基于MATLAB的洗衣機(jī)模糊控制設(shè)計

基于MATLAB的洗衣機(jī)模糊控制設(shè)計摘要：模糊洗衣機(jī)是一種智能型的洗衣機(jī)，它和傳統(tǒng)的洗衣機(jī)相比，是一種全新的家用電器。傳統(tǒng)的全自動化洗衣機(jī)有兩種，一種是機(jī)械控制式，一種是單片機(jī)控制式。無論采用什么方式，它們都需要進(jìn)行人為的洗滌程序選擇，衣質(zhì)和衣量選擇，然后才能投入工作。在本質(zhì)上講，這種洗衣機(jī)還稱不上是全自動的，最多只能稱為半自動的。

用單片機(jī)控制的模糊洗衣機(jī)和傳統(tǒng)的洗衣機(jī)有很大的區(qū)別，它能自動識別衣質(zhì)自動識別骯臟程度、自動化決定水量、自動投入恰當(dāng)?shù)南礈靹?，從而全部自動地完成整個洗染過程。由于洗滌程序是通過模糊推理而決定的，有著極高的洗滌效能，從而不但大大提高洗衣機(jī)的全自動化程度，也大大提高了洗衣的質(zhì)量。

用單片機(jī)控制的模糊洗衣機(jī)可以說是真正的全自動洗衣機(jī)。在整個控制過程中，單片機(jī)和模糊控制軟件起了決定作用。關(guān)鍵詞：洗衣機(jī)、智能型、模糊控制、自動化1課題背景及意義洗衣機(jī)自問世以來，經(jīng)過一個多世紀(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)展趨勢提供了堅強(qiáng)的技術(shù)保障。L·A·Zadeh教授最早提出了模糊集合理論，由此產(chǎn)生了模糊控制技術(shù)，其突出的優(yōu)點是：不需要對被控對象建立精確的數(shù)學(xué)模型。對于復(fù)雜的、非線性的、大滯后的、時變的系統(tǒng)來說，建立數(shù)學(xué)模型是非常困難的。全自動滾筒洗衣干衣機(jī)的自動化、智能化控制正是一種難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制問題，采用模糊控制技術(shù)，可以很方便的控制洗衣干衣過程。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)電省時的效果。模糊控制全自動滾筒洗衣干衣機(jī)屬于創(chuàng)新項目，填補(bǔ)國內(nèi)空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平。它的研制成功，必將大大推動我國乃至世界洗衣機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗編成模糊規(guī)則，然后將來自傳感器的實時信號模糊化，將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。2模糊控制洗衣機(jī)的研究現(xiàn)狀2.1國外洗衣機(jī)的研究現(xiàn)狀80年代以來，家用洗衣機(jī)得到了迅速的發(fā)展，世界洗衣機(jī)總產(chǎn)量已經(jīng)約為3000萬臺/年，日本年產(chǎn)約為465萬臺，美國的年產(chǎn)量約為625萬臺。在這些發(fā)達(dá)國家洗衣機(jī)的普及率已經(jīng)非常高，在當(dāng)時日本的普及率約為99%，美國也達(dá)到了72%，西德89%，法國75%。國外的洗衣機(jī)，美國的一般采用攪拌式，歐洲一般用滾筒式，而日本一般采用波輪式，除此之外，其他國家還有一些噴流式、震動式。早在1965年模糊數(shù)學(xué)的奠基人美國的理·查德教授首先提出了模糊集合的概念，經(jīng)過近三十年的發(fā)展，模糊數(shù)學(xué)以其強(qiáng)大的生命力，經(jīng)歷了創(chuàng)建，完善，到逐步應(yīng)用的歷程。