工业洗衣机模糊控制器的设计

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1、工业洗衣机模糊控制器的设计摘要：本文深入研究了工业洗衣机的模糊控制系统结构，确定了控制器的输入、输出变量，设计了输入输出变量的隶属函数，分析了输入输出变量的相关性，在正交实验的基础上建立了模糊控制规则库，给出了软件设计思想及模糊推理程序流程。关键词：工业洗衣机；模糊；控制；设计TheDesignofFuzzyControllerInIndustryWashingMachineAbstract:Thearticleresearchesthestructureoffuzzycontrolinindustrywashingmachine.Theinptvariable

2、andoutputvariableofcontrollerisdetermined,thenthemembershipfunctionofinputvariableandoutputvariableisdesigned.Rulesrepositorybasedonorthogonalexperimentsissetup.Thedesignphilosophyofsoftwareandfuzzyreasoningprogramflowchatareprovidedhere.Keywords:industrywashingmachine;fuzzy;control;

3、design1前言模糊控制是智能控制发展的重要方向。自1974年英国工程师E.H.Mardani首次利用模糊控制逻辑研制成功模糊控制器以来，模糊控制理论及其应用取得了很大的进展。进入二十世纪九十年代，模糊控制技术进入商品化阶段，并应用于过程控制、模式匹配、机器人及专家系统，在提高产品的自动化、智能化水平的同时取得良好的经济和社会效益。模糊控制技术被称为“二十一世纪的核心技术”[1]，尚在发展、完善之中。工业洗衣机广泛应用于宾馆、饭店、医院、部队、学校、车站、客运码头等洗涤衣物量大的场合。工业洗衣机洗涤时要耗费大量的水和电。在我国淡水资源日益匮乏、能源需求急剧增加

4、的今天，耗水、耗电的减少对保护环境、造福人民有着深远的意义。2模糊控制器设计本文研究以XGQ-25F型工业洗衣机为原型机。洗衣机模糊控制器是模糊控制洗衣机的核心,它在模糊理论的基础上，根据各种传感器的检测信号，利用计算机技术，模仿人脑思维方式进行控制。利用各种传感器检测布质、布量、浑浊度等信息，单片机根据采集到的信息，经过模糊推理决定出最佳的洗涤策略，包括洗涤时间、洗涤转速、洗涤时进水位及洗涤过程等。脏污程度布质布量电机速度洗涤时间洗涤剂量水位模糊控制器水温图13输入5输出的工业洗衣机模糊控制器结构图2.1模糊控制器的结构模糊控制洗衣机的输入变量主要有3个：布质

5、、布量、脏污程度（脏污性质本应当也作为一个输入变量，但限于传感器价格、洗衣机成本原因放弃）；输出变量主要有5个：洗衣机的转速、水位、洗涤时间、温度及洗涤剂剂量，所以是3输入5输出结构。如图1所示。输入变量分别有几种状态(本文均以3种为例)，则洗涤输入状态有27种。如果将5个输出变量均确定为34种．则洗涤输出状态有243种，需建立一个庞大的规则库.为简化模糊控制系统，首先要了解输入变量对输出变量的影响，对5种洗涤输出变量进行分析可知，温度主要决定于洗涤剂的要求，不同的洗涤剂要求的适宜温度不同；洗涤时间对洗净率来说是越长越好，而洗涤转速和水位对洗净率的影响是非线性的

6、.为了解洗涤温度、转速、水位对洗净率的影响，从27种洗涤输入状态中选取2种状态进行3因素、3水平正交实验．其中3个因素分别为水位(A)、转速(B)、温度(C)，水位和转速两个因素三种水平的值主要根据布质、布量凭经验得出的。通过正交实验发现，洗涤转速、水位对洗净率的影响大，应作为主要因素考虑，而洗涤水位和转速主要依靠布质、布量确定[2]。水温在洗涤剂要求范围内对洗净率的影响很小，因此将系统简化为3输入4输出的系统。在工业洗衣机洗涤过程中，主洗阶段是最重要的，直接决定了洗涤效果及洗涤时间长短，因此本文的模糊控制器以主洗阶段为主要研究对象。2.2模糊规则库的建立模糊规

7、则库是模糊控制器的核心单元，对模糊控制的效果起着至关重要的作用。2.2.1模糊语言变量和隶属函数的确定少较少多很多隶属度510152025布量（Kg）化纤混纺棉隶属度255075100布质（含棉量%）轻脏较脏脏很脏隶属度20406080100浑浊度图2输入变量隶属函数图模糊控制的输入量是布质、布量及浑浊度。布质的论域为0%-100%含棉量，布量的论域为0-25Kg(洗衣机的额定负载)．脏污程度以浑浊度传感器采集的数据量化后论域为0-100.它们在其论域上的语言值和与其对应的模糊子集隶属函数如图2所示．模糊控制的输出量是洗涤时间、转速、水位．洗涤剂量。转速的论域为

8、8—12Hz(因为工业洗