洗衣机模糊控制原理.docx

《洗衣机模糊控制原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《洗衣机模糊控制原理.docx（32页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、中文摘要洗衣机自问世以来，经过一个多世纪的开展，现正呈现出全自动、多功能、大容量、高智能、省时节能的开展趋势。近年来，电子技术、控制技术、信息技术的不断完善、成熟，为上述开展趋势提供了坚强的技术保障。LA-Zadeh教授最早提出了模糊集合理论，由此产生了模糊控制技术，其突出的优点是：不需要对被控对象建立精确的数学模型。对于复杂的、非线性的、大滞后的、时变的系统来说，建立数学模型是非常困难的。全自动滚筒洗衣干衣机的自动化、智能化控制正是一种难以建立精确数学模型的控制问题，采用模糊控制技术，可以很方便的控制洗衣干衣过程。模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机是通过模糊推理找出最正确洗涤烘干方案，以优化洗涤烘

2、干时间、洗净程度、烘干效果，最终到达提高效率，简化操作，、节水节电省时的效果。模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机属于创新工程，填补国内空白，到达国际先进水平。它的研制成功，必将大大推动我国乃至世界洗衣机行业的开展。模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为根底的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规那么，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规那么的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。关键词：洗衣干衣机、家用滚筒式、模糊控制技术、模糊控制器、模糊控制规那么ABSTRACTIt

3、hasbeendevelopedformorethanonecenturysincetheemergenceofwashingmachine.Nowthetendencytodevelopisfully-automatism,Multifunction,largecapacity,highintelligence,timeandenergysaving.Recently,thetendencyhasbeenguaranteedsubstantiallywiththeperfectionandmatureofelectronictechnology,controltechnologyandinf

4、ormationtechnology.ProfessorLAZadehfirstputforwardtheTheoryofFuzzySet,fromwhichthetechnologyofFuzzyControlarise.Itisextraordinaryvirtueis：Thereisnodefiniteneedtoestablishtheexactmathmodelofthecontrolledobject.Itisveryconveniencetoestablishmathematicalmodelstothesystemswithverycomplex,non.linear,larg

5、e-lagandtimelychangecharacteristic.Anditistheveryproblemincontroltoestablishtheexactmathematicalmodelinfully-automaticwashing-dryingmachinesautomatismandoptimize.Itisveryconvenienttocontroltheprocessofwashinganddryingtousethetechnologyoffcontr01.Thefuzzycontrolofthefully-automatismfrontloadingwashin

6、g-dryingmachine,isthroughthefuzzyinferencetofindthebestplanofwashing-drying,optimizethetimeofwashinganddrying,thedegreeofcleaningandtheeffectofdryingSOtoreachtheintentionofraisingtheefficiency,predigestingtheoperateandsavingthewaterandelectricity.Fuzzycontrolfullyautomatismfrontloadingwashingdryingm

7、achineisaninnovateproject,whichpaddedtheblanknessintheworldandachieveinternationaladvancedlevel.TheSuccessoftheresearchwillimpelthedevelopmentofthewashingmachineindustrygreatly.KeyWords：washing-dryingmachine,householdfrontloading,fuzzycontroltechnology,fuzzycontroller,fuzzycontrolrule.目录：第一章：简介1 .绪言

8、2 .简单论述第二章：模糊控制理论和技术根底1 .模糊控制原理2 .模糊控制器的构成3 .模糊控制系统的工作原理4 .模糊控制系统分类5 .模糊控制器的设计6 .模糊控制器设计实例-洗衣机模糊控制第三章：程序实现1 .模糊控制理论和技术根底总结2 .程序设计及实现1绪论第一章绪言国际相关产品的开展水平、现状及开展趋势：1965年，美国加里弗尼亚大学控制理论教授L-A-Zadeh（扎德）提出模糊集理论。此后，模糊技术得到了迅猛开展，广泛应用于多个领域。80年代初，日本把模糊控制技术用于家用电器，取得了世人瞩目的成就，迄今已有400多种产品，其中模糊控制波轮套桶式洗衣机属于成功应用的一例。模糊技术