同時借助于數(shù)理統(tǒng)計、邏輯運(yùn)算及電子計算機(jī)的綜合能力，已將模糊化推進(jìn)到使用階段，于是基于模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論及計算機(jī)控制產(chǎn)生了高新科技產(chǎn)品電腦模糊化控制洗衣機(jī)。它的出現(xiàn)，為洗衣機(jī)的發(fā)展開創(chuàng)了一個嶄新的時代。了簡單起見，所有的模糊子集都選取三角形隸屬度函數(shù)）：2、油性骯臟度：NG（油污少）、MG（油污中）、LG（油污多），隸屬函數(shù)如下所示：3、洗滌時間：VS（很短）、S（短）、M（中等）L（長）、VL（很長）。隸屬函數(shù)如下所示：建立模糊控制規(guī)則根據(jù)人的操作經(jīng)驗設(shè)計模糊規(guī)則，模糊規(guī)則設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行組合搭配后，可設(shè)立九條模糊控制規(guī)則，如表1所示。表1模糊洗衣機(jī)的洗滌控制規(guī)則表4.4模糊推理和清晰化處理由于篇幅限制，模糊推理就不贅述了。本文采用最大隸屬度法計算模糊量清晰化后的數(shù)值。5實驗仿真用一個二維Mamdani型模糊控制器實現(xiàn)洗衣機(jī)的模糊控制，建立一個FIS編輯器界面，其中包含兩個輸入和一個輸出，分別為D（泥性骯臟度）、G（油性骯臟度）和T（洗滌時間），F(xiàn)IS編輯器如圖5-1所示：圖5-1洗衣機(jī)的FIS編輯器洗衣機(jī)FIS編輯器輸入、輸出變量隸屬度函數(shù)編輯：圖5-2輸入量D的MF編輯器圖5-3輸入量G的MF編輯器圖5-4輸出量T的MF編輯器圖5-5洗衣機(jī)的Rule編譯器至此，洗衣機(jī)的FIS設(shè)計、編輯工作全部完成。下面來觀測模糊推理的過程：圖5-6洗衣機(jī)Rule觀測窗輸入、輸出變量之間的整體相關(guān)情況如圖5-7所示：圖5-7洗衣機(jī)輸出曲面觀測窗可以看出，輸出t是ｄ和ｇ兩個輸入變量的函數(shù)，由于只有兩個輸入，控制器的設(shè)計比較簡單，曲面比較光滑，不過控制器的設(shè)計還需進(jìn)一步改進(jìn)，但是基本的設(shè)計思路和方法都已經(jīng)表現(xiàn)出來了。5.２系統(tǒng)仿真設(shè)被控對象為首先運(yùn)行模糊程序，并將模糊推理系統(tǒng)保存。然后運(yùn)行模糊控制的Simulink仿真程序如圖5-8所示。圖模糊控制Simulink仿真程序設(shè)Kd=6，Kg=12，Kt=1/6，得到的仿真曲線如圖5-9，5-10所示：圖5-9仿真曲線由5-9仿真曲線可知，系統(tǒng)輸出值與預(yù)定值較為接近，但是超調(diào)還是有點大,于是將Kg改小為8，再觀察曲線，此時Kd=6，Kg=8，Kt=1/6，得圖5-10：圖5-10改進(jìn)后的仿真曲線由上圖可以看出，改進(jìn)后系統(tǒng)輸出值與預(yù)定值比較接近，而且超調(diào)量較圖5-9來說明顯變小，有著較高的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)特性，說明通過模糊控制可以達(dá)到預(yù)期的效果，對實際控制具有較好的指導(dǎo)意義。6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)換為控制量，來完成自動控制。近年來，模糊控制在家用電器控制中得到較廣泛的應(yīng)用，采用模糊控制的洗衣機(jī)，可具有自動識別衣質(zhì)、衣量、臟污程度、臟污性質(zhì)、自動決定水量、自動投入恰當(dāng)?shù)南礈靹┑裙δ?，不僅實現(xiàn)了洗衣機(jī)的全面自動化，也大大提高了洗衣的質(zhì)量，具有很強(qiáng)的實用性和較好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)[1]

章衛(wèi)國,楊向忠.模糊控制理論與應(yīng)用.西安：西北工業(yè)大學(xué)出