工業(yè)洗衣機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì)

1、1工業(yè)洗衣機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì)摘要：本文深入研究了工業(yè)洗衣機(jī)的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定了控制器的輸入、輸出變量，設(shè)計(jì)了輸入輸出變量的隸屬函數(shù)，分析了輸入輸出變量的相關(guān)性，在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了模糊控制規(guī)則庫，給出了軟件設(shè)計(jì)思想及模糊推理程序流程。關(guān)鍵詞：工業(yè)洗衣機(jī)；模糊；控制；設(shè)計(jì)TheDesignofFuzzyControllerInIndustryWashingMachineAbstract:Thearticleresearchest

2、hestructureoffuzzycontrolinindustrywashingmachine.Theinptvariableoutputvariableofcontrollerisdeterminedthenthemembershipfunctionofinputvariableoutputvariableisdesigned.Rulesrepositybasedonthogonalexperimentsissetup.Thede

3、signphilosophyofsoftwarefuzzyreasoningprogramflowchatareprovidedhere.Keywds:industrywashingmachinefuzzycontroldesign1前言前言模糊控制是智能控制發(fā)展的重要方向。自1974年英國工程師E.H.Mardani首次利用模糊控制邏輯研制成功模糊控制器以來，模糊控制理論及其應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，模糊控制技術(shù)進(jìn)入

4、商品化階段，并應(yīng)用于過程控制、模式匹配、機(jī)器人及專家系統(tǒng)，在提高產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化水平的同時(shí)取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。模糊控制技術(shù)被稱為“二十一世紀(jì)的核心技術(shù)”[1]，尚在發(fā)展、完善之中。工業(yè)洗衣機(jī)廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、醫(yī)院、部隊(duì)、學(xué)校、車站、客運(yùn)碼頭等洗滌衣物量大的場(chǎng)合。工業(yè)洗衣機(jī)洗滌時(shí)要耗費(fèi)大量的水和電。在我國淡水資源日益匱乏、能源需求急劇增加的今天，耗水、耗電的減少對(duì)保護(hù)環(huán)境、造福人民有著深遠(yuǎn)的意義。2模糊控制器設(shè)計(jì)模糊控制器設(shè)

5、計(jì)本文研究以XGQ25F型工業(yè)洗衣機(jī)為原型機(jī)。洗衣機(jī)模糊控制器是模糊控制洗衣機(jī)的核心它在模糊理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，模仿人腦思維方式進(jìn)行控制。利用各種傳感器檢測(cè)布質(zhì)、布量、渾濁度等信息，單片機(jī)根據(jù)采集到的信息，經(jīng)過模糊推理決定出最佳的洗滌策略，包括洗滌時(shí)間、洗滌轉(zhuǎn)速、洗滌時(shí)進(jìn)水位及洗滌過程等。2.12.1模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制洗衣機(jī)的輸入變量主要有3個(gè)：布質(zhì)、布量、臟污程度（臟污性質(zhì)本應(yīng)

6、當(dāng)也作為一個(gè)輸入變量，但限于傳感器價(jià)格、洗衣機(jī)成本原因放棄）；輸出變量主要有5個(gè)：洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)速、水位、洗滌時(shí)間、溫度及洗滌劑劑量，所以是3輸入5輸出結(jié)構(gòu)。如圖1所示。輸入變量分別有幾種狀態(tài)(本文均以3種為例)，則洗滌輸入狀態(tài)有27種。如果將5個(gè)輸出變量均確定為3種則洗滌輸出狀態(tài)有243種，需建立一個(gè)龐大的規(guī)則庫.為簡(jiǎn)化模糊控制系統(tǒng)，首先要了解輸入變量對(duì)輸出變量的影響，對(duì)5種洗滌輸出變量進(jìn)行分析可知，溫度主要決定于洗滌劑的要求，不同的洗滌

7、劑臟污程度布質(zhì)布量電機(jī)速度洗滌時(shí)間洗滌劑量水位模糊控制器水溫圖13輸入5輸出的工業(yè)洗衣機(jī)模糊控制器結(jié)構(gòu)圖3Abcd圖3梯形隸屬函數(shù)關(guān)。6）輔料種類、料量。輔料種類由人工輸入確定。對(duì)同樣洗滌物狀態(tài)，不同洗滌劑需要量不同。對(duì)特定洗滌劑（白貓），劑量與布量、渾濁度關(guān)系筆者根據(jù)實(shí)踐得出了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格。7）脫水時(shí)間。脫水時(shí)間主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。典型數(shù)據(jù)主要由實(shí)驗(yàn)確定。3模糊推理軟件設(shè)計(jì)模糊推理軟件設(shè)計(jì)模糊推理的任務(wù)是根據(jù)洗滌物的原始狀況推斷出

