智能控制作业.docx
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智能控制作业
一．全自动洗衣机的模糊控制分析
摘要:
对全自动洗衣机的模糊控制进行了分析,详细介绍了如何定义洗衣机的模糊控制输入、输出量.根据专家知识和手动操作人员长期积累的经验,给出了模糊控制的具体规则.以确定洗衣机洗涤时间为例,利用Matlab进行了仿真研究,采用取小运算对模糊规则进行推理,并采用最大平均法得到反模糊化结果,所得结果与理论计算结果接近相同.
关键词:
全自动洗衣机;模糊控制;模糊推理
1.全自动洗衣机的一般模糊控制原理
1.1模糊控制输入量
模糊控制输入量是模糊推理的前件,对于全自动洗衣机模糊控制器而言,主要有衣质、衣量、脏污程度和脏污性质4个输入量.这4个输入量的模糊子集隶属函可定义为:
衣质,论域的语言值定义为棉、棉纤、纤3种;衣量,论域的语言值定义为多、中多、中少、少4种;脏污程度,论域的语言值定义为很脏、一般脏不太脏3种;脏污性质,论域的语言值定义为油性、中性和泥性3种
1.2模糊控制的输出量
模糊控制的输出是模糊推理的后件,对于全自动洗衣机模糊控制器而言,主要包括水位、洗涤时间、洗涤剂投放量和水流强度4个量.这4个输出量的模糊子集隶属函数可定义为:
洗涤剂投放量,论域的语言值定义为很少、少、中、多和很多5种;洗涤时间,论域的语言值定义为很短、短、中、长、很长5种;水位高低,论域的语言值定义为很低、低、高、很高4种;水流强度,论域的语言值定义为弱、中和强3种.
1.3模糊控制规则
模糊控制器的规则库是基于专家知识和手动操作人员长期积累的经验,是按人的直觉推理的一种语言表示形式.通常有一系列的关系词连接而成,如IF-THEN,ELSE等.为了简明表示模糊规则,将上述模糊控制输出量用数字表示.例如:
洗涤时间（很短、短、中、长、很长）=（1、2、3、4、5）,其余3个输出量表示与此类似,当输出量论域为3种时,则用3个数字表示.根据专家的经验并结合衣物的实际洗涤情况,可得到表1所示的模糊控制规则.
表1，全自动洗衣机模糊控制规则
衣物很脏一般脏不太脏
衣质衣量油污泥污油污泥污油污泥污棉
多455345534353435343434343
中多355334533342333232323232
中少245323422342234222322122
少134212321232122211111111
棉纤
多455344534353434343424242
中多355334533442334232323232
中少244223422332223222212111
少133212321221122111111111
纤
多455345534442434243324232
中多355234423432333232323222
中少244223322332222222112111
少133112311221122111111111
表1中每一项有4位数字,从左到右依次代表水位、洗涤剂投放量、冼涤时间、水流方式4个输出变量,每位数的取值代表相应的输出所取的模糊子集.
参考文献:
[1]经顺林,潘皓炫,肖健华.全自动洗衣机的自适应模糊控制方法[J].计算机技术与自动化1999,18（4）:
13-17.
[2]彭小娟.智能洗衣机的模糊控制系统[J].新余高专学报,2001,6
（2）:
17-18.
[3]冯海涛.智能模糊技术在全自动洗衣机中的应用[J].家用电器,2002（6）:
30-31.
