機處于發(fā)電機的狀態(tài)時間長短不同。當然,主電機發(fā)電時間長,布阻抗就小,主電機發(fā)電時間就短,布阻抗就高。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。通過對主電機的正反轉(zhuǎn)控制繞組輸出電勢的整流和檢測,由光電隔離后形成脈沖信號送入單片機;而單片機只要計算出主電機在停電時產(chǎn)生的計數(shù)脈沖個數(shù)就可以知道布阻抗的大小。脈沖個數(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間模糊詞集為：短、較短、標準、長模糊決策描述輸入、輸出變量的詞集都是模糊量，可以用模糊集合來表示，用模糊推理來運算。因此，問題的關(guān)鍵在于求取模糊集合隸屬函數(shù)。相應的三個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，洗衣機的模糊控制規(guī)則如下圖所示第二節(jié)：洗衣機軟件上的模糊控制洗衣機系統(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)信號檢測及處理；(3)功能控翻模塊；(4)中斷處理模塊；(5)顯示輸出模塊；(6)正常、過載報警模塊。模糊控制器的控翻算法包

16、括以下兩個部分：一個是模糊矩陣運算；另一個是將輸人變量(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。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。選擇合適的采樣時間是系統(tǒng)在調(diào)試過程中必須考慮的問題。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，是通過兩次采樣同褥得到的，因此為了獲得較精細的控制規(guī)律，應使渾濁度變化率的值較大，但從一次響應過程中控制作用的次數(shù)來看，一般不能低于5次，否則控翻不精細，可見在模糊控制系統(tǒng)中選擇采樣時間受以上兩方面的制約。在實際控制系統(tǒng)設計中，選擇采樣時間要進行折衷考慮，通過多次實驗方能確定其最佳的采樣時間。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。本文所論述的全自動模糊洗衣機，充分應用

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)電機轉(zhuǎn)速以達到節(jié)省時間和保護衣物的目的。軟件上通過多次檢測自動修正洗衣時問和電機轉(zhuǎn)速，使洗衣機始終處于最佳運行方式。它操作簡單、省心省力、抗干擾能力強、成本低、省電，具有較強的競爭能力。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。綜上所述，用模糊控制理論和技術(shù)，洗衣機完全可以實現(xiàn)真正意義上的全自動，使人們能充分利用洗衣機的各種功能，同時為讓模糊控制理論和技術(shù)在家用電器領域的廣泛應用打下良好的基礎。凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。參考文獻1黃布毅，劉獻心模糊控制技術(shù)在家用電冰箱上的應用J。家用電器科技，1996，（5）：31-33。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2 周 澤洗衣機的模糊控制技術(shù)J。家用電器科技199