智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)研究

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摘要：在簡(jiǎn)要概述智能洗衣機(jī)模糊控制原理基礎(chǔ)上，對(duì)模糊控制算法下的智能洗衣機(jī)控制參數(shù)設(shè)計(jì)、模糊集以及模糊規(guī)則建立甚至模糊量化過(guò)程進(jìn)行深度研究，從而探討智能洗衣機(jī)在模糊控制理論體系下的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程與仿真應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果，旨在為我國(guó)智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)能力的不斷提升帶來(lái)一定參考與啟迪。

關(guān)鍵詞：智能洗衣機(jī)；模糊控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

隨著我國(guó)高新科技的快速發(fā)展和人們物質(zhì)生活的不斷富足，智能化、自動(dòng)化及機(jī)械化逐步成為我國(guó)家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全新趨勢(shì)，洗衣機(jī)作為家電行業(yè)的重要發(fā)展方向同樣如此。近年來(lái)，隨著越來(lái)越多家電制造企業(yè)對(duì)智能洗衣機(jī)關(guān)注度與重視度的不斷提高，智能洗衣機(jī)品牌戰(zhàn)略布局進(jìn)一步完善，我國(guó)智能洗衣機(jī)迎來(lái)了飛速發(fā)展階段。在此過(guò)程中，智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究必須隨著洗衣機(jī)智能化與自動(dòng)化程度的不斷提升進(jìn)一步加強(qiáng)，充分為智能洗衣機(jī)各項(xiàng)功能目標(biāo)的達(dá)成奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。因此，模糊控制理論及模糊控制系統(tǒng)分析受到了越來(lái)越多專家學(xué)者的關(guān)注與重視。在此背景下，對(duì)智能洗衣機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中的模糊控制理論及其模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行深度探討與研究，也就具備重要理論意義和戰(zhàn)略價(jià)值。

1智能洗衣機(jī)的模糊控制原理

在智能洗衣機(jī)的模糊控制過(guò)程中，模糊控制原理主要是在控制洗衣機(jī)按照人類日常洗衣經(jīng)驗(yàn)所總結(jié)出的模糊控制相關(guān)規(guī)則，在采用數(shù)量化模型模糊量的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)設(shè)備將相關(guān)模糊控制規(guī)則以及洗滌經(jīng)驗(yàn)按照模糊規(guī)則賦值成為決策變量，自動(dòng)反映在智能洗衣機(jī)模糊自動(dòng)過(guò)程控制中。在智能洗衣機(jī)衣物洗滌過(guò)程中，衣物量的多少、面料種類等作為智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)模糊量，必須采用大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)出人為洗滌方式所得到的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為模糊控制規(guī)則，再借助智能洗衣機(jī)傳感器設(shè)備接收數(shù)據(jù)信息，使智能洗衣機(jī)快速判斷洗滌衣物量的多少、臟污程度甚至面料類別等，以此推測(cè)出模糊決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)智能洗衣機(jī)注水量、洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)弱、洗滌方式選擇甚至脫水時(shí)間、排水時(shí)間等相關(guān)參數(shù)的輸入與輸出，確保智能洗衣機(jī)能在適當(dāng)?shù)目刂菩阅茏兓昂?jiǎn)化程序上得到更高效的洗滌效果。同時(shí)，也使智能洗衣機(jī)輸入與輸出過(guò)程中的模糊特性詞集以模糊集合方式表示，轉(zhuǎn)化為求取模糊集合隸屬度函數(shù)這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智能洗衣機(jī)洗滌衣物控制過(guò)程科學(xué)化。

2應(yīng)用于智能洗衣機(jī)的模糊控制算法

2.1模糊控制算法的參數(shù)說(shuō)明

在智能洗衣機(jī)模糊控制算法的參數(shù)選擇過(guò)程中，為最大限度降低智能洗衣機(jī)模糊控制算法復(fù)雜程度，主要將智能洗衣機(jī)相關(guān)輸入?yún)?shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，利用衣物重量、衣物臟污程度兩大參數(shù)進(jìn)一步得到洗衣機(jī)水位傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的參數(shù)信息，換算得出智能洗衣機(jī)洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)以及凈水量、補(bǔ)水量等相關(guān)數(shù)據(jù)，再利用測(cè)量值進(jìn)一步推演得到確定數(shù)值，減少智能洗衣機(jī)模糊控制過(guò)程中相關(guān)算法的參數(shù)輸入。與此同時(shí)，智能洗衣機(jī)洗滌過(guò)程總用水量及預(yù)估初始用水量，則借助衣物總量獲得，已用水量則借助實(shí)際用水量與預(yù)估用水量求差值的方式取得。

2.2模糊集與模糊規(guī)則的建立

在初步確定智能洗衣機(jī)模糊控制算法相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定洗衣機(jī)模糊控制基于模糊規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在此過(guò)程中，主要將模糊詞集分為輸入量、輸出量以及過(guò)程量三大類別，輸入量主要借助智能洗衣機(jī)設(shè)備中的傳感器設(shè)備得到衣物重量以及衣物臟污程度，輸出量則作為待定參數(shù)，包括智能洗衣機(jī)實(shí)際洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)以及補(bǔ)水量的多少，利用少、中、多等諸多模糊詞表示。過(guò)程量是在模糊控制算法推理過(guò)程中所需使用的幫助最終得出輸出參數(shù)信息的數(shù)據(jù)，主要以用水量的多、少、中為表示詞集，在結(jié)合人類洗滌經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用輸入量、輸出量和過(guò)程量相互匹配的方式得到智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的模糊集與模糊規(guī)則對(duì)應(yīng)表如表1。