9、作为目前的学术热点和开发热点，广泛受到了国内外科技界、企业界和政府部门的特别关注，尤其是在机械、石油、化工、电子、航空、航天及军事科学等三十多个领域取得了突破性的进展。在家用电器行业，模糊技术已经成功应用于模糊控制洗衣机、模糊控制空调器、模糊控制热水器等几十种家电产品，产生了巨大的社会效益和经济效益。洗衣机自1867年问世以来主要分为滚筒式、波轮套桶式、搅拌式，此外还有高压式、超声波式、臭氧式等几种。其中：波轮套桶式主要产销在日本等东南亚地区，其结构简单，本钱及销售价格较低，洗净度高，但其致命缺点是对衣物的磨损大、用水量大：搅拌式洗衣机流行于北美地区，其特点是结构简单，洗涤容量较大,在美国市场

10、上，80%以上为搅拌式洗衣机，而滚筒式洗衣机主要依靠进口，其市场占有率为15%左右；滚筒式洗衣机主要流行于欧洲、南荚洲等地区，该机型自动化程度高。结构合理、对衣物磨损较小，省水省电有加热洗涤功能，但沈净度较差，沈涤时较短。模糊技术早已被滚桶式洗衣机上成功应用，但目前的全自动滚筒洗衣机却人都是机械控制的，实现自动控制的公司有瑞典、德国、门本SHARP公司等少数几家公司，而模糊控制的那么更少。机械控制转换为模糊控制是全自动滚筒洗农机开展的必然趋势。国内相关产品的开展水平、现状和趋势：我国洗衣机的大批量生产从1978年开始，随着规模的不断扩大，各厂家或自我研发或与国外先进技术相结合，推出了各种特色的

11、洗衣机，以满足社会同层次消费者的要求。近几年来.我国洗衣机行业形成了小鸭、海尔、美菱、小天鹅、荣事达等几个大集团抗衡的局面。全自动滚筒洗衣机大局部是机械控制的，批量生产的电脑机只有小鸭集团研制的XQG50.808型和海尔集团的超级玛丽型，其它厂家还未推出电脑机。研发全自动衣机，公司处于绝对领先地位。随着社会的开展，人们的生活水平及消费意识不断提高.洗衣机逐渐向自动化、智能化、多功能等方面开展。在国际化竞争日趋剧烈的今天，如何提高各个公司及洗衣机行业的技术水平，赶上和超过世界先进水平.积极迎接中国参加WTo的空前时机，更方便地参加国际大市场的竞争行列，已成为困扰国内各洗衣机厂家迫切需要解决的问题

12、第一章简介1、全自动滚筒洗衣机是国内洗衣机行业开展的重要方向目前国内全自动洗衣机中的波轮套桶式洗衣机占多数，其中主要是电脑控制和模糊控制的：滚筒洗衣机占少数，几年前的一家变为现在的小鸭海尔、西门子、惠而浦等几大集团并存的局面。长虹、春兰、荣事达等几大电器公司也已经或正在上马全自动滚筒洗衣机生产线，市场竞争日趋剧烈。2、自动化、智能化和节能是滚筒洗衣机的开展方向随着人们生活水平的提高和科学技术的开展，对家用电器的要求也越来越高，家用电器的品种也越来越丰富。目前家用电器难向着自动化、智能化和节能的方向开展，滚筒洗衣机也是如此。3、电子控制技术在家用电器上的应用越来越广泛电子控制技术应用于家用电器

13、产品实现高智能、全自动等特点，且产品的研发具有很好的后续性、灵活性科、广阔的开展前景。人们生活水平的提高和电子产品价格的下调，使家用电器采新技术具有很好的市场前景。4、模糊控制是全自动滚筒洗衣机的开展趋势模糊控制和传统控制相比，最根本的区别就是模糊控制不需要对被控对象建立精确的数学模型，但传统控制没有精确的数学模型作根底是根本不可行的。对于复杂的、非线性的、大滞后的、时变的系统来说，建立数学模型是非常难的，甚至是根本不可能的。模糊控制以操作者的经验和运行专家的知识作为控制策略，采用模糊数学的方法进行模糊推理，自动控制系统运行。全自动滚筒洗衣机的自动化、智能化控制证是一种难以建立精确数学模型的

