全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制器設(shè)計(jì)

全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制器設(shè)計(jì)1簡(jiǎn)介洗衣機(jī)自問世以來，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的開展，現(xiàn)正呈現(xiàn)出全自動(dòng)、多功能、大容量、高智能、省時(shí)節(jié)能的開展趨勢(shì)。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，為上述開展趨勢(shì)提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)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(xué)及其應(yīng)用的大門。1974年英國教授馬丹尼〔〕首先將模糊集合理論應(yīng)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(yīng)用于一家富士電子水凈化廠。1983年他又開始研究模糊機(jī)器人。隨著模糊控制技術(shù)的不斷開展，模糊控制逐漸被應(yīng)用到日用家電產(chǎn)品的控制，例如電飯鍋﹑照相機(jī)﹑吸塵器﹑洗衣機(jī)等。模糊控制全自動(dòng)滾筒洗衣干衣機(jī)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(shí)間、洗凈程度、烘干效果，最終到達(dá)提高效率，簡(jiǎn)化操作，節(jié)水節(jié)電省時(shí)的效果。2模糊洗衣機(jī)的根本原理洗衣機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為一多輸入多輸出系統(tǒng),輸入量為衣質(zhì)、衣量、臟污程度(即水的渾濁度)、臟污性質(zhì)(渾濁度變化率);輸出量為洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間、洗滌時(shí)間、漂洗方式等。從洗衣機(jī)的運(yùn)行過程可以看出,洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間都可以通過輸入量推理求得,而洗滌時(shí)間與漂洗方式為實(shí)時(shí)控制量,影響其主要因素是被洗物品的臟污程度,這兩個(gè)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(shí)際分析證明:輸入與輸出之間很難用一定的數(shù)學(xué)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(yàn),用常規(guī)的控制方法難以到達(dá)理想的效果。而采用模糊控制技術(shù)就能很容易解決問題。因而采用了模糊控制器設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)。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(shí)驗(yàn),總結(jié)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(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信息,判斷出衣物多少、面料軟硬、臟污程度、臟污性質(zhì)等,計(jì)算出控制量,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、排水等一列的設(shè)置。根據(jù)上述分析和模糊控制技術(shù)的根本原理,可以確定洗衣機(jī)的模糊控制框如圖。3.模糊控制器的設(shè)計(jì)3.1定義輸入輸出量的模糊分布因?yàn)楸疚闹攸c(diǎn)闡述由泥性骯臟度和油性骯臟度確定洗滌時(shí)間的模糊控制過程，所以定義了以下三個(gè)語言變量：1、污泥分為三個(gè)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(shí)現(xiàn)污泥的模糊化。Matlab仿真，污泥隸屬函數(shù)設(shè)計(jì)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(jié)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(shí)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(shí)現(xiàn)洗滌時(shí)間的模糊化，如圖3-3所示。圖3-3洗滌時(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)模糊規(guī)則，模糊規(guī)則設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)為：“污泥越多，油脂越多，洗滌時(shí)間越長(zhǎng)〞；“污泥適中，油脂適中，洗滌時(shí)間適中〞；“污泥越少，油脂越少，洗滌時(shí)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4-1所示。洗滌時(shí)間z污泥xSDMDLD油脂yNGMGLGVS*SMMMLLLVL4.1模糊推理a.規(guī)則匹配假設(shè)當(dāng)前傳感器測(cè)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(jié)果洗滌時(shí)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(guān)聯(lián)得到規(guī)則結(jié)論。前提的可信度之間通過取小運(yùn)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(qiáng)度表，表4-3規(guī)則前提可信度洗滌時(shí)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(gè)表進(jìn)行“與〞運(yùn)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(shí)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(jié)模糊控制是一種非線性的控制方法，主要針對(duì)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(duì)被控對(duì)象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出模糊規(guī)則，采用模糊量，借助單片機(jī)對(duì)這些信息按照模糊規(guī)則轉(zhuǎn)換為控制