【正文】 因此，便于現(xiàn)場操作人員 的理解和使用，便于人機(jī)對話，已得到更有效的控制規(guī)律。 由工業(yè)過程的定性認(rèn)識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。近 20 多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。主要不同之處在于控制器采用了模糊控制器。模糊邏輯從含義上比其他傳統(tǒng)邏輯更接近人類的思想和 自然語言。 模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)﹑模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)。 本文深入研究了全自動(dòng)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。 模糊邏輯有別于傳統(tǒng)邏輯和數(shù)理邏輯，它通過隸屬函數(shù)恰當(dāng) 地描述事物的模糊性，并把具有模糊現(xiàn)象和模糊概念的事物處理成精確的東西。將模糊邏輯與單片機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來是智能控制技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，它們的結(jié)合方式可分為兩種 :模糊型單片機(jī)和數(shù)字型單片機(jī)的模糊化，目前應(yīng)用較廣泛的是后 者。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。它的核心是具有智能性的模糊控制器。它能夠?qū)φ鎸?shí)的世界的近似的﹑不確切的特征進(jìn)行刻畫。 模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動(dòng)扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)器人的模糊控制等 。 模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。 (4)模糊控制與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。 模糊控制的發(fā)展 目前，模糊控制技術(shù)日趨成熟和完善。直接采用模糊芯片開發(fā)產(chǎn)品己成為趨勢。模糊理論結(jié)合其它新技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳基因形成交叉學(xué)科神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊技術(shù) (Neuron Fuzzy Technique)和遺傳基因模糊技術(shù)(Geic Fuzzy Technique)，用于解決單一技術(shù)不能解決的問題。近 20 多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。 (2)模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)方法的研究，包括模糊集合隸屬函數(shù)設(shè)定方法，量化水平，采樣周期的最優(yōu)選擇，規(guī)則的系數(shù)，最小實(shí)現(xiàn)以及規(guī)則和隸屬函數(shù)參數(shù)自動(dòng)生成等問題；進(jìn)一步則要求我們給出模糊控制器的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。 (6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合，有望發(fā)展一套新的智能控制理論。 (9)簡單、實(shí)用且具有模糊推理功能的模糊集成芯片和模糊控制裝置、通用模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)和推廣應(yīng)用。由于它的這些特點(diǎn)，模糊控制正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然模糊控制無論在理論上和使用上都是一門“年輕”的科學(xué)，正處于不斷發(fā)展和完善的進(jìn)程之中，不像經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論 皆已形成了較完善的理論體系。 模糊控制是一種非線性的控制方法 ,主要針對那些無法取得數(shù) 學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)。 模糊控制是首先對控制對象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模糊規(guī)則，采用的數(shù)量是模糊量，由單片機(jī)對這些信息按照模糊規(guī)則作出決 策來完成自動(dòng)控制。這種洗衣機(jī)以人們洗衣操作的成熟經(jīng)驗(yàn)作為模糊控制規(guī)則 , 采用先進(jìn)的檢測手段檢測諸如水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物的贓污情況等洗衣狀態(tài)信息 , 應(yīng)用模糊控制技術(shù)分析檢測結(jié)果 , 以最佳的洗滌方案 , 最大限度地模擬人工操作 , 自動(dòng)地完成洗衣的全過程 , 達(dá)到理想的洗滌效果。 