【正文】 最后再次感謝母校和各位老師對我的培養(yǎng)和幫助。 致謝 大學(xué)的生活轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，這些年是我人生中最重要的學(xué)習(xí)時間在大學(xué)校園里，我不僅學(xué)到了豐富的專業(yè)知識，更學(xué)到了終身受用的學(xué)習(xí)方法和積極的生活態(tài)度，通過對各門課程的學(xué)習(xí)和與相關(guān)專業(yè)老師的溝通，使我深感機(jī)會難得，獲益匪淺，母校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和老師的廣博豐富的知識令我敬佩，各位老師的悉心授課使我對電氣專業(yè)有了更多、更深層的認(rèn)識，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。本文給出智能洗衣機(jī)模糊控制系 統(tǒng)的基本原理以及模糊控制器的設(shè)計方法。 采用模糊控制技術(shù)則能很好地解決這個問題 。 傳統(tǒng)的全自動洗衣機(jī)在對漂洗程序、衣物重量和衣物材質(zhì)等進(jìn)行人為選擇后，能自動完成衣物的洗滌、漂洗和脫水的全過程，但本文所采用的模糊控制洗衣機(jī)具備以下優(yōu)點： （ 1）自動檢測衣物量和衣物的臟污程度并據(jù)此控制洗滌劑的投入量； （ 2）根據(jù)待洗衣物 的布質(zhì)、布量 ,通過模糊推理自動確定洗衣水位和水流強(qiáng)度 ； （ 3）檢測漂洗后衣物的潔凈程度并自動調(diào)整漂洗次數(shù)。最低一級的功能模塊包括布質(zhì)布量檢測子程序模塊、水位檢測子程序模塊、紅外光傳感器數(shù)據(jù)采集子程序模塊、實時時鐘模塊、顯示子程序模塊、數(shù)據(jù)處理子程序模塊、 2814讀寫子程序模塊。 短 中 長 ?? ?? 以此類推，可以寫出其他規(guī)則，表 1 是輸出變量于輸入變量之間關(guān)系的模糊真值表 。例如，用臟污程度、臟污性質(zhì)推理洗滌劑投放量；用布量、布質(zhì)和水溫推理水流強(qiáng)度、洗滌時間。模糊控制規(guī)則是由自然語言變量所表達(dá)的模糊條件語句組成，它表征了控制目標(biāo) 和該領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗?，是根?jù)被控對象的行為特性和專家的控制經(jīng)驗編寫的，即是吸收了該專家的知識和經(jīng)驗，以“如果?，那么?”形式所表達(dá)的模糊推理語句。 負(fù)載模糊化：將負(fù)載劃分為 大、中等、小三 種模糊子集 ， 論域的語言值定義為 （ 2， 0， 2，），其 隸屬函數(shù)見圖 52所示 . 圖 52 負(fù)載語言變量隸屬函數(shù) 水溫模糊化：將水溫劃分為 偏 低、中 等 、 偏 高三 種模糊子集 ， 論域的語言值定義為 （ 2， 0， 2，），其 隸屬函數(shù)見圖 53所示 圖 53 水溫 語言變量隸屬函數(shù) 質(zhì)料模糊化：將質(zhì)料還分為棉制品偏多、棉和化纖品各半、化纖制品偏多三 種模糊子 集 ， 論域的語言值定義為 （ 2， 0， 2，），其 隸屬函數(shù)見圖 54所示 偏低 中 偏高 2 0 2 大 小 中 0 2 2 圖 54 質(zhì)料 語言變量隸屬函數(shù) 輸 出 變量 的模糊化與隸屬度函數(shù) 輸入變量有水流強(qiáng)度、洗滌時間兩個主要因素。 描述輸入、輸出的變量都是模糊量 ,用模糊集合來表示 ,然后根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理來進(jìn)行控制。 ③根據(jù)布質(zhì)、布量和水溫確定初始的洗滌時間和水流 。輸入變量為渾濁度、布質(zhì)、布量、水溫。 (3)發(fā)氣泡 在洗衣過程中發(fā)生氣泡，有助于提高洗滌效果 .因為在洗衣過程中氣泡爆裂所產(chǎn)生的強(qiáng)大水壓，振 動衣物纖維，再加上超聲波的乳化作用，使得衣物上的污溫度傳感器 反電勢測量 水 溫 光電傳感器 水位傳感器 模 糊 推 理 洗滌時間 負(fù)載量 水 位 水 流 污垢程度及類型 衣物質(zhì)料 洗滌時間 垢和油脂很快脫落 ； 另外，伴隨著水中氣泡的上升，產(chǎn)生了從洗滌桶中心向外翻卷的水流，使衣物之間產(chǎn)生相互摩擦，洗滌作用大為增強(qiáng) 。 它是利用負(fù)載、質(zhì)料、水位、水溫以及洗滌劑類型等檢測 所得到的信息，進(jìn)行分段評估計算，使其模糊化 ，再根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理，最后根據(jù)所激活的規(guī)則進(jìn)行解模糊判決，衣決定最適應(yīng)和明確的水流、水位、水溫、洗滌時間、清洗方法以及脫水時間。