基于MATLAB的洗衣機模糊控制設(shè)計

基于MATLAB的洗衣機模糊控制設(shè)計摘要：模糊洗衣機是一種智能型的洗衣機，它和傳統(tǒng)的洗衣機相比，是一種全新的家用電器。傳統(tǒng)的全自動化洗衣機有兩種，一種是機械控制式，一種是單片機控制式。無論采用什么方式，它們都需要進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，這種洗衣機還稱不上是全自動的，最多只能稱為半自動的。

用單片機控制的模糊洗衣機和傳統(tǒng)的洗衣機有很大的區(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的全自動化程度，也大大提高了洗衣的質(zhì)量。

用單片機控制的模糊洗衣機可以說是真正的全自動洗衣機。在整個控制過程中，單片機和模糊控制軟件起了決定作用。關(guān)鍵詞：洗衣機、智能型、模糊控制、自動化1課題背景及意義洗衣機自問世以來，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屬于創(chuàng)新項目，填補國內(nèi)空白，達到國際先進水平。它的研制成功，必將大大推動我國乃至世界洗衣機行業(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模糊控制洗衣機的研究現(xiàn)狀2.1國外洗衣機的研究現(xiàn)狀80年代以來，家用洗衣機得到了迅速的發(fā)展，世界洗衣機總產(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)達國家洗衣機的普及率已經(jīng)非常高，在當(dāng)時日本的普及率約為99%，美國也達到了72%，西德89%，法國75%。國外的洗衣機，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、邏輯運算及電子計算機的綜合能力，已將模糊化推進到使用階段，于是基于模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論及計算機控制產(chǎn)生了高新科技產(chǎn)品電腦模糊化控制洗衣機。它的出現(xiàn)，為洗衣機的發(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洗衣機的FIS編輯器洗衣機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洗衣機的Rule編譯器至此，洗衣機的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)計還需進一步改進，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)被控對象為首先運行模糊程序，并將模糊推理系統(tǒng)保存。然后運行模糊控制的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改進后的仿真曲線由上圖可以看出，改進后系統(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，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埽粌H實現(xiàn)了洗衣機的全面自動化，也大大提高了洗衣的質(zhì)量，具有很強的實用性和較好的發(fā)展前景。參考文獻[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