14、控制问题，采用模糊控制技术，可以很方便的控制洗衣干衣过程。内外波轮套涡流式洗衣机成功实现模糊控制的经验说明，滚筒洗衣机由模糊控制代替机械控制，是滚筒洗衣机开展的必然趋势。干衣经验和专业技术人员的洗衣、干衣知识，通过模糊推理的方法得出洗衣、干衣全过程的控制决策，从而实现洗衣、漂洗、脱水、干衣全过程的最优控制。为实现上述目标，我们拟定如下技术实施方案：(1)根据我国国情，总结洗涤经验通过调查我国人们衣着质地的比例、脏污程度及常用沈涤剂的特点，进行各种水温下，最正确洗涤效果的试验总结、干衣效果试验，形成符合我国国情的洗衣知识库，得到控制规那么集，以指导模糊控制器控制策略的形成。(2)合理的模糊推理算

15、法的选择用已有知识库及控制规那么集，以模糊推理的方法得到模糊决策表，并选择适宜的单片机，确定软硬件方案，完成模糊控制器的设计。本工程主要传感器有水位、温度、布量等，其中着重解决布量传感器。布量传感器：测量的方法在波轮套桶式洗衣机上比拟成熟，而在全自动滚筒洗衣机上那么还处于研制开发阶段。衣物的布量不同，电机启动或停止时的信号、参数也就不完全一样，比拟这些信号，就可以测量得到衣物的重量。由于本机型采用无级调速电机，无级调速电机带有测速电机，所以测算布量的方法非常丰富，可以直接测量测速电机的波形，经过整形即得衣物的重量；也可和双速电机一样测电机的反电动势。水位传感器：采取将水位转换为气压的可靠方法。

16、将水位传感器安装于箱体外部，洗衣机下部装橡胶管，导气管将橡胶管和水位传感器密封连接。向洗衣机外筒内注入水，外筒的水位到达一定高度后，橡胶管被水密封，外简内水位逐渐上升,封闭存橡胶管的。压强同水位成比例增大。此时，水位继电器本身气体的压力也住增大，橡胶膜片受压膨起。当压力到达设定值时，在橡胶膜片的推动F,水位继电器内的电气触点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，控制器检测信号，关闭进水阀.停止进水：当滚筒内水位下降时，水位继电器内握力减小.橡胶膜片复位，电气触点也随之复位。温度传感器：在其它条件相同的情况下，由于水温的不同，洗衣机对衣物的洗涤效果是不佳的。因此，采用热敏电阻作为感温元件，敏感局部位

17、于传感器的前端与金属外壳接触，通过输出电压的变化反映温度变化。将温度传感器安装于洗衣机的外部，温度传感器将水温转换为电信号输入单片机，洗衣机根掘测得水温，自动控制加热器工作过程。此传感器具有测温精确、向应速度快、轻便灵活、体积小、安装牢固、防漏水性能好、测温范围大等特点。(3)采用恒温循环热风对脱水后的衣物进行烘干。衣物被甩干后，洗衣机的内部以洗涤方式运转。与此同时，烘干加热及鼓风裂开始工作，烘干加热器将加热室内的空气加热，快速旋转的蜗轮式风叶将热空气通阀门密封朝上端的通风口吹入，同时从冷凝器内补充空气进入鼓风泵。热空气通过翻潮湿的衣物，便衣物.的水分加速蒸发，形成饱和水蒸气，通道外筒后盖纳出

