【正文】 直接控制。而模糊技術(shù)的優(yōu)點在于可以用模糊性的自然語言表現(xiàn)知識，和可以用簡單的maxmin運算實現(xiàn)知識的推理，但在知識的獲取方面十分脆弱。這主要是因為研究者常常把模糊控制器的設(shè)計分成幾個獨立的部分來進行，如隸屬度函數(shù)的確定，規(guī)則的獲取，控制器的合成等。如，. Zadeh的學(xué)生，香港科技大學(xué)的王立新教授，在模糊系統(tǒng)與模糊控制理論領(lǐng)域做出了很大貢獻，給模糊系統(tǒng)與模糊控制理論帶來了三個突破，具體是:(1)證明了一類模糊系統(tǒng)是萬能逼近器；(2)發(fā)明了WangMendel方法，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)中獲取模糊規(guī)則；(3)提出了一種能夠確保穩(wěn)定的自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計方法。日本在九十年代初期就有模糊家電問世，而那時我國的模糊家電尚未起步。(2)與AI(人工智能)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合如前所述，與AI(人工智能)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將進一步提高模糊家電的智能化水平。本文在借鑒前人工作的基礎(chǔ)上，研制出了一種模糊電飯煲控制系統(tǒng)，并重點研究了如下內(nèi)容:(1)在進行大量測試及實驗之后，提出一種新的判斷米量的方法，并取得良好的應(yīng)用效果。當(dāng)然，在電飯鍋煮飯的過程中，米量的大小對其吸熱散熱特性的影響是最大的。在上述八個階段中電飯鍋底部溫度曲線的變化過程如圖21所示。開始煮飯時水和鍋的狀態(tài)并不一定是一致的，有可能是熱鍋冷水，或是熱水冷鍋。這一階段的水溫應(yīng)該低于55℃，否則會使大米中的淀粉a化，影響吸水的效果。這個過程使大米做深度吸水，并且在較高的溫度下促使大米中的淀粉a化。炯飯階段還使大米外部的水分一部分深透入米芯，促使內(nèi)部的成熟變化，另一部分蒸發(fā)掉。實驗研究表明，這樣的一條曲線作為溫度控制的標(biāo)準(zhǔn)可以煮出質(zhì)量優(yōu)良的米飯。在模糊控制過程中，將測到的過程精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，再經(jīng)過根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)成的若干模糊規(guī)則和必要的模糊處理后，模糊判斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的模糊信息按照控制規(guī)則和推理法則，做出模糊決策，然后輸出解模糊后的控制量并作用于執(zhí)行系統(tǒng)，完成控制動作，且這種動作是以精確量表現(xiàn)出來的。 (2)模糊推理 模糊推理包括三個組成部分:大前提、小前提和結(jié)論。 (3)解模糊 解模糊是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過程。查表法是將輸入的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則和輸出隸屬度函數(shù)都用表格來表示，從輸入量的模糊化、模糊推理和模糊判決都通過查表來實現(xiàn)。頂部傳感器底部傳感器A/D導(dǎo)出當(dāng)鍋底溫度一致時，達(dá)到頂部溫度所用時間模糊化模糊邏輯規(guī)則表清晰化飯量 圖22 飯量測量軟傳感器框圖 通過實驗和分析，發(fā)現(xiàn)幾種有代表性的電飯煲均在預(yù)熱段進行米量推理過程。，不同米量下的底部溫度從60℃上升到100℃的時間差別并不是很大；從底部溫度60℃加熱到頂部溫度60℃在不同米量下的時間差別卻很顯著，當(dāng)米量少（3杯）時，底部加熱產(chǎn)生的熱量很容易從底部滲透到液面的頂部，產(chǎn)生對流，底部溫度到達(dá)100℃時頂部溫度為40℃；反之，當(dāng)米量很大（10杯）時，熱量很難從底部滲透到液面的頂部，底部溫度到達(dá)100℃時頂部溫度僅為30℃，當(dāng)頂部溫度在40℃到80℃之間的線性度比較好，而這個階段對應(yīng)著加熱階段的主上升期，所以，在加熱階段的主上升期來進行米量判斷原則上比較合適。然后，基于這些模糊IFTHEN規(guī)則建立模糊控制器。