智能控制课程设计—洗衣机模糊控制器设计.

（3-1）
（2）衣物量:多(B)、中(M)；少(S);隶属度函数如下
10 y ( y ) 0 y 10 S 10 y 0 y 10 10 M ( y) 20 y 10 y 20 10 B ( y ) x 10 10 y 20 10
洗衣机模糊控制器设计

小组成员：
一. 二. 三. 四.
产生的背景 模糊洗衣机的结构与检测 模糊控制器的设计 M AT L A B 仿 真
一.产生的背景
1、普通的洗衣机虽然省力、省时，但是对于不同的衣物，放多少洗衣粉 和多少水？一般人们是按照经验来确定的。至于洗的干净与否，是等 到洗衣结束确定的。 2、模糊洗衣机是一种智能型的洗衣机，它和传统的洗衣机相比，是一种 全新的家用电器。传统的全自动化洗衣机有两种，一种是机械控制式 ，一种是单片机控制式。无论采用什么方式，它们都需要进行人为的 洗涤程序选择，衣质和衣量选择，然后才能投入工作．在本质上讲， 这种洗衣机还称不上是全自动的，最多只能称为半自动的。 3、基于上述不便，模糊控制洗衣机是在神经网络智能控制下，模仿人的 思维进行判断操作的一种新型的智能洗衣机，普通微电脑洗衣机采用 的是量化的固定程序，一经设定，便不能更改；而模糊控制洗衣机可 以在一定程度上随时变化，因而具有人工智能。
50 x ( x ) S 50 x 脏污 M ( x) 50 100 x 50 B ( x) x 50 50 0 x 50 0 x 50 50 x 100 50 x 100
2.1 结构
图2-1是模糊控制洗衣机的结构，它是由洗涤缸、电动机、搅拌轮、给水阀
、排水阀和各种传感器组成。 对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断检测相关的状态，以作为控制
依据，下面介绍在模糊控制洗衣机中所用参数的检测原理和技术，在检测中要用
到负载传感器、水位传感器、水温传感器和光电传感器等。
图2-1 模糊控制洗衣机的结构
模糊控制器系统可以有很多维，要知道所选用的模糊控制器维数越高，其控
制精度就会越高，但是维数越高，模糊控制规律就过于复杂，因此在这里我 们选择二维控制器。
图3-3二维模糊控制器
图3-4三维模糊控制器
3.3 定义模糊集合以及论域 在这里我们选取两个输入量：脏污程度（污浊度）、衣物量（负载） 两个输出量：洗涤时间、洗涤剂量 （1）输入量（2级） 脏污程度：很脏、脏、不太脏；取值范围定为[0 100];
图1-1 模糊控制洗衣机应用实物
衣物的质料一般分为棉质和化纤的，棉质的更难洗；在这些因素中影响 最大的还是水温，在一定范围内，水温越高洗涤效果越好。图2-1是水温和 洗净力之间的曲线，水温不能太高，否则高温会把衣物上的蛋白质凝固，从 而影响洗涤效果。
图1-2 水温和洗净力之间的曲线
二.模糊洗衣机的结构与检测
单变量控制系统中，将输入变量的个数定义为模糊控制的维数，如图3-2所 示这是一种一维模糊控制，往往用于一阶被控对象。
图3-2 一维模糊控制
二维模糊控制器如图3-3所示，在控制效果上要比一阶控制器好的多，也
是目前采用比较广泛的一类模糊控制器。
三维模糊控制器如图3-4，由于结构比较复杂，推理运算时间比较长，因 此除非对动态特性的要求比较高的场合，一般较少使用三维的控制器。
管分别对应安装在管的两边，发光二极管发出的光经聚焦后，透过水被光敏管
接收，接收的强度就反映水的透明度，这是一种间接反映衣物脏污的方法。输 出变化见图2-3。
图2-3 输出变化曲线
（3）其它检测
水位检测是用一种专门的水位传感器来实现的，水温检测是通过热敏电阻 来实现的。布料检测和负载检测差不多，在实际生活中，对布料检测的精度不 要求很高，方法是一样的，也是比较脉冲的个数，化纤在水里的阻力小，那么 脉冲个数就会大，反之亦然。
三.模糊控制器的设计
3.1 基本结构和控制过程 图3-1是模糊洗衣机控制结构，它利用负载、布料、水温以及衣物的脏污程 度等检测得到的信息，进行分段评估计算，使其模糊化，再根据模糊规则进行 推理，最后根据规则进行解模糊判决，以决定Biblioteka Baidu适当的水流、水位、洗涤时间 、洗涤剂量等。一个模糊控制系统是由输入量、模糊推理规则、输出量组成。
衣物量：少、中、多;取值范围定为[0 20]。
（2）输出量（2级） 洗涤时间：很短、短、中、长、很长；取值范围定为[0 60]；
洗涤剂量：很少、少、中、长、很多；取值范围定为[0 100]。
3.3 定义隶属度函数
为方便起见所有的变量都采用三角形隶属度函数（trimf） （1）脏污程度:很脏(B)、脏(M)；不太脏(S);隶属度函数如下
下面以计量断电后反电动势为例当洗衣机内衣物少时，搅拌轮停止的慢； 而当衣物多时，电动机很快就停止。根据电动机两端产生感应电动势的时间， 就可以测量衣物的多少将反向电压，经过波形处理，通过脉冲个数即可确定衣 物量。脉冲与衣物量的关系曲线如图2-2。
图2-2 脉冲与衣物量的关系曲线
（2）污浊度检测
被洗涤衣物的污浊度检测是通过水的透光率检测来间接实现的。而水的透 光率是用光电传感器器来实现的。它被安排在排水管出口，发光二极管和光敏
模糊控制
温度传 感器 负载传 感器
水温
模 糊 推 理
洗 涤 时 间 洗 涤 剂 量
衣物量
光电传 感器
脏污程度 图3-1 模糊洗衣机控制结构
3.2模糊控制器的选择
在确定性控制系统中，根据输入变量和输出变量的个数，可以分为单变量控 制系统和多变量控制系统。在模糊控制系统中也可以类似地划分单变量模糊控
制和多变量模糊控制。
2.2 检测
（1）负载检测 它主要用来检测所洗衣物的质量，从而决定水位以及洗涤时间等。可以用 不同的方法实现。最容易想到的方法是用静态的压力传感器来直接测量，但从 成本和结构来讲，并不适用。这里用一种动态间接测量方法，即通过检测电动 机的负载来实现。电动机的负载可以用正常运转时的驱动电流来计算，也可用 电动机断电后的反电动势的大小及波形来计算。