18、通风口进入冷凝器内。从水管进的冷水不断喷洒入冷凝器内，将局部水蒸气冷凝成水，冷凝水经过j建滤器过滤,出摊水泵间歇地摊出机体，直至完成整个洗衣周期。(4)断电技术本机型应用了断电记忆技术，采用E2PR0M作为过程中间参数的储存单元，洗衣机运行中电源断电时，能自动记忆断电瞬间的运行状态，恢复供电后，洗衣机能自动接断电时的状态继续运行，不需要用户的中间参与，平安又可靠。(5)产品连续性滚筒洗衣机为主导产品，已经实现了系列化，具有较强的连续性。根底上，对操作系统、控制系统和传感系统作了重大改动，对洗衣机的箱体、减震系统、干衣系绕、传动系统等采用较大改动，与技术制造或根本建设具有很好的连续性。第二章：模

19、糊控制理论和技术根底模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为根底的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规那么，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规那么的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。(模糊控制原理框图)模糊控制器(FUZZyController一FC)也称为模糊逻辑控制器(FUZZyLogicController-FLC),由于所采用的模糊控制规那么是由模糊理论中模糊条件语句来描述的，因此模糊控制器是一种语言型控制器，故也称为模糊语言控制器(FuzzyLan

20、guageController一FLC)O模糊控制器的组成框图如下图。1.模糊化接口(Fuzzyinterface)模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于控制输出的求解，因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将真实确实定量输入转换为一个模糊矢量。对于一个模糊输入变量e,其模糊子集通常可以作如下方式划分：(1)=负大，负小,零，正小，正大=NB,NS,Z0,PS,PB)=负大,负中，负小，零，正小，正中，正大=NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB(3)=大，负中，负小，零负，零正，正小，正中，正大=NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB用三角型隶属度函数表示如下图。2 .

21、知识库(KnowledgeBase-KB)知识库由数据库和规那么库两局部构成。(1)数据库(DataBase-DB)数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值(即经过论域等级离散化以后对应值的集合)，假设论域为连续域那么为隶属度函数。在规那么推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。（2）规那么库（RUleBaSeRB）模糊控制器的规那么是基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规那么通常有一系列的关系词连接而成，如if-then、elsealsoend、or等，关系词必须经过“翻译”才能将模糊规那么数值化。最常用的关系词为

22、if-then,also,对于多变量模糊控制系统，还有and等。例如，某模糊控制系统输入变量为（误差）和（误差变化），它们对应的语言变量为E和Ea可给出一组模糊规那么：Rl:IFEisNBandECisNBthenUisPBR2:IFEisNBandECisNSthenUisPM通常把if局部称为“前提部，而then局部称为“结论部”，其根本结构可归纳为IfAandBthenC,其中A为论域U上的一个模糊子集，B是论域V上的一个模糊子集。根据人工控制经验，可离线组织其控制决策表R,R是笛卡儿乘积集上的一个模糊子集，那么某一时刻其控制量由下式给出：C二（AXB）OR式中模糊直积运算；模糊合成运算

23、规那么库是用来存放全部模糊控制规那么的，在推理时为“推理机”提供控制规那么。规那么条数和模糊变量的模糊子集划分有关，划分越细，规那么条数越多，但并不代表规那么库的准确度越高，规那么库的“准确性”还与专家知识的准确度有关。3 .推理与解模糊接口（InferenceandDefuzzy-interface）推理是模糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规那么完成模糊推理来求解模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能局部。在模糊控制中，考虑到推理时间，通常采用运算较简单的推理方法。最根本的有ZadCh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理两类。正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于知识工程学领域的

24、专家系统中。推理结果的获得，表示模糊控制的规那么推理功能已经完成。但是，至此所获得的结果仍是一个模糊矢量，不能直接用来作为控制量，还必须作一次转换，求得清晰的控制量输出，即为解模糊。通常把输出端具有转换功能作用的局部称为解模糊接口。综上所述，模糊控制器实际上就是依靠微机（或单片机）来构成的。它的绝大局部功能都是由计算机程序来完成的。随着专用模糊芯片的研究和开发，也可以由硬件逐步取代各组成单元的软件功能。以水位的模糊控制为例，如图4-4所示。设有一个水箱，通过调节阀可向内注水和向外抽水。设计一个模糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。按照日常的操作经验，可以得到根本的控制规那么：“假设水

