【文章內(nèi)容簡介】 以下三步:(1)分析實際系統(tǒng)并選擇狀態(tài)變量和控制變量。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)。狀態(tài)變量是模糊系統(tǒng)的輸入，控制變量是模糊系統(tǒng)的輸出。本質(zhì)上說，這一步驟界定了模糊控制器的應(yīng)用范圍。(2)推演連接狀態(tài)變量與控制變量的模糊規(guī)則。本文所使用的IFTHEN規(guī)則是自我總結(jié)歸納的經(jīng)驗并以語言表達出來。(3)將推演出的模糊IFTHEN規(guī)則組合成模糊系統(tǒng)，并檢驗此模糊系統(tǒng)作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)。機試運行帶有模糊控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，如果不滿意其性能指標(biāo)，則對其進行微調(diào)或再設(shè)計，并重復(fù)此過程，直至效果滿意為止。下面將對本文使用的，以試錯法設(shè)計的米量模糊推理機的具體設(shè)計過程進行詳細介紹。 從理論上來說，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細。但是維數(shù)過高，模糊控制的規(guī)則將變得過于復(fù)雜，控制算法的實現(xiàn)相當(dāng)困難。這也是人們普遍采用二維模糊控制器的原因。本文采用的同樣為二維的模糊控制器，輸入量是底部溫度達到100℃時的頂部溫度的值Tbot100和底部從50℃上升到100℃，是因為米量的差異對這兩個量的影響最大。米量越大，t100越大而Tbot100越小。在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)Tbot100的變化相對更為顯著。圖24為經(jīng)過處理后的測試數(shù)據(jù)。 圖24相同電壓不同米量下頂、底溫度圖圖24中縱坐標(biāo)為溫度(單位為℃)，橫坐標(biāo)為時間(單位為分鐘)。10cup,5cup,2cup表示米量的大小，分別表示十杯、五杯、二杯。由圖可見，不同米量下的溫度從50℃上升到100℃的時間差別并不是很大。反倒是底部溫度到達95℃時的頂部溫度在不同米量下差別更為顯著。當(dāng)米量少時，底部加熱產(chǎn)生的熱量很容易從底部滲透到液面的頂部，米量為2杯米時，底部溫度到達95℃時的頂部溫度可高達80℃。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。也可以單純地選取Tbot100作為判斷量，選擇頂部溫度作為判斷量有其明顯的優(yōu)點，那就是分檔值拉得很開(即其隸屬度曲線可以相對很尖)，在正常情況下判斷準(zhǔn)確，但頂蓋溫度容易受到初始水溫的影響，同樣導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確。因此，本文綜合了集中加熱時間t100和頂溫Tbot100為判斷依據(jù)，進行米量的推理。如前所述，在米量的推理過程中使用了二維模糊推理機，模糊推理機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖25所示。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。本文所述的米量推理機是嚴格按照模糊控制器的試錯法來設(shè)計的。下面將講述其具體推理過程。輸入量和輸出量的模糊語言描述頂部溫度值Tbot100的大小分為六檔，語言描述為很高、較高、偏高、偏低、較低、很低，其對應(yīng)的模糊子集為 {PB，PS, PO, NO, NS, NB}量化為七個等級，則有Tbot100= {3，2，1, 0, 1, 2, 3}其對應(yīng)的隸屬度曲線選用三角形和Z形函數(shù)，主要是為了計算簡單。其語言變量的隸屬度曲線圖如圖26。 圖26 Tbot100隸屬度函數(shù)選用這種形狀的隸屬度函數(shù)還是為了同MATLAH中的隸屬度函數(shù)配合，后面將會提到，鑒于具體計算過程的復(fù)雜性，本文所述的模糊推理過程實際上是在MATLAB的FUZZY LOGIC工具箱下完成的。因此，所選用的隸屬度函數(shù)曲線實際上是MATLAB提供的曲線。 由圖可得如表21所示的模糊變量的賦值表。 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。圖26 t100隸屬度函數(shù) The membership function of t100對應(yīng)的模糊變量賦值表見表22。 表22 t100隸屬度表Table 22 Membership of t100 米量R分為五檔，語言描述為很大、較大、中等、較小、很小，對應(yīng)的模糊子集為{PB，PS, O, NS, NS}。同樣量化為七個等級，則有R={3,2,1,0,1,2,3 }采用和t100相同的隸屬度曲線，故米量R的賦值表同上表22。 