8、應(yīng)采用的洗滌流程的各種參數(shù)。由于洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)采用MCS51單片機(jī)控制，程序采用C51語言設(shè)計(jì)，在KeilC7.0環(huán)境下編譯調(diào)試。3.13.1模糊推理算法模糊推理算法模糊量的隸屬函數(shù)全部采用梯形形式，可用參數(shù)abcd來表示。如圖3所示。對(duì)隸屬函數(shù)為三解形的變量，當(dāng)b與c取值相等時(shí)，梯形可簡(jiǎn)化為三角形。這樣便于軟件設(shè)計(jì)。輸入變量的模糊集及其隸屬函數(shù)參見圖2。模糊推理算法采用基本的Mani算法，模糊推理結(jié)果的精確化采用加權(quán)平均法[3]。3

9、.2洗滌流程及推理程序設(shè)計(jì)洗滌流程及推理程序設(shè)計(jì)洗滌流程包含初洗、主洗（1、2、3）、過清（1、2、3）、處理（1、2）等，可多達(dá)9個(gè)階段，每個(gè)階段包含洗滌方式（電機(jī)轉(zhuǎn)速）、洗滌時(shí)間、水溫、水位、脫水方式、脫水時(shí)間、輔料種類及料量。由于參數(shù)較多，難以根據(jù)不同輸入狀況由實(shí)驗(yàn)一一確定有關(guān)參數(shù)。實(shí)際上，根據(jù)目前已知的洗滌程序及經(jīng)驗(yàn)，有些參數(shù)只和部分輸入條件有較大關(guān)系，如水位、洗滌方式基本上由布質(zhì)、布量決定。因此，可根據(jù)洗滌參數(shù)的不同性質(zhì)，分別

10、確定洗滌參數(shù)和輸入量的關(guān)系。這不僅減少實(shí)驗(yàn)工作量，也節(jié)省推理時(shí)間。模糊推理將針對(duì)不同參數(shù)，依據(jù)不同原始資料表確定各參數(shù)的數(shù)值。模糊洗滌流程如下：模糊推理程序根據(jù)人工輸入的輔料種類、洗滌劑適宜溫度，和傳感器檢測(cè)得到的布質(zhì)、布量、初洗混濁度等數(shù)據(jù)，導(dǎo)出洗滌過程的所有參數(shù)。洗滌過程的每一階段的參數(shù)由結(jié)構(gòu)tagFuzzyOut說明，洗滌參數(shù)存放在結(jié)構(gòu)數(shù)組FuuzyOut[9]中。模糊推理程序流程圖如圖5所示。4結(jié)束語結(jié)束語筆者設(shè)計(jì)的工業(yè)洗衣機(jī)模

11、糊控制器經(jīng)鑒定其模糊控制性能已超過相關(guān)的國家模糊性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，將其應(yīng)用于工業(yè)洗衣機(jī)上，檢測(cè)樣機(jī)與全自動(dòng)同型號(hào)工業(yè)洗衣機(jī)相比，節(jié)水12%18%，節(jié)電7%12%[4]，節(jié)時(shí)20%30%，洗凈率達(dá)40%，超過國標(biāo)規(guī)定的35%。采用模糊控制技術(shù)的工業(yè)洗衣機(jī)大大減少了對(duì)工人洗滌經(jīng)驗(yàn)依賴，省時(shí)、省心、省水、省電洗凈率及智能化程度全面超過全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)。參考文獻(xiàn)：1竇振中.模糊邏輯控制技術(shù)及其應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社.19972鐘飛.基于混濁度

12、反饋洗衣機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì).湖北工學(xué)院學(xué)報(bào).2001（3）3余永權(quán).單片機(jī)模糊邏輯控制.北京航空航天大學(xué)出版社.19954周國柱.工業(yè)洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)技術(shù)策略及實(shí)現(xiàn).湖北工學(xué)院學(xué)報(bào).2002（1）選擇模糊控制程序輸入輔料種類：ExtraAbulentPro洗滌劑適宜溫度：AbulentTemperture初洗檢測(cè)布質(zhì)：ClothType布量：ClothVolume初洗混濁度：cxTurbityValue調(diào)用模糊推理程序：輸出洗滌工藝參