狀態(tài)變量應(yīng)能描述系統(tǒng)關(guān)鍵特性，控制變量應(yīng)該能夠影響系統(tǒng)的狀態(tài)。本文所使用的IFTHEN規(guī)則是自我總結(jié)歸納的經(jīng)驗并以語言表達(dá)出來。 從理論上來說，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)。米量越大，t100越大而Tbot100越小。10cup,5cup,2cup表示米量的大小，分別表示十杯、五杯、二杯。反之，當(dāng)米量很大時，熱量很難從底部滲透到液面的頂部，底部溫度到達(dá)95℃時，但由于當(dāng)?shù)撞考訜峤z功率很高時，不同的米量帶來的溫度從50℃上升到100℃的時間的差別會比較小，從而導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確。圖25模糊推理機的結(jié)構(gòu)示意圖 The configuration of the fuzzy inference engine其中，INPUT 1為頂溫Tbot100, INPUT2為集中加熱時間t100。其語言變量的隸屬度曲線圖如圖26。 集中加熱時間的語言描述分為五檔，分別為很長、長、中等、短、很短，其對應(yīng)的模糊子集為 {PB，PS，O, NS, NB} 同樣量化為七個等級，則有t100= {3,2,1,0,1,2,3}表21 Tbot100賦值表對應(yīng)的隸屬度曲線選用三角形和Z形，如圖27所示。 依據(jù)工程師的經(jīng)驗，關(guān)于米量的推理規(guī)則可以描述為: 如果頂溫很高，且加熱時間很短，則米量很小。 如果頂溫很高，且加熱時間很長，則米量很小。如果頂溫很低，且加熱時間很短，則米量很大。如果頂溫很低，且加熱時間很長，則米量很大。模糊控制電飯煲加熱控制是逼近最佳加熱曲線進行的，在沸騰階段的加熱功率Pw直接影響著米飯的質(zhì)量。綜上所述，在沸騰階段，不同的米量要采用不同的底部Pw，這是建立以米量Q為輸入，底部Tp為輸出，實現(xiàn)對Pw控制的一維模糊推理過程原因所在。模式四表示香米的少量米模式。MCU顯示/按鍵電路聲音報警電路加熱執(zhí)行電路測溫電路電源/電池供電電路時鐘與復(fù)位電路 系統(tǒng)選用以低成本、功耗小、性能良好的8位A/D with LCD型HT46R65單片機為控制核心的控制電路。儲存溫度50℃到125℃它的主要內(nèi)核特性: (1)程序存儲器:8K X 16 ROM (2)數(shù)據(jù)存儲器:384 X 8 RAM (3) LCD驅(qū)動:41X2, 41X3或40 X 4 Segments (4) 16層硬件堆棧 它的主要周邊特性: (1) 20個具有上拉功能的雙向輸入/輸出口 (2) 10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器 (3)內(nèi)部LCD驅(qū)動及專用的LCD存儲器 (4) 2個外部中斷輸入(5) PFD輸出(1)電源/電池供電電路電源/。二極管D6處于截止?fàn)顟B(tài)，電池電路斷路。 (2)時鐘與復(fù)位電路 系統(tǒng)采用4MHz晶振作為系統(tǒng)時鐘振蕩器。(4)測溫電路 測溫元件是準(zhǔn)確檢測溫度的關(guān)鍵，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻PXN51E。頂部和側(cè)面加熱器為輔加熱器，并聯(lián)在一起由雙向可控硅進行控制。輸入到INT1引腳的方波的另一個作用是檢測電源是否掉電，如果掉電MCU應(yīng)該工作在Halt狀態(tài)。電飯煲系統(tǒng)整體電路原理圖參見附錄。輸出控制部分受控于功能子程序，顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)并決定當(dāng)前繼電器和可控硅是否工作。在檢測到斷電時，MCU要轉(zhuǎn)入低功耗運行模式，以節(jié)約能量，系統(tǒng)重新上電后，還要判斷此時系統(tǒng)是否要恢復(fù)為斷電前的狀態(tài)，以實現(xiàn)掉電記憶功能。如前所述，煮飯的過程實際上是要保證電飯煲內(nèi)的米水混合物要經(jīng)過圖24所示的溫度曲線，因此，煮飯功能程序的設(shè)計就是圍繞這一目的來進行的。圖213 煮飯功能流程圖 米量的模糊推理算法開始于啟動加熱的瞬間，在底部達(dá)到100℃時結(jié)束，記住加熱時間t并讀取此時的頂部溫度T，然后根據(jù)表24的規(guī)則進行米量判斷。 