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模糊控制在洗衣机中的应用摘要本论文首先介绍了洗衣机洗衣原理及洗净条件,详细分析了模糊控制器组成、结构及洗衣机模糊控制器的设计过程,最后利用__tlab软件__ulink仿真模块对所设计的洗衣机模糊控制器进行仿真测试为了提高系统的控制效果,本文还分别对两个输出变量电机转速及其洗涤时间作了仿真测试通过仿真结果的比较可以看出,本文设计的模糊控制器满足人们对洗衣机的要求关键词洗衣机模糊控制__TLAB仿真软件模糊控制技术是本世纪七十年代诞生的一门新型控制技术,基于它的特点及其优越性,它在各行各业中得到了应用随着模糊控制技术的应用的广泛开展,模糊控制技术在家用洗衣机的应用得到了普遍重视所谓的全自动洗衣机就是能够实现洗涤,漂洗,烘干一体化的设备其标准为能否自动进行衣量,脏污程度判断并确定洗衣时间和水流强度随着洗衣机控制技术的不断发展以及人们对全自动洗衣机提出的更高要求,控制简单而且功能完善的全自动洗衣机就越来越受人们的欢迎,因此模糊控制在洗衣机中得到了广泛的应用一洗衣机洗涤原理洗衣机的洗涤机理是由模拟人工手搓衣物的原理发展而来的手工搓洗衣物时,对衣物的压力均匀,来回搓洗时间短,行程短,速度慢,单位时间里作用次数少搓动时洗涤液在衣物纤维中间快速穿来穿去,使洗衣液在和纤维间的摩擦力增大,衣物和搓板,衣物和手之间的摩擦力大小适宜,从而使衣物上的污垢清洗干净洗衣机能把衣物洗干净,洗涤过程可以说是在化学力和机械力的共同作用下,对衣物上的污垢从纤维中剥落的过程,终结起来,洗衣过程可以概括为图1所示衣物•污垢+洗涤剂衣物+污垢•洗涤剂在外界力的作用下洗涤前洗涤后图1洗衣过程从图1中我们可以看出洗衣的整个过程,洗涤前衣物和污垢是一个整体,在洗涤后衣物和污垢分成了两个部分污垢从衣物中剥落下来,衣物被清洗干净二影响衣物洗净率的因素
(1)洗衣时间我们知道洗净衣物的主要因素之一是搓洗的时间,洗衣机洗净衣物时间的长短,取决于洗衣机的洗净率,不同形式的洗衣机洗净率也不同,以波轮式洗衣机为例,从时间上看洗净率以0~5min这段时间为最佳,5~10次之,超过15min后洗净率就不显著了,而且时间越长会造成衣物的破损由此可见,用洗衣机洗净衣物,仅用延长时间的办法来提高洗净率,效果是不明显的
(2)洗涤水流根据我们生活的经验影响衣物洗净的另一因素是洗涤时的搓揉力度普通和半自动洗衣机大都没有弱,较弱,中,较强,强洗涤水流五档,能按照衣物的重量,不同脏污程度进行选择弱洗为轻柔洗涤,适宜洗涤污垢一般的薄质轻柔织物;较弱洗涤适宜于洗涤脏污一般较重的衣物;较强洗涤适合洗涤脏而厚的衣物;强洗适合于洗涤脏而毛毯之类的大件织物;介于它们之间的织物可选用中洗三模糊洗衣机控制结构模糊控制洗衣机控制结构是由洗涤缸,电动机,搅拌轮,给水阀,排水阀和各种传感器构成它利用负载,水位,光电传感器以及电动机惯性响应等检测所得到的信息,进行分段评估计算,使其模糊化,再根据模糊规则进行推理,最后根据所激活的规则进行解模糊判决,以决定最适当的明确的水流,水位,洗涤时间,清洗时间以及脱水时间要对洗衣机进行控制,首先要用各种传感器不断地检测相关的状态,以作为控制的依据这些都是模糊洗衣机实用化需要解决的重要相关工程问题下面简单介绍在模糊控制洗衣机中所用的各种参数的检测原理和技术,在检测中要用到负载传感器,水位传感器,光电传感器等
(1)负载检测它主要用来检测所洗衣服的质量,负载检测可以用不同的方式来实现最容易的方法是静态的压力传感器直接测量,但由于它不实用目前多用动态的间接测量方法,它是通过检测电动机的负载来实现的,电动机的负载可用正常运转时的驱动电流来计量,也可用电动机断电后的反电动势的大小及波形来计量
(2)污浊度检测被洗衣物的污浊度检测是通过水的透光率检测间接实现的水的透光率是用__在排水管出口的光电传感器实现的二极管和光敏管分别相对__在管子的两边其原理为发光二极管发出的光经聚焦后,透过水被光敏管接收,接收的强度就反映了水的透明度这是一种间接测量衣物污垢的方法,因为衣物脏的程度与洗涤水的污垢度相关