25、位高于O点，那么向外排水，差值越大，排水越快”；“假设水位低于O点，那么向内注水，差值越大，注水越快”。根据上述经验，按以下步骤设计模糊控制器:水箱液位控制1确定观测量和控制量定义理想液位O点的水位为ho,实际测得的水位高度为h,选择液位差将当前水位对于0点的偏差e作为观测量，2输入量和输出量的模糊化将偏差e分为五级：负大(NB),负小(NS),零(0),正小(PS),正大(PB)o根据偏差e的变化范围分为七个等级：-3,-2,-1,0,+1,+2,+3。得到水位变化模糊表水位变化划分表控制量U为调节阀门开度的变化。将其分为五级：负大(NB),负小(NS),零(0),正小(PS),正大(PB)

26、o并根据U的变化范围分为九个等级：-4,-3,-2,-1,0,b+2,+3,4o得到控制量模糊划分表控制量模糊划分表3模糊规那么的描述根据日常的经验，设计以下模糊规那么：(1) “假设e负大，那么U正大”(2) “假设e负小，那么U正小”(3) “假设e为0,那么U为0”(4) “假设e正小，那么U负小”(5) “假设e正大，那么U负大”上述规那么采用“IFATHENB”形式来描述:(1) ife=NBthenu=NB(2) ife=NSthenu=NS(3) ife=0thenU=O(4) ife=PSthenU=PS(5) ife=PBthenu=PB根据上述经验规那么，可得模糊控制表模糊

27、控制表4求模糊关系模糊控制规那么是一个多条语句，它可以表示为UXV上的模糊子集，即模糊关系R：其中规那么内的模糊集运算取交集，规那么间的模糊集运算取并集。由以上五个模糊矩阵求并集(即隶属函数最大值)，得：模糊决策：模糊控制器的输出为误差向量和模糊关系的合成：U=eou当误差e为NB时，e=1.00.500000控制器出为：控制量的反模糊化由模糊决策可知，当误差为负大时，实际液位远高于理想液位，e=NB,控制器的输出为一模糊向量，可表示为：如果按照“隶属度最大原那么进行反模糊化，那么选择控制量为u=-4,即阀门的开度应关大一些，减少进水量。仿真：按上述步骤，设计水箱模糊控制的Matlab仿真程序

28、通过该程序，可实现模糊控制的动态仿真。模糊控制响应表见表4-4所示。取偏差C=-3,运行该程序，得U=-3.14810模糊控制响应表模糊控制规那么是一个多条语句，它可以表示为UXV上的模糊子集，即模糊关系R：其中规那么内的模糊集运算取交集，规那么间的模糊集运算取并集。控制量的反模糊。在确定性控制系统中，根据输入变量和输出变量的个数，可分为单变量控制系统和多变量控制系统。在模糊控制系统中也可类似地划分为单变量模糊控制和多变量模糊控制。在单变量模糊控制器(SingleVariableFuzzyControllerSVFO中，将其输入变量的个数定义为模糊控制的维数。一维模糊控制器如下图，一维模糊控

29、制器的输入变量往往选择为受控量和输入给定的偏差量E。由于仅仅采用偏差值，很难反映过程的动态特性品质，因此，所能获得的系统动态性能是不能令人满意的。这种一维模糊控制器往往被用于一阶被控对象。二维模糊控制器如下图，二维模糊控制器的两个输入变量根本上都选用受控变量和输入给定的偏差E和偏差变化EC,由于它们能够较严格地反映受控过程中输出变量的动态特性，因此，在控制效果上要比一维控制器好得多，也是目前采用较广泛的一类模糊控制器三维模糊控制器如下图，三维模糊控制器的三个输入变量分别为系统偏差量E、偏差变化量EC和偏差变化的变化率ECC。由于这些模糊控制器结构较复杂，推理运算时间长，因此除非对动态特性的要求