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，且加熱時間較短，則米量很小。如果頂溫很高，且加熱時間中等，則米量很小。 如果頂溫很高，且加熱時間較長，則米量很小。 如果頂溫很高，且加熱時間很長，則米量很小。 如果頂溫較高，且加熱時間很短，則米量很小。 如果頂溫較高，且加熱時間較短，則米量很小。 如果頂溫較高，且加熱時間中等，則米量中等 如果頂溫較低，且加熱時間很長，則米量很大。如果頂溫很低，且加熱時間很短，則米量很大。如果頂溫很低，且加熱時間較短，則米量很大。 如果頂溫很低，且加熱時間中等，則米量很大。 如果頂溫很低，且加熱時間較長，則米量很大。如果頂溫很低，且加熱時間很長，則米量很大。等30條規(guī)則，總結(jié)成表格的形式，可得語言變量的判斷規(guī)則表，如表23所示。表23 語言變量的判斷規(guī)則表由此可得表24所示的模糊判斷規(guī)則:表24 模糊判斷規(guī)則表建立模糊推理器的推理規(guī)則由上述規(guī)則表可見，手動控制規(guī)則的條件語句為IF A且B則C(即IF A AND B THEN C)的形式，由似然推理的MAMDANI推理方法，其對應(yīng)的模糊關(guān)系為: 對于推理規(guī)則(1)如果頂溫很高，且加熱時間很短，則米量很小，即: R1=TPB X tNB X RNB同理R2=TPB X tNS X RNBR3=TPB X tO X RNSR4=TPB X tPS X RNsR5=TPB X tPB X RNsR6=TPS X tNB X RNB……R26=TNB X tNB X RPSR27=TNB X tNS X RPBR28=TNB X to X RPBR29=TNB X tPS X RPBR30=TNB X tPB X RPB總的控制規(guī)則為 R=R1+R1十R3十……+R29十R30 (26)R應(yīng)該是一個(7X7) X6的矩陣。R是控制規(guī)則的總和，由基于模糊關(guān)系R的MAMDANI推理法，對任意一組精確輸入量Tbot100和t100，由模糊集合的合成運算，即可得到輸出的基于隸屬度的米量的模糊向量，通過適當(dāng)?shù)慕饽：幚?，即可得到精確的米量的值。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。在實際應(yīng)用中，利用加熱時間占空比參數(shù)Tp來替代Pw。通過改變Tp，可改變熱元件上的有效電壓U，從而改變熱元件的加熱功率Pw。這里取32s為一個周期(在小段時間內(nèi)可以取16s為一個周期)，通過調(diào)節(jié)這32s中主輔加熱器的通斷來控制電飯煲加熱的功率Pw。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。在保證可以實現(xiàn)最佳加熱曲線的前提下，以簡化算法，易于實現(xiàn)為原則，可以設(shè)計一個一維的模糊控制器，其輸入是米水總量Q，輸出為底部加熱器的Tp。根據(jù)Q的模糊化，將輸出變量的隸屬度函數(shù)。定義為單點。表中，模式一表示非什錦米的標(biāo)準(zhǔn)、精煮、稍硬、稍軟、煲仔模式。模式二表示非什錦米的高速、壽司、咖哩模式。模式三表示非香米的少量米模式。模式四表示香米的少量米模式。模式五表示什錦米模式。第3章 電飯煲控制系統(tǒng)的設(shè)計 前兩節(jié)給出了電飯煲的炊煮工藝流程和模糊控制器的設(shè)計，這一節(jié)將重點闡述電飯煲控制系統(tǒng)的的實現(xiàn)。由于電飯煲屬于一種家電產(chǎn)品，所以，在硬件實現(xiàn)時要充分考慮到成本、易用性等因素。上電后，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，此時系統(tǒng)可接受用戶的功能選擇，用戶所選功能通過顯示電路顯示出來，當(dāng)用戶按下相應(yīng)按鍵時，MCU可以對溫度進行檢測，對各種功能進行相應(yīng)的加熱控制。各種功能結(jié)束時，會發(fā)出相應(yīng)的報警提示。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。 HT46R65引腳配置圖它的主要技術(shù)特性如下:(1)高性能RISC結(jié)構(gòu)(2)低功率完全靜態(tài)CMOS設(shè)計(3)工作電壓:在4MHz下。在8MHz下， (4)功率損耗:在5V/8MHz下，典型值為3mA(針對ADC除能時的晶體振蕩器)。不使用看門狗定時器時，3V下靜態(tài)(standby)電流小于l uA (5)周期時間: (6)溫度范圍:工作溫度40℃到85℃ (工業(yè)級規(guī)格)。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/。帶中心抽頭的變壓器和整流二極管D4, D5構(gòu)成了全波整流電路，C3和C4為濾波電容。當(dāng)交流