(3)水位检测水位检测是用一种水位传感器实现的这种水位传感器是一根与洗涤缸体等高的空管,它与缸体构成一个连通器,空管的上端有一个用压力膜隔开的差动电感器,当缸中水注入时,管内的空气被压缩使压力膜压力增大,继而推动与它联动的铁心__,引起线圈电感量的变化用此电感器构成的LC振荡器的频率就能反映水位的高低这个传感器既可用于配合以上布料软硬度的检测,同时也可作为水位控制依据的检测装置四模糊控制技术的基本思想模糊逻辑理论是把语言概念的模糊性评价和判断的模糊性用模糊__的手段进行数学处理模糊控制技术是以模糊数学为基础发展起来的一种新的控制技术模糊控制方式是一种非线性控制方式,对无法取得数学模型或无法获得精确数学模型的系统可以取得令人满意的控制效果它是指将人们在日常工作或生活中的各种控制经验,转化为各种语言控制规则,再通过模糊推理,将这些语言控制规则转化为各种模糊控制作用集的智能化控制方法五模糊控制工作原理模糊控制首先根据人们的思维方式,总结人的操作经验,并且模糊语言和一系列的模糊条件语句描述控制策略(即控制规则);通过计算机或专用模块实现这些规则,完成控制作用
六、模糊控制器的设计原理模糊控制器是模糊控制系统的核心部分,它的设计不依赖于精确的数学模型
(1)模糊控制器的结构原理我们知道输入模糊控制器的均为精确量,而控制算法(模糊控制规则和模糊推理)处理的是模糊量,因此,模糊控制器的工作原理是首先要对输入的变量进行模糊化处理,变成模糊__,然后,根据由人的操作经验和思维过程,总结成的控制规则,利用模糊推理合成计算出各条规则的模糊关系,从而得到总的模糊关系,然后用模糊推理法则,计算出相应的控制模糊__再经过反模糊化处理,得到精确的控制量去控制被控对象
(2)模糊控制器的组成模糊控制器是由3部分组成:模糊化模糊推理和反模糊化.其结构如图2所示图2模糊控制器的组成
(3)洗衣机模糊控制器的设计及其仿真对洗衣机的运行过程进行分析可知,其主要被控参量是洗涤时间和水流强度即电机转速,影响这一输出参量的主要因素是被洗衣物的脏污程度和衣物的重量,这两个量可以用水的浑浊度差值和负载大小来表示,污垢越多浑浊度差值越大,反之,较小.这些输人和输出之间的关系很难用一定的数学模型来描述,系统的具体条件具有较大的不确定性,其控制过程在很大程度上依赖于操__的经验,用常规的控制方法难以达到理想的效果.应用模糊控制技术就能容易的解决这个问题,模糊控制是首先对控制对象按照人们的经验总结模糊规则,采用的数量是模糊量,由单片机对这些信息按照模糊规则作出决策来完成自动控制针对以上的情况本文设计了洗衣机的模糊控制器,为了效验所设计的模糊控制器,本文利用__tlab软件对洗衣机的控制参量做了仿真实验七基于__tlab洗衣机模糊控制器的设计首先我们启动__TLAB,然后在命令行输入“fuzzy”启动模糊推理系统编辑器.这种控制系统称为__mdani型的模糊控制系统该工具箱上半部分窗口给出了模糊控制器的三大部分组成部分:输入模糊变量、模糊规则库、输出模糊变量.系统默认的模糊控制系统为单输入单输出系统;下半部分给出了与操作或操作模糊蕴涵合成运算以及模糊清晰化的各种运算方法在这里我们可以方便的用鼠标来选取对于本文模糊控制器有两个输入端两个输出端可以分别利用菜单Edit中的Add和AddInput或Output来增加,并分别命名为负载,浑浊度差值利用模糊规则编辑器就可以完成模糊规则库的设计,对于本系统有两个输入,每个输入都是有三个模糊语言变量,这两个模糊语言变量可以有九种组合,但是规则的增加会大幅增加计算机的计算量,致使系统的实时性很差,所以为了提高系统的实时控制能力,仅采用其中一部分关键的规则,为此我们将利用Simulink进行模拟仿真,进行优化确定了模糊规则后,基于__tlab的洗衣机模糊控制器就基本完成了,我们还可以通过模糊规则观测器和模糊推理输入输出曲面图来定性的分析我们设计的模糊控制器是否符合人们工作的经验八洗衣机控制器的仿真由于模糊控制器的设计思想是模拟人脑的思考过程,在模糊控制器的设计过程中,对实际经验的依赖性很大,要求设计者结合实际经验,选取控制量,设计控制规则选取得某些控制量和控制规则的效果如何,必须编制大量的程序进行仿真分析,或者是等到控制器完成以后通过大量实验生产来观察,验证显然,这两种方法都费时费力,而且都必须通过大量实验才能确定,实际设计过程中,类似的工作往往占总工作量的大部分,针对上面的情况,本文使用__tlab自带的Simulink仿真工具箱软件进行仿真我们知道多输出的控制器可以看成是由多个单输出的控制器组成的控制器,所以,在本系统中为了使仿真效果更佳,我们还分别对输出控制量洗涤时间和电机转速进行仿真,而且取的较好的效果____
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