[4]张道德,杨光友,周国柱,等.工业洗衣机模糊控制的设计[J].微计算机信息,2005,21（7）:
37-39
二．全自动洗衣机的自适应模糊控制方法
摘 要 本文分析了模糊控制技术在全自动洗衣机的应用及其不足,提出了一种可行的自适应模糊控制法,应用该方法可使全自动洗衣机在保证洗涤质量的前提下,降低生产成本。
1 全自动洗衣机的一般模糊控制原理
全自动洗衣机中的模糊控制器要解决的问题是如何利用测得的衣质（棉、绵纤、纤）、衣量（多、中多、中少、少）、脏污程度（很脏、一般脏、不太脏）、脏污性质（油污、泥污）等信息来控制洗涤水位（低、中低、中高、高）、洗涤剂投放量（少、中少、中、中多、多）、洗涤时间（短、中短、中、中长、长）和水流方式（弱、中、强）。
也就是如何建立各种情况下的模糊控制规则
2 全自动洗衣机模糊控制缺陷分析
如前所述,全自动洗衣机的模糊控制方法全面地考虑了与洗涤效果相关的4种因素,并定出了各种情况下的洗涤方法（规则）。
最后将这些规则应用到同一类型的所有洗衣机中去。
现在的问题是同一类型的洗衣机不可能具有完全相同的电子、机械特性。
造成这种情况的首要原因是每一种元器件都允许存在误差,如电容的误差范围为±15%。
各种元器件的误差积累会对洗衣机的总体特性造成很大的区别。
3 全自动洗衣机中的自适应模糊控制
自适应模糊控制就是将模糊系统辨识和模糊控制结合起来的一种控制方式。
控制器通过对象特性的检测（系统辨识）,来进一步了解被控对象,从而选择适合被控对象的控制参数或控制规则。
这样控制器本身具有一定的适应变化的能力,或者说自适应模糊控制具有定的智能。
参考文献：
1 钟汉枢,林骏.模糊控制在全自动洗衣机中的应用.华南理工大学学报（自然科学版）,1998;26
（1）:
90—94
2 金晓明等.自适应模糊控制的新进展.信息与控制,1996;25（4）:
217—223
3 冯冬青,谢宋和等编著.模糊智能控制.化学工业出版社,1998
4 孙增圻等编著.智能控制理论与技术.清华大学出版社,广西科学技术出版社,1997
三．采用模糊控制的全自动洗衣机
1基本原理
洗衣机的自动控制系统为一多输入多输出系统,输入量为衣质、衣量、脏污程度（即水的浑浊度）、脏污性质（浑浊度变化率）;输出量为洗涤剂量、水位、水流、脱水时间、洗涤时间、漂洗方式等。
从洗衣机的运行过程可以看出,洗涤剂量、水位、水流、脱水时间都可以通过输入量推理求得,而洗涤时间与漂洗方式为实时控制量,影响其主要因素是被洗物品的脏污程度,这两个量可以用水的浑浊度和浑浊度变化率来表示,油性脏污的浑浊度变化率小,泥性脏污的浑浊度变化率大。
2.模糊规则及模糊推理
描述输入、输出的变量都是模糊量,用模糊集合来表示,然后根据模糊规则进行模糊推理来进行控制。
因此,问题的关键在于求取模糊集合的隶属度函数。
而求取模糊集合的隶属度函数,首先要对变量进行模糊[4,5]。
2.1变量的模糊化与隶属度函数
所谓模糊化,就是把变量的数值,根据变量模糊子集的隶属度函数找出相应的隶属度的过程。
我们选用三角形函数作为模糊集合的隶属度函数,因为它们的数学表达和运算简便,所占的内存空间小,并且与采用其它复杂形状的隶属度函数相比,在达到控制要求方面无大的差别
四．全自动洗衣机模糊控制系统设计
全自动洗衣机模糊控制的软件系统比较复杂,为了最大限度地减小程序的容量,本文采用了以功能子程序模块为基础的积木式软件系统设计方法。
其中最高一级的功能模块主要有键盘管理程序、自检程序、手动任意程序、全自动模糊控制程序等四个模块。
次一级的功能模块主要有洗涤程序模块、进水程序模块、清洗程序模块、排水程序模块、脱水程序模块、补水程序模块、故障报警显示模块。
最低一级的功能模块包括布质布量检测子程序模块、水位检测子程序模块红外光传感器数据采集子程序模块、实时时钟模块、显示子程序模块、数据处理子程序模块，2814读子程序模块。
参考文献
1孔星朗单片机原理及其在家用电器中的应用北京海洋出版社1993年
2李士勇模糊控制和智能控制理论与应用哈尔滨工业大学出版社1990年
五．全自动洗衣机的模糊控制系统
模糊控制是一种以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为数学篆础的新型计算机数字控制法模糊控制的基础是模糊数学,模糊控制的实现手段是微型汁算机。
模糊控制系统由以下四大部分组成:
l、模糊控制器它是整个控制系统的核心,实际上是一台微型计算机,主要完成输人量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的非模糊化处理等重要过程、,2、输人/输出接口电路该接口主要包括前向通道中的刀D转换电路以及后向通道中的D/A转换电路两个主要的信号转换电路前向通道的刀D转换把传感器检测得到的反映被控对象输出童大小的模拟量转换成微机可以接受的数字量,送给模拟控制器进行计算;D/A转换把模糊控制器输出的数字量转换成与之成比例的模拟量,控制执行机构的正常动作3、广义对象包括执行机构和被控对象,4、传感器它负责把被控对象的输出信号转换为对应的电信号,
参考文献:
（1）.赵推君.家用电器中的自动控制系统上M」.