30、特别高的场合，一般较少选用三维模糊控制器。模糊控制系统所选用的模糊控制器维数越高，系统的控制精度也就越高。但是维数选择太高，模糊控制规律就过于复杂，这是人们在设计模糊控制系统时，多数采用二维控制器的原因。2多变量模糊控制器一个多变量模糊控制器(MultipleVariableFuzzyController)系统所采用的模糊控制器，具有多变量结构，称之为多变量模糊控制器。如图4-6所示。要直接设计一个多变量模糊控制器是相当困难的，可利用模糊控制器本身的解耦特点，通过模糊关系方程求解，在控制器结构上实现解耦，即将一个多输入-多输出(MIMO)的模糊控制器，分解成假设干个多输入-单输出(MISO)的

31、模糊控制器，这样可采用单变量模糊控制器方法设计。模糊控制系统分类1按信号的时变特性分类(1)恒值模糊控制系统系统的指令信号为恒定值，通过模糊控制器消除外界对系统的扰动作用，使系统的输出跟踪输入的恒定值。也称为“自镇定模糊控制系统”，如温度模糊控制系统。(2)随动模糊控制系统系统的指令信号为时间函数，要求系统的输出高精度、快速地跟踪系统输入。也称为“模糊控制跟踪系统”或“模糊控制伺服系统”。2按模糊控制的线性特性分类对开环模糊控制系统S,设输入变量为u,输出变量为V。对任意输入偏差Au和输出偏差Av,满足Avu=kO3按静态误差是否存分类(1)有差模糊控制系统将偏差的大小及其偏差变化率作为系统的

32、输入为有差模糊控制系统。(2)无差模糊控制系统引入积分作用，使系统的静差降至最小。4按系统输入变量的多少分类控制输入个数为1的系统为单变量模糊控制系统，控制输入个数1的系统为多变量模糊控制系统。第3节模糊控制器的设计3.1 、模糊控制器的设计步骤模糊控制器最简单的实现方法是将一系列模糊控制规那么离线转化为一个查询表(又称为控制表)。这种模糊控制其结构简单，使用方便，是最根本的一种形式。本节以单变量二维模糊控制器为例，介绍这种形式模糊控制器的设计步骤，其设计思想是设计其他模糊控制器的根底。模糊控制器的结构单变量二维模糊控制器是最常见的结构形式。2定义输入输出模糊集对误差E、误差变化EC及控制量u

33、的模糊集及其论域定义如下：E、EC和U的模糊集均为：E、EC的论域均为：-3,-2,-1,0,1,2,3U的论域为：-4.5,-3,-1.5,0,1,3,4.53定义输入输出隶属函数模糊变量误差E、误差变化EC及控制量U的模糊集和论域确定后，需对模糊语言变量确定隶属函数，确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。4建立模糊控制规那么根据人的经验，根据系统输出的误差及误差的变化趋势来设计模糊控制规那么。模糊控制规那么语句构成了描述众多被控过程的模糊模型。5建立模糊控制表模糊控制规那么可采用模糊规那么表4-5来描述，共49条模糊规那么，各个模糊语句之间是或的关系，由第一条语句所确定的控制规那么可以计算

34、出ul同理，可以由其余各条语句分别求出控制量u2,u49,那么控制量为模糊集合U可表示为u=ul+u2+A+u49模糊规那么表6模糊推理模糊推理是模糊控制的核心，它利用某种模糊推理算法和模糊规那么进行推理,得出最终的控制量。7反模糊化通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合。但在实际模糊控制中，必须要有一个确定值才能控制或驱动执行机构。将模糊推理结果转化为精确值的过程称为反模糊化。常用的反模糊化有三种：(1)最大隶属度法不考虑输出隶属度函数的形状，只考虑最大隶属度处的输出值。因此，难免会丧失许多信息。它的突出优点是计算简单。在一些控制要求不高的场合，可采用最大隶属度法。(2)重心法为了获得准确的控