最后 , 具有外形美觀、功能強(qiáng)、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。從洗衣機(jī)的運(yùn)行過 程可以看出 ,洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間都可以通過輸入量推理求得 ,而洗滌時(shí)間與漂洗方式為實(shí)時(shí)控制量 ,影響其主要因素是被洗物品的臟污程度 ,這兩個(gè)量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率來表示 ,油性臟污的渾濁度變化率小 ,泥性臟污的渾濁度變化率大。在洗滌衣物的過程中 ,衣物的多少、 面料的軟硬、衣物的臟污程度等都是模糊量 ,所以必須經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn) ,總結(jié)出人為的洗滌方式 ,從而形成模糊控制規(guī)則。隨著人民生活水平 (特別是鄉(xiāng)村生活模糊化 模糊控制器 解模糊 被控對象 檢測設(shè)備 模糊規(guī)則庫 X Y U（ x） U（ y） 水平 )的不斷提高，社會上對洗衣機(jī)的需求量越來越大，而且隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對洗衣機(jī)的功能要求越來越高，使得洗衣機(jī)的更新較快，因此，洗衣機(jī)做為人 們追求現(xiàn)代生活的一個(gè)基本要求在我國有著極大的市場。對洗衣機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得人們期望在采用一種較好洗滌方式的同時(shí)，希望洗衣機(jī)的控制部分能在洗 滌過程中對衣物重量、臟度，洗滌劑的濃度，水的硬度、溫度等影響洗滌效果的諸多因素進(jìn)行檢測，并能對這些檢測結(jié)果做出合理反應(yīng)，從而得到比較理想的洗滌效果。 2 洗衣條件 洗衣機(jī)做為一種家電產(chǎn)品，需要達(dá)到的性能指標(biāo)包括洗凈性能、漂洗性能、脫水、性能、排水性能和磨損性能等，其各主要性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)最終要依賴于洗衣過程中的各控制參數(shù)，洗衣機(jī)的主要控制參數(shù)有 : 衣服的質(zhì)料 要把衣服洗干凈，去除污垢，與如下一些 因素有關(guān)：衣服的質(zhì)料、水的硬度、水的多少和水的溫度、洗滌劑的性能和多少、機(jī)械力的大小和作用時(shí)間。 水可以帶走一般的灰塵和水溶性污垢，所以，不用洗滌劑也可以洗去部分污垢。如果衣物很少，且吸水性不太強(qiáng)，此時(shí)放水太多，不但浪費(fèi)洗滌劑，浪費(fèi)水，還會使洗滌時(shí)間加長，衣物的磨損加重，并且不易洗干凈。離子型表面活性劑和兩性離子表面活性劑三種。 實(shí)踐證明，在織物的水洗中只有陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑，對 織物去污能夠起到正面有效的作用。 洗滌劑要具備良好的潤濕性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性及發(fā)泡與消泡等性能這些性能的綜合就是洗滌劑的洗滌性能。一般情況下，脫水時(shí)間愈長，衣物甩干程度愈強(qiáng)，但織物中與纖維相吸附而殘留的水分無法通過脫水方式去掉，這種類型的殘留水分的多少與衣物質(zhì)地有關(guān)，同樣質(zhì)地下又與重量有關(guān)，因此也應(yīng)對脫水時(shí)間分檔。 衣 質(zhì)和 衣 量的檢測是在洗滌之前進(jìn)行的 ，以決定水位 。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可以用正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流來計(jì)算，也可以用電動(dòng)機(jī)斷電后的反電動(dòng)勢的大小以及波形來計(jì)量。具體檢測 衣 質(zhì)和 衣 量時(shí) , 首先 ，衣服投入缸體中并 注入一定的水位 , 然后起動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn) 若干圈 , 接著斷電讓主電機(jī)以慣性繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直到停止。主電機(jī)發(fā)電時(shí)間愈長 , 布阻抗就愈小 ； 反之布阻抗就愈高。 如圖 32所示 ， 衣量傳感器能區(qū)分四檔衣量 (多量、中多量、中少量、少量 )。面制品越多， M— N的值越大，反之則小。若變化量較小，說明布料容易吸水，傾向于毛巾類布料；反之，可能是牛仔類厚布料。對于模糊控制的洗衣機(jī) , 要求水位的檢測必須是連續(xù)的 , 故常采用諧振式水位傳感器。水位測量電路如圖 1所 示 , 為便于與單片機(jī)接口 , 水位傳感器采用數(shù)字振蕩電路 , 電感與電容組成的三點(diǎn)式振蕩電路經(jīng) C2 耦合接入數(shù)字式諧振放大器 A 1, 隨著水位變化 , 諧振頻率作相應(yīng)變化 , 放大器在 a點(diǎn)輸出 , 經(jīng) A 2 整形 , 由 c 點(diǎn)輸出 , 此時(shí)即可將數(shù)字量接到單片機(jī)。