2.3模糊量化

在智能洗衣機(jī)的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析過(guò)程中，模糊程序輸入與輸出利用輸入量、輸出量和過(guò)程量的隸屬度函數(shù)表示，而各類隸屬度函數(shù)大多選擇三角函數(shù)方式，在以人類基本洗滌經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息經(jīng)驗(yàn)值作為隸屬度函數(shù)的中心參考值的基礎(chǔ)上，借助查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料以及實(shí)驗(yàn)記錄的方式，設(shè)定三角函數(shù)中心數(shù)值。在此過(guò)程中，衣物的重量隸屬度函數(shù)如圖1所示，而衣物用水量隸屬度函數(shù)則如圖2所示。

3智能洗衣機(jī)的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1模糊控制器設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)的過(guò)程中，重點(diǎn)在于模糊控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。一般情況下，模糊控制系統(tǒng)模糊控制器工作首先是將已確定完畢的輸入量進(jìn)行模糊化處理，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槟：~集，根據(jù)模糊規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用模糊推理與程序算法得到控制器實(shí)際的輸出模糊控制量，再將其輸出控制量進(jìn)行精確化處理，確保智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能達(dá)成對(duì)整個(gè)衣物洗滌過(guò)程的科學(xué)控制，圖3即為模糊控制器原理框架圖?？紤]到智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)實(shí)踐工作時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)判別所洗滌衣物的重量和衣物所屬類別，自動(dòng)選擇最佳洗滌方式、洗滌時(shí)間和洗滌次數(shù)，全智能化和自動(dòng)化完成衣物洗滌的整個(gè)過(guò)程。因此，在智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，模糊控制器必須考慮待洗滌衣物質(zhì)地、重量、洗滌水溫度以及衣物臟污程度等諸多參數(shù)，根據(jù)該類條件求得智能洗衣機(jī)所需洗滌用水量、洗滌時(shí)間和洗滌方式甚至脫水時(shí)間等其他參數(shù)。在此過(guò)程中，智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二輸入與多輸出的推理過(guò)程和控制過(guò)程，也就是說(shuō)，在輸入變量的基礎(chǔ)上得到所有輸出變量和過(guò)程變量的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.2仿真應(yīng)用

在智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用過(guò)程中，以待洗衣物臟污程度、重量為基礎(chǔ)參數(shù)和模糊控制器主要輸入量，推理得出洗滌時(shí)長(zhǎng)、水流強(qiáng)度以及洗滌方式等諸多輸出變量，利用MATLAB中的界面設(shè)計(jì)研究出智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)過(guò)程圖，利用多輸入和多輸出的界面編輯方式對(duì)輸入量與輸出量進(jìn)行界面編輯，進(jìn)一步設(shè)置智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)邏輯算法模糊集、模糊輸入量以及模糊規(guī)則等，再進(jìn)一步對(duì)智能洗衣機(jī)模糊控制理論推理過(guò)程進(jìn)行探究，在待洗滌衣物重量與臟亂污程度固定的基礎(chǔ)上，采用平均值算法求得的洗滌時(shí)間和實(shí)際進(jìn)水強(qiáng)度與計(jì)算結(jié)果一致，整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)連接與變化趨勢(shì)。利用編輯器中相關(guān)參數(shù)改變，進(jìn)一步探究智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用過(guò)程可知（圖4），觀測(cè)窗口的諸多參數(shù)信息會(huì)隨編輯窗口參數(shù)變化而變化，也就為研究智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)其他參數(shù)變化情況下輸出量變化影響提供了重要條件。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試研究，將實(shí)際所取得的模糊控制效果與觀測(cè)窗口的相關(guān)數(shù)據(jù)信息結(jié)合，可強(qiáng)化對(duì)整個(gè)智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的改進(jìn)。與此同時(shí)，還可利用智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)信息編輯的方式，不斷簡(jiǎn)化各觀測(cè)窗口設(shè)計(jì)效果，優(yōu)化智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。

4結(jié)論

模糊控制理論為智能洗衣機(jī)中模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了重要支撐，不斷拓寬了智能洗衣機(jī)家電產(chǎn)業(yè)的運(yùn)用前景，使智能洗衣機(jī)逐步成為模糊控制技術(shù)創(chuàng)新的重要發(fā)展領(lǐng)域。本文在給出智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)相關(guān)原理、參數(shù)選擇、模糊規(guī)則建立以及模糊控制器基本設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真和應(yīng)用，在節(jié)約大量時(shí)間的基礎(chǔ)上，完善了智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)控制效果，為智能洗衣機(jī)中模糊控制理論的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了更多思考。

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作者：經(jīng)順林 藍(lán)雯靜 陳紅 單位：柳州津晶電器有限公司