35、制量，就要求模糊方法能够很好的表达输出隶属度函数的计算结果。重心法是取隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理的最终输出值，即对于具有m个输出量化级数的离散域情况与最大隶属度法相比拟，重心法具有更平滑的输出推理控制。即使对应于输入信号的微小变化，输出也会发生变化。加权平均法工业控制中广泛使用的反模糊方法为加权平均法，输出值由下式决定其中系数的选择根据实际情况而定。不同的系数决定系统具有不同的响应特性。当系数取隶属度时，就转化为重心法。反模糊化方法的选择与隶属度函数形状的选择、推理方法的选择相关MatIab提供五种解模糊化方法：(1)centroid：面积重心法；(2)bisector：面

36、积等分法；(3)mom：最大隶属度平均法；(4)Som最大隶属度取小法；(5)lom：大隶属度取大法；在MatIab中，可通过SetfiS()设置解模糊化方法，通过defuzz()执行反模糊化运算。例如，重心法通过下例程序来实现：X=-IOil:10;mf=trapmf(x,-10,-8,-4,7);xx=defuzz(x,mf,centroid,);在模糊控制中，重心法可通过下例语句来设定：al-setfis(a,DefuzzMethod,centroid,)其中a为模糊规那么库。3.2 模糊控制器的Matlab仿真根据上述步骤，建立二输入单输出模糊控制系统，该系统包括两个局部，即模糊控制器

37、的设计和位置跟踪。1 .模糊控制器的设计模糊规那么表如表4-5所示，控制规那么为49条。误差、误差变化率和控制输入的范围均为。通过运行ShoWnIIe(a),可得到用于描述模糊系统的49条模糊规那么。控制器的响应表如表4-6所示。模糊规那么表模糊规那么表模糊响应表模糊控制器的设计仿真程序见ChaP4_2.m。在仿真时，模糊推理系统可由命令PIotfis(a2)得到。系统的输入输出隶属度函数如图4-7至4-9所示。偏差隶属度函数偏差变化率隶属度函数2 .模糊控制位置跟踪被控对象为首先运行模糊控制器程序ChaP4_2.m,并将模糊控制系统保存在a2之中。然后运行模糊控制的SimUlink仿真程序，

38、位置指令取正弦信号，仿真结果如图4-10所示。模糊控制位置跟踪的Simulink仿真程序见chap43.mdl0模糊控制器设计实例-洗衣机模糊控制以模糊洗衣机的设计为例，其控制是一个开环的决策过程，模糊控制按以下步骤进行。（1）模糊控制器的结构选用单变量二维模糊控制器。控制器的输入为衣物的污泥和油脂，输出为洗涤时间。（2）定义输入输出模糊集将污泥分为三个模糊集：SD（污泥少），MD1污泥中），LD（污泥多），取值范围为0,100O污泥隶属函数将洗涤时间分为三个模糊集：VS（很短），S（短），M（中等），L（长），VL（很长），取值范围为0,60O选用如下隶属函数：洗涤时间隶属函数。4）建立模糊

39、控制规那么根据人的操作经验设计模糊规那么，模糊规那么设计的标准为：“污泥越多，油脂越多，洗涤时间越长”；“污泥适中，油脂适中，洗涤时间适中”；“污泥越少，油脂越少，洗涤时间越短”。（5）建立模糊控制表根据模糊规那么的设计标准，建立模糊规那么表4-7O第*条规那么为：“IF衣物污泥少且没有油脂THEN洗涤时间很短二（6）模糊推理分以下几步进行：规那么匹配。假定当前传感器测得的信息为：，分别带入所属的隶属函数中求隶属度： 规那么触发。由上表可知，被触发的规那么有4条：Rule1：IFyisMDandxisMGTHENzisMRule 2：IF yis MD and xis LG THEN z is