模糊控制是在總結(jié)人們生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對輸入量模糊化后，根據(jù)一定的模糊控制規(guī)則，決定對被控對象采用相應(yīng)的控制策略。 電源電壓檢測 水溫傳感器 污濁度傳感器 水位傳感器 衣質(zhì)衣量傳感器 IN0 IN1 IN2 IN3 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331 T0 T1 8031 地址 鎖存器 74LS373 EPROM 2764 擴(kuò)展 PA I/O 口 8155 PB PC 執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)電路 顯 示 鍵 盤 蜂鳴器 5 模糊控制實現(xiàn)方法 基本結(jié)構(gòu)和控制過程 全自動模糊控制洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu) 從洗衣機(jī)的運(yùn)行過程可以看出，洗滌時間、洗滌劑投放量、水流強(qiáng)度和水流方式（電機(jī)轉(zhuǎn)速）是被控對象的主要參量，衣量、衣質(zhì)以及衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)是被控對象的主要輸入變量?？刂菩盘枏?8155的 Pa口輸出 , 通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)電路控制相應(yīng)元件。參數(shù)顯示包括洗滌、脫水時間等 , 采用七段 LED顯示元件。由于 8031 擴(kuò)展了 I/O口 ,這樣有較多的 I/O端口 , 對洗衣機(jī)這種需要檢測和控制的功能較多的家用電器是十分合適的 , 它可以使系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)十分簡潔。全部洗衣工作完成后，有蜂鳴器發(fā)出聲音，表明衣物已洗干凈。 （ 2）漂洗過程：漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌液，因此，漂洗過程與洗滌過程的電器動作是完全相同的。 （ 1）洗滌過程： 放好待洗衣物，啟動開關(guān)，進(jìn)水閥通電，向洗衣機(jī)供水，當(dāng)供水達(dá)到預(yù)定水位時，水位開關(guān)接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止供水。另外 根據(jù)同樣的思路（如圖 39所示），還可以從透光率的變化知道洗滌劑用的固體粉末狀態(tài)的還是液態(tài)的。對于泥污類的污垢，一般分離得較快，較早進(jìn)入水中，故其透光率進(jìn)入飽和狀態(tài)的時間較短；而油污類污垢相對分離得較慢，透光率的變化速率小，達(dá)到飽和值的時間也較長。它是采用紅外光電傳感器 , 利用紅外線在水中的透射率和時間的關(guān)系 , 通過模糊推理 , 獲得檢測結(jié)果。 水溫 檢測可用熱敏電阻或 MTS 102 半導(dǎo)體溫度檢測器。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。 第二次測量 第一次測量 多 計數(shù)脈沖 少 化纖 圖 34 柔軟布料和硬厚布料的水位 變化 曲線 水位水溫檢測 水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時間等參數(shù)。具體方法是： 在注入水進(jìn)行脈沖驅(qū)動 32s后，比較啟動前后水的變化量。 反電動勢 整形脈沖 電機(jī)送電 電機(jī)斷電 時間 t/s 圖 33 面制品與化纖制品辨別曲線 在放入要洗的衣物后，放水啟動電動機(jī)，反復(fù)用開 、關(guān) 驅(qū)動電動機(jī) 32s，記下脈沖數(shù)為 N；若檢測負(fù)載時的脈沖數(shù)是 M，根據(jù) M— N的值就可以判斷質(zhì)料分布比例的大小情況。 據(jù)此通過模糊推理即可得到布量 。因此 , 只要檢測出主電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時間長短 ,就可以反過來推理出布阻抗的大小。 衣 質(zhì)和衣 量檢測電路如圖 2 所示。 目前，一般是用動態(tài)的時間間接測量方法，這是通過檢測電動機(jī)負(fù)載來實現(xiàn)的。下面介紹在模糊控制洗衣機(jī)中所用各種參數(shù)的檢測原理和技術(shù)，在檢測中要用到負(fù)載傳感器、水位傳感器和光電傳感器等。脫水時間： 全自動洗衣機(jī)中，脫水過程是洗衣操作的最后一個過程。溫度過低時，洗滌劑發(fā)揮不出很好的功效；溫度過高時，會殺死洗滌劑的活性。洗衣機(jī)對衣物輸出的能量大，去污效果明顯，但在某種程度上會造成衣物的損傷，因此應(yīng)對不同質(zhì)地，不同重量的衣物采用不同的能量輸出方式，從控制的角度就表現(xiàn)為水流方式的不同。