北京:
中国轻工业出版社,1996.
（2）.倪远平模糊控制器的硬件电路实现【J].
电工技术,1998.
总结：
模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
全自动洗衣机的模糊控制
1.数学模型特点：
—般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法．机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义.测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。
这种方法称为系统辨识．将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。
即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数．
2.系统控制框图：
3.模糊控制器的设计：
（1）。
模糊控制的输入量（模糊推理的前件）
布量：
定义在论域上的语言值有“重”“中”“轻”
“少量”四个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.6（a）.
布质：
定义在论域上的语言值有“化纤”“棉布”与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.6（b）.
温度：
定义在论域上的语言值有“低”“中”“高”三个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.6（c）.
脏污程度：
义在论域上的语言值有“重”“中”“轻”
三个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.6（d）.
脏污性质：
定义在论域上的语言值有“油性”“中性”“泥性”。
2.模糊控制的输出量：
水位：
定义在论域上的语言值有“极少”“少”“低”“中”“高”五个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.7（a）.
洗衣机设定时间：
定义在论域上的语言值有“很短”“短”“较短”“中”“较长”“长”“很长”共7个，与之对应的隶属度函数见图7.7（b）.
洗衣机修正时间：
定义在论域上的语言值有“负多”“负少”“0”“正少”“正多”5个。
与之对应的模糊子集隶属度函数见图7.7（c）.
4.模糊控制规则
模糊控制规则是洗衣机控制策略的体现，也是实现最佳自动洗衣过程的经验的结晶，即知识库。
影响因素和被控因素只能是以自然语言来描述，而他们之间的关系极为复杂，呈现着显著地非线性，如何建立这些规则，既包括上节所说的语言变量的语言值和对应对隶属度函数，同时也包括“IF-THEN”规则的建立。
考虑到XQB55-30型前件包含的因素和后件包含的因素较多，如用单一的规则来表示，规则数很多，这使单片机资源很难满足其存储的要求，表一是以布量，布质温度为前件，以水位，水流，洗涤剂量和洗涤时间为后件，推出主要控制参数，表二是以脏污程度和脏污性质为前件，以洗涤时间的修正量为后件，以其输出，再综合第一个规则表的推理输出得出实际控制洗涤时间量。
布质
化纤
棉布
温度
高
中
低
高
中
低
布量
少量
很短
短
较短
短
短
较短
轻
较短
较短
中
较短
中
中
中
中
中
较长
中
较长
较长
重
较长
长
很长
长
长
很长
表7.1实际控制洗涤时间
表7.2实际控制洗涤时间
脏污性质
泥性
中性
油性
脏污程度
轻
负多
负少
0
中
负少
0
正少
重
0
正少
正多
5.模糊推理
在此型号洗衣机上，采用了在线推理，与其他控制方法相比这样既可以提高精度，又可以为进一步发展打下基础，在线推理要求响应速度快，因此必须选用快速算法，综合采用了COG方法，在输出时，部分输出量是采取分档式，择近选择输出，分档档次增加这样既有利于得到更好的洗涤效果又有利于达到节约能量的目的。
6.总体模糊控制相比其他控制方法的优点缺点
（1）模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
（2）由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
（3）基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。
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