模糊控制洗衣机

模糊控制洗衣机

1.基本原理：

在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊控制来处理这些问题。

而模糊控制洗衣机在洗衣服的时候，通常决定洗涤效果的主要因素为：衣服的种类、水的温度、洗涤剂、和机械力。衣服种类主要有棉纤维和化纤之分，化纤的衣服要比棉纤维的衣服好洗。水温越高，洗涤效果越好。洗涤剂主要是各种酶决定洗涤效果。机械力也就是洗衣机通过水流来模拟揉、搓等各种人的动作。模糊洗衣机中具有检测各种状态的传感器，主要有负载量传感器、水位传感器、水温传感器、布质传感器、洗涤粉传感器。负载量传感器主要用于检测洗涤衣服的多少，即布量。水位传感器用来确定水位的高低和衣服吸水能力的大小。布质传感器用来测定所洗衣物属于棉纤类还是化纤类。洗涤粉传感器主要测定洗涤粉的种类。根据从各种传感器中得到的信号，进行模糊控制，以确定洗涤方法。

如图所示为全自动洗衣机模糊控制推理框图。先是通过传感器检测到衣物上的各种信息，之后进行模糊化处理并确定衣质、衣量、脏污程度、脏污性质等的隶属函数，再经过模糊推理和反模糊化处理最终即可得到洗涤时间、洗涤剂投放

量、水位高低、水流强度等的控制输出量。由图可见，洗衣机是一个多输入多输出的控制对象。模糊推理的前件和后件之间的相关关系对于不同的因素而有所不同。例如：衣物的脏污程度和布量脏污性质可以确定洗涤时间、洗涤剂投放量；布量可以确定水位的高低等。弄清输入输出的前后件之间的关系对于对模糊控制器的设计有着很重要的作用。

2控制性能：

在洗衣机中，布质和布量是无法直接通过物理传感器测出的，所以它们的求取都是采用间接的方法。布质、布量与洗涤的过程有很大的关系。所以，除了脏污度之外，模糊推理还考虑布质和布量。

模糊洗衣机是一个多输入多输出的控制系统。在实际中，模糊推理的前件和后件之间关系对于不同的因素至少有所不同。例如，脏污度和水温可以确定洗涤剂投放量和洗涤时间，而布量、布质等可以确定水位和水流等。因此，在推理中把有关前件和后件进行处理。这种处理分为主要因素推理和顺序因素推理两种。考虑到洗衣机过程中的两种情况，一种是静态的，即洗涤浓度；另一种是动态的，即洗衣水流及时间，故而推理分为洗涤剂浓度推理和洗衣推理两大部分。

洗涤剂浓度推理中，其规则如下：

如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；

如果浑浊度偏高，则洗涤投入量偏大；

如果浑浊度低，则洗涤剂投人量小。

在洗衣推理中，推理规则如下：

如果布量少，布质以化纤偏多，而且水温高，则水流为特弱，洗涤时间特短；

如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低，则把水流定为特弱，洗涤时间定为特长。在这一过程中，我门可以得出相关的洗衣机模糊控制表：

对于输人量，各个因素的模糊量定义不同。布量的模糊量为“多”、“中”、“少”；水温的模糊量为“高”、“中”、“低”；而布质的模糊量为“棉布偏多”、“棉布化纤各半”、“化纤偏多”。而输出量，水流的模糊量取“特强”，“强”，“中”，“弱”．“特弱”，时间的模糊量取“特长”，“长”，“中”，“短”，“特短”。在上述的模糊量中．各自的隶属函数都不同。水温、布量和时间的模糊量如图示：

对于主要因素推理和顺序因素推理这两种推理，它们之间是有着隐含的推理关系的。主要因素推理是以采用人思维中的“主要因素起决定作用”原理执行的在这种原理中，抛弃各种次要因素，以简明的形式产生因素少的推理规则，便于进行处理。顺序因素推理则是把前一种推理的结果作为本次推理的事件，从而推理出新的结果。在洗衣机中，如果考虑浑浊度、洗涤剂投入量、水流、洗涤时间等因素的推理，作为主要因素推理，显然有：

如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；

另一种主要因素推理有：

如果布量多，而且水温高，则水流为强，洗涤时间为中；

但实际上，洗涤剂投入量大时，要求洗涤时间较长才能洗得干净，故还需考虑顺序因素推理：

如果洗涤剂投入量大，则洗涤时间长；如果洗涤剂投入量中，则洗涤时间中；

当顺序推理和主要因素推理出的某一个后件因素的隶属度不同时，则采用Max原则处理；而得到某个后件的模糊量不同时，则采用“大者优先”的原则处理。

在模糊推理中，需要考虑推理的前件和后件，也即是推理的输人条件和输出结果。在模糊洗衣机中．主要是要考虑布质、布量、水温和肮脏程度这几种条件，而从这些条件求取水位．洗涤时间和水流，漂洗方式和脱水时间等。

可以依据上面的分析进行模糊化，求出相对隶属度函数，然会建立模糊控制规则库，进行模糊判断分析。

3.总结

采用模糊控制技术的洗衣机具有自动识别衣质、衣量、脏污程度、脏污性质，自动投入适量的洗涤剂、调整合适的洗涤时间、水位、水流强度等。不仅实现了洗衣机的全面自动化，节约了一定量的能源，也大大提高了洗衣的质量，具有很强的实用性。且模糊控制器是采用工作人员的操作经验，通过合成关系，把输入模糊量和模糊关系矩阵合成推理得出控制量，不需要建立精确的数学模型，控制过程与人的思维方式也比较相近，实用性好，实现起来也简单可靠。