人工智能-模糊控制全自动洗衣机 -

模糊控制全自动洗衣机

1.模糊控制简介

模糊控制是一种非线性的控制方法,主要针对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系。首先要对被控对象按照人们的经验总结出模糊规则,采用模糊量,借助单片机对这些信息按照模糊规则转换为控制量,来完成自动控制。2.应用前景

近年来,模糊控制在家用电器控制中得到较广泛的应用,采用模糊控制的洗衣机,可具有自动识别衣质、衣量、脏污程度、脏污性质、自动决定水量、自动投入恰当的洗涤剂等功能,不仅实现了洗衣机的全面自动化,也大大提高了洗衣的质量。

3.基本原理

洗衣机的自动控制系统为一多输入多输出系统,输入量为衣质、衣量、脏污程度(即水的浑浊度)、脏污性质(浑浊度变化率);输出量为洗涤剂量、水位、水流、脱水时间、洗涤时间、漂洗方式等。从洗衣机的运行过程可以看出,洗涤剂量、水位、水流、脱水时间都可以通过输入量推理求得,而洗涤时间与漂洗方式为实时控制量,影响其主要因素是被洗物品的脏污程度,这两个量可以用水的浑浊度和浑浊度变化率来表示,油性脏污的浑浊度变化率小,泥性脏污的浑浊度变化率大。

4.模糊洗衣机的模糊推理

在模糊洗衣机中，浑浊度，布质，布量等都是通过对现行状态的检测，在通过模糊推理得出的．在模糊推理中，需要考虑推理的前件和后件，也就是推理的输入条件和输出结果．在模糊洗衣机中，主要是考虑布质，布量，水温和肮脏程度着几个条件，而从这些条件求取水位，洗涤时间和水流，漂洗方式和脱水时

间等．故而，模糊洗衣机的推理如图2所示。

图2模糊洗衣机的模糊推理

在模糊洗衣机中,布质和布量是无法通过物理传感器测出的;所以,它们的求取都是采用间接的方法.布质，布量和洗涤的过程有很大的关系.从一般人们的经验知道,布质是绵质,则洗涤会困难一些;布质如果是化学纤维,则困难会小一些.布量多一些,则洗涤过程要长一些,反之短一些.所以,除了肮脏度之外,模糊推理还考虑布质和布量.

从图2中可以看出,模糊洗衣机是一个多输入多输出的模糊推理和控制系统.在实际中,模糊推理的前件和后件之间的相关关系对于不同的因素而有所不同. 例如，肮脏程度和水温可以确定洗涤剂投放的量剂和洗涤时间，而布量、布质等可以确定水位和水流、脱水时间等。因此，在推理中把有关前件和后件进行处理。这种处理分成主要因素推理和顺序因素推理两种。通过这两种推理处理，不但使推理变得较为简单，而且可以在众多因素中清晰的区别出连锁关系的因素。

考虑到洗衣过程中的两种情况，一种是静态的，即洗涤剂浓度；另一种是动态的，即洗衣水流及时间。故而推理分两大部分，这也就是洗涤剂浓度推理和洗衣推理。

在洗涤剂浓度推理中，其规则如下：如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；如

果浑浊度偏高，则洗涤剂投入量偏大；如果浑浊度低，则洗涤剂投入量小；在洗衣推理中，推理规则如下：如果布量少，布质以化纤偏多，而且水温高；则水流为特弱，洗涤时间特短:如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低；则吧水流定义为特弱，洗涤时间定为特长；如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低；

则把水流定为特弱，洗涤时间定为特长；洗衣推理如表1所示:

表1洗衣机的模糊推理

他给出了洗衣机推理的所有规则。很明显这些规则的前见有三个因素，后件有两个因素。故它们也是一种多输入多输出的推理。对于输入量，即前件，各个因素的模糊量定义不同。布量的模糊量为多中少；水温的模糊量为高中低；而布质的模糊量为棉布偏多，棉布化纤各半，化纤偏多；而输出量，即后件中，水流的模糊量取特强，强，中，弱，特弱；时间的模糊量取特长，长，中，短，特短；在上述的模糊量中，各自的隶属函数都不同。水温，布质和时间的模糊量如图3所示。

图3水温、布量和时间的模糊量

在图3中，水温的模糊量是采用梯形隶属函数的；同样，布量的模糊量也是用梯形隶属函数；对于时间而言，其模糊量则是采用三角形隶属函数。在模糊推理中，模糊量的其范围选取起到很大的作用，而其形状所起的作用和范围相比就小的很多。不过，从模糊逻辑的角度讲，梯形隶属函数在推理中对特定的元素做得到的隶属度就会较多的机会为1或者较大；而三角形隶属函数的隶属度就会较小。

对于主要因素推理和顺序因素推理这两种推理，它们之间是有这隐含的推理关系的。主要因素推理是以采用人的思维中的主要因素起到决定作用原理执行的。在这种原理中，抛弃各种次要因素，以见米欧那个的形式产生因素少的推理规则，便于进行处理。顺序因素推理则是把前一种推理的结果作为本次推理的前件，从而推理出新的结果。在洗衣机中，如果考虑浑浊度，洗涤剂投入量，水流，

洗涤时间等因素的推理。作为主要因素推理显然有：

如果浑浊度搞，洗涤剂投入量大；而在表1中也看出另一种主要因素推理有：如果布量多，布质以棉布偏多；而且水温高；则水流为强，洗涤时间为中；

但实际上，洗涤投入量大时，要求洗涤时间较长才能较长才能洗的干净。故还需考虑顺序因素推理：如果洗涤剂投入量大，则洗涤时间长；如果洗涤剂投入量中，则洗涤时间中；

当顺序推理和主要因素推理推出的某一个后件因素的隶属度不同时，则采用Max 原则处理；而得到某个后件的模糊量不同时，则采用大者优先的原则处理。5.检测

（1）浑浊度的检测：义务的脏度，和洗净程度等都要需要检测，以便惊醒工作过程的整定和控制。浑浊度的检测是采用红外光电传感器来完成的。利用红外线在水中的透光率和时间的关系，通过模糊推理，以得出检测的结果，而这个结果就可以用于控制推理。

（2）布量和布质的检测：这个检测是在洗涤之前进行的。在水位为一定的时候，布量和布质的不同就会产生不同的布阻抗。通过给定一定的水位，然后在这个给定水位的条件下使主电机进行间断旋转，则不同布阻抗就会使主电机制动的性能不同，利用主电机在不同布阻抗时的制动特性就可以推断出布质和布量。

（3）水温检测

水温检测由温度检测器MTS102执行.由于MTS102有线性度好,对温度敏感等特点,故采用它对常温检测有较大的优点.在电路中,采用二个运算放大器对MTA102的输出信号进行处理,一个用于隔离阻抗,一个用于信号的放大.着个电路结构如图1的AN1端所接的电路.水温一般为4~40度;在一些特殊的洗衣机中有时会加

入热水,则水温较高.但水温不会超过60度.因为水的温度太高对衣服有很大的影响。