洗衣機(jī)水溫一般為 4～ 40℃ , 在該溫度范圍內(nèi) MTS 102 線性好 , 溫度敏感 , 水溫檢測常選用它。其檢測電路如圖 3 所示 , 紅外發(fā)光二極管 LED 由恒流源供電 , 由單片機(jī)脈寬調(diào)制 PWM 信號控制 LED 發(fā)出調(diào)制紅外光 , 穿過動(dòng)態(tài)的洗滌液 , 到 達(dá)光電三極管 VT , 使 VT 的射級輸出電壓隨洗滌液的渾濁程度而線性變化。 它的輸出變化曲線如圖 3圖 3圖 39 所示 圖 37 污垢程度透光率曲線 恒流源 +5 LED 被測介質(zhì) R C 污垢較多 污垢的量 污垢較少 透光率 污垢的量 圖 38 污垢程度透光率曲線 從 圖 37 和 38 中可知，開始注入清水，透明度很高，隨著污垢析出，水逐漸變濁，透明度下降，最后就有一個(gè)飽和穩(wěn)定值?？傊柡椭档母叩头从沉艘挛锱K的程度，透光率下降到飽和值的時(shí)間長短 了污垢的性質(zhì)。洗滌電動(dòng)機(jī)接通電源，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種形式的水流攪動(dòng)衣物進(jìn)行洗滌。 （ 3） 脫水過程：洗滌或漂洗后，需要對衣物進(jìn)行脫水以便晾干，節(jié)省水資源， 所以脫水是洗衣過程中必不可少的環(huán)節(jié)。 模糊控制系統(tǒng)的硬件電路 模糊控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)主要由單片機(jī)、檢測電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制面板和電源電路等組成 ， 系統(tǒng)采用 8031作為核心控制部件 , 其基本結(jié)構(gòu)如圖 4, 由于8031內(nèi)部無程序存儲器 , 在片外擴(kuò)展一片 2764EPROM, 除 P0口提供低 8位地址外 , 還要由 P2口的 5根線提供高 5位地址 , 地址鎖存選用 74LS373, 通過 8155擴(kuò)展 I/O口 ,提供顯示及觸發(fā)電路的接口 。 當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時(shí) , 系統(tǒng)中有被測信號輸人通 道 , 則計(jì)算機(jī)拾取必要的 輸人信息 , 同時(shí)這些信號要能滿足計(jì)算機(jī)輸人接口電平需要。 Pb口輸出段選碼 ,Pc口輸出位選碼 , 采用掃描顯示方式 , 鍵盤主要有啟動(dòng)停止鍵和功能鍵。 Pa0控制排水電磁閥 , Pa1控制進(jìn)水電磁閥 , Pa2口控制洗滌劑投放電機(jī) , Pa3 口控制洗滌主電機(jī)及脫水 , Pa4口控制主電機(jī)反轉(zhuǎn)。比如對于衣物的臟污程度，人們通常用很臟、一般臟、不太臟等這類模糊語言來描述。模糊控制的優(yōu)勢在于它不需要知道被控對象或過程的數(shù)學(xué)模型、對于不確定系統(tǒng)，如非線形系統(tǒng)能有效地控制并且具有較強(qiáng)的魯棒性。 圖 51 全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制原理框圖 洗衣過程中所執(zhí)行的動(dòng)作 輸出執(zhí)行部分所需控制執(zhí)行的動(dòng)作有 :電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、進(jìn)水、排水、發(fā)氣泡、自動(dòng)斷電，加洗衣粉和牽引器動(dòng)作。 (4)牽引器和自動(dòng)斷電 牽引器是波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)洗滌和脫水互相切換的主要器件。輸出變量有洗滌劑量、洗滌時(shí)間、洗滌水流、水位、脫水時(shí)間、漂洗方式等。 ④根據(jù)洗滌過程中的渾濁度信息修正實(shí)際的洗滌時(shí)間的長短和漂洗次數(shù)的多少。因此 ,問題的關(guān)鍵在于求取模糊集合的隸屬度函數(shù)。 水流強(qiáng)度模糊化：將水流強(qiáng)度劃分為強(qiáng)、中、弱 三 種模糊子集 ，其 隸屬函數(shù)見圖 55所示 圖 55 水流強(qiáng)度 語言變量隸屬函數(shù) 洗滌時(shí)間模糊化：將洗滌時(shí)間劃分為長、中、短三 種模糊子集 ，其 隸屬函數(shù)見圖 56所示 中 弱 強(qiáng) 棉布 化纖和棉布 化纖 2 0 2 圖 56 洗滌時(shí)間 語言變量隸屬函數(shù) 模糊規(guī)則與模糊推理 模糊控制 是建立在一系列模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)上的，這些控制規(guī)則是人們對被控對象進(jìn)行控制時(shí)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 從圖 51 中可以看出這是一個(gè)多輸入多輸出的模糊推理和控制系統(tǒng)。顯然，它們之間存在下列模糊關(guān)系： 規(guī)則 1：如果負(fù)載小，質(zhì)料化纖制品偏多，且水溫偏高，那么就將水流調(diào)弱，洗滌時(shí)間調(diào)短。 輸 入 量