如果T=1，若t1，則R=0，否則若t=1，則R=1，否則R=2。因此，在實際算法中，直接將兩個輸入量同它們相應(yīng)的等級值進行比較，得到其所在的等級，從而直接查表得到后續(xù)階段中的加熱功率及溫度點。這一過程的參數(shù)整定同樣是一個“試錯”過程，本文討論的專家系統(tǒng)正是針對參數(shù)整定問題提出的解決辦法。這就是說，不可能有一種控制器是適合所有電飯鍋的。有經(jīng)驗的工程師在調(diào)試過程中或許可以少走一點彎路，沒有經(jīng)驗或僅有少量經(jīng)驗的工程師為了取得更好的控制效果往往不得不花費更大的時間和精力。但由于在參數(shù)調(diào)整過程中同樣是利用了煮飯專家的經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗是有規(guī)律可循的，可以用思路清晰的程序語言表達(dá)。知識庫以適當(dāng)?shù)男问絻Υ鎻膶＜夷抢锏玫降哪硞€領(lǐng)域的專門知識、經(jīng)驗和常識。推理機實質(zhì)上是一組計算機程序，目的是根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的信息，利用知識庫內(nèi)的知識，按一定的策略去處理問題，并得到結(jié)論。本課題建立的一種基于模糊電飯煲開發(fā)的專家系統(tǒng)如圖41所示。尋優(yōu)算法結(jié)合測試反饋信息和根據(jù)參數(shù)調(diào)整規(guī)則和測試反饋結(jié)果對已有參數(shù)進行調(diào)整，將調(diào)整后得到的新參數(shù)表存入EEPROM。在系統(tǒng)找到一種最優(yōu)的數(shù)據(jù)之后，只需將EEPROM中的數(shù)據(jù)讀出，放入程序中相應(yīng)位置即可。上位機程序主要由以下四部分組成:(1)人機界面測試工程師在此界面下輸入測試結(jié)果。(4)通信子程序所有上位機獲得的電飯煲測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都來自單片機的傳遞，單片機同PC之間是全雙工的通信方式。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)的確定也是開發(fā)工程師長期經(jīng)驗積累的結(jié)果。同時，上位機及下位機程序基本編寫完畢。最后要達(dá)到的理想的設(shè)計水平是只由開發(fā) 工程師建立程序結(jié)構(gòu)，給出一組大體正確的參數(shù)，余下的工作即可由測試工程師來完成。結(jié) 論本課題在研究了模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計方法并熟悉了電飯煲這一模糊對象的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了一種模糊電飯煲控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。 (1)設(shè)計一種二維模糊推理機進行米量的判斷，并采用適當(dāng)?shù)墓ぞ哂嬎愠銎渫评斫Y(jié)果，實驗結(jié)果表明，此種二維模糊推理機的判斷方法是準(zhǔn)確有效的。完成了下位機軟件的設(shè)計和調(diào)試。重點研究了硬件的低成本化設(shè)計方法，從而增強了產(chǎn)品的競爭力，使產(chǎn)品真正走向市場。微電腦電飯煲以其良好的烹調(diào)效果，節(jié)能的特點，智能化與多功能的設(shè)計，越來越受到人們的喜愛。這是因為對不同米量，控制器應(yīng)該采取不同的控制策略，因為控制器在保障烹調(diào)效果的同時，同時必須注意節(jié)能。此外，本人在論文期間曾經(jīng)對電飯煲進行過研究，對其中參數(shù)整定的復(fù)雜性深有體會，且其調(diào)整規(guī)則是由經(jīng)驗獲得的。本論文不足之處在于，由于種種原因，第五章所述的一種基于模糊電飯煲開發(fā)的專家系統(tǒng)尚未完全設(shè)計完成。致 謝 這是我在大學(xué)校園里的最后一次作業(yè)，現(xiàn)在馬上就要結(jié)束了，不管好與差，我都感慨萬千。其次，我要感謝大學(xué)里所有教過我知識的老師們，正是他們孜孜不悔地教導(dǎo)，讓我在四年時光里充實了自己的知識儲備，在自己所學(xué)的自動化專業(yè)方面了解了很多，為我以后出去走向社會提供了強有力的支柱。19985 ，20006 ，2002年第3期，第23卷增刊，8 ，200