一般是根據(jù)表面活性劑在水溶液中能否分解為離子，又將其分為離子型表面活性劑和非離子型 表面活性劑的兩大類。 衣物能否洗干凈，與用水量的多少關(guān)系很大。 且面制品的吸水性比化纖制品強(qiáng)，因此，同樣多的衣物、同樣的污垢程度和污染性質(zhì)，洗面制品時要水多放一點、洗的時間長一點。 本課題的目的就是設(shè)計一種比較合理的全自動洗衣機(jī)模糊控制器，這種采用模糊控制 的全自動洗衣機(jī)能夠自動判斷被洗衣物的重量輕重、質(zhì)料軟硬，自動檢測洗衣桶內(nèi)水的臟污程度和污漬性質(zhì) (油污或泥污 )；能自動預(yù)選水位、水流強(qiáng)度和洗滌時間，并能進(jìn)行衣物偏置的自動糾正等，也應(yīng)該能在整個洗滌過程中實施監(jiān)控，并適時調(diào)整這些運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳的洗滌效果。目前存在的洗滌方式有波輪式 (又稱渦卷式 )、攪拌式、滾筒式、噴流式、噴射式和超聲波式等多種，在我國比較普及的洗滌方式是波輪式，超聲波式洗滌方式則代表著國際上的發(fā)展方向。 本課題的意義及來源 隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏的不斷加快和人們生活水平的不斷提高，人們對各種方便、快捷的家用電器需求量越來越大，洗衣機(jī)作為人們提高生活效率，追求生活質(zhì)量的基本條件，也愈來愈成為不可或缺的生活用具 . 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，洗衣機(jī)的普及率已達(dá)到相當(dāng)高的程度，但由于現(xiàn)階段國情，洗衣機(jī)在我國的普及程度較低，農(nóng)村更甚。因而采用了模糊控制器設(shè)計全自動洗衣機(jī)。輸出量為洗滌劑量、水位、水流、脫水時間、洗滌時間、漂洗方式等。 第三 , 具有自動斷電、報警保護(hù)、故障檢測顯示等功能 。 采用模糊控制電路的全自動洗衣機(jī)是一種新型的多功能家用電器 , 它集微電腦技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)、工業(yè)造型設(shè)計等技術(shù)于一體。 。 近年來 , 日本將這一思想引入家用電器的控制之中 , 形成了所謂“ 模糊家電” 本文淪及的是“ 模糊洗衣機(jī)” 。 常規(guī)模糊控制的兩個主要問 題在于： 認(rèn)為模糊隸屬度函數(shù)的確定具有主觀臆斷性和認(rèn)為經(jīng)驗技巧色彩， 至今它還沒有完善的系統(tǒng)分析手段 ，因而是不可靠的；模糊控制的規(guī)則 的獲取以及輸入模糊變量論域和隸屬函數(shù)的確定還都是實驗分析和操作人員經(jīng)驗的匯總，受人為主觀因素影響較大， 主要是專家的經(jīng)驗法和觀察法，但這些方法主觀性較強(qiáng)，不非常成熟，有待進(jìn)一步研究。模糊控制系統(tǒng)易于接受，設(shè)計簡單，維護(hù)方便，而且比常規(guī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，魯棒性高。 (8)最優(yōu)模糊控制器設(shè)計的研究：依據(jù)恰當(dāng)提出的性能指標(biāo)，規(guī)范控制規(guī)則的設(shè)計依據(jù)，并在某種意義上達(dá)到最優(yōu)。 (5)模糊預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計方法和提高計算速度的方法。大體說來，在模糊控制理論和應(yīng)用方面應(yīng)加強(qiáng)研究的主要方向為： (1)適合于解決工程上普遍問題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性評價理論體系；控制器的魯棒性分析，系統(tǒng)的可控性分析和可觀性判定方法等。但由于模糊規(guī)則是人們對過程或?qū)ο竽：畔⒌臍w納，對高階、非線性、大時滯、時變參數(shù)以及隨機(jī)干擾嚴(yán)重的復(fù)雜控制過程，人們的認(rèn)識往往比較貧乏或難以總結(jié)完整的經(jīng)驗，這就使得單純的模糊控制在某些情況下很粗糙，難以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，影響了控制效果。隨著其它學(xué)科新理論、新技術(shù)的建立和發(fā)展，模糊理論的應(yīng)用更加廣泛。模糊芯片也已研制成功且功能不斷加強(qiáng)，成本不斷下降。迷糊推理硬件的研制與模糊計算機(jī)的開發(fā)，使得計算機(jī)將像人腦那樣隨心所欲地處理模棱兩可的信息，協(xié)助人們決策和進(jìn)行信息處理。 (3)與傳統(tǒng)的控制方法相比，模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則庫，由于是用自然語言表達(dá)的規(guī)則，更接近于人的思維方法和推理習(xí)慣，