40、 LRule 3：IF y is LD and Xis MG THEN z is LRule 4：IF y is LD and xis LG THEN z is VL 规那么前提推理。在同一条规那么内，前提之间通过“与”的关系得到规那么结论，前提之间通过取小运算，得到每一条规那么总前提的可信度:规那么1前提的可信度为：min (4/5,3/5) =3/5规那么2前提的可信度为:min(4/5,2/5)=2/5规那么3前提的可信度为:min(1/5,3/5)=1/5规那么4前提的可信度为：min(1/5,2/5)=1/5规那么前提可信度将上述两个表进行“与”运算，得到每条规那么总的输出，如表4-

41、10所示表4-10规那么总的可信度模糊系统总的输出模糊系统总的输出为各条规那么推理结果的并，即反模糊化模糊系统总的输出实际上是三个规那么推理结果的并集，需要进行反模糊化，才能得到精确的推理结果。下面以最大平均法为例，进行反模糊化。仿真实例：采用MATLAB中模糊控制工具箱中的模糊命令设计洗衣机模糊控制系统,采用本节的隶属函数，按上述步骤设计模糊系统。取x=60,y=70,反模糊化采用重心法，模糊推理结果为33.6853。利用模糊命令ruleview可实现模糊控制的动态仿真。动态仿真模糊系统如图4T6所示。仿真程序：chap4_6.m动态仿真模糊系统模糊自适应整定PID控制原理1.模糊控制理论和

42、技术根底总结(1)确定模糊控制器的输入变量和输出变量(即控制量)：(2)设计模糊控制器的控制规那么；(3)确立模糊化和非模糊化(又称清晰化)的方法：(4)选择模糊控制器的输入变量及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数(如量化闲子、比例因子等)：(5)编制模糊控制算法的应用；(6)合理选择模糊控制算法的采样时间；精确量与模糊量的相互转换：模糊化算法：将精确量(数字量)转化为模糊量的过程称为模糊化。或称为模糊量化，经计算机计算出的控制变量均为精确量，须经过模糊量化处理,变为模糊量，以便实现模糊控制算法。1、把精确量离散化.如在洗衣机模糊控制器的设计中，把布量的值域之间的变化的连续量分为四个档次：少

43、量、轻、中、重，每一档对应一个模糊集，这样处理使模糊过程简单。否那么，将每一精确量对应一个模糊子集，有无穷多个模糊子集，使模糊化过程复杂化。2、将在某区间的精确量X模糊化成这样的一个模糊子集，它在点X处的隶属度为1,除X点以外其余各点的隶属度均取0。模糊控制器的输出是一个模糊量，这个模糊量不能直接控制被控对象，还需将它转换为一个精确量，这个转换过程称为清晰化,或称为非模糊化，也称其为判决。模糊化二E要有三种算法：1、选择最火隶属度法.选取模糊r集，巾隶属度最大的元素作为控制量，这种方法简单易行，算法适时性好，缺点是只考虑隶属度最大点的控制作用，对于隶属程度较小的点的控制作刚没有考虑，利用的信息

44、量少。2、取中位数法，选取求出模糊f集的隶属函数曲线和横坐标所在区域的面积平分为阳局部的数，作为非模糊化的结塞，这种方法比拟充分地利模糊子集提供的信息繁.计算时要比方法发复杂。3、加权、均判决法这种方法足仿照普通加权平均法的计算公式2.程序设计及实现第四章模糊控制器的程序改计写过程中主要参考了富士通芯片的有关指令集等软硬件资料。第四章模糊控制器的程序设计本程序的编写采用模块化的方式对独立完整的动作和过程等各个模块别调用所需的模块，进行工作。依次定义了洗衣机工作过程中的所有相按照洗衣机的完整的工作流程，依次分当然，在编写过程中还适当的采取了优化程序，参加了电磁兼容措施，尤其是抗干扰问题，参阅了大

45、量材料，请教了该领域号家，取得了比拟满意的效果。程序编写完成后经仿真实验，确定到达相关要求。厅发完成了模糊控制器，在小批试验中，效果非常理想，完全到达了国家标准及技术要求。一、定义芯片的存放器定义存放器：RES625DIRSEGABSORGOOOOHPDRORB1：端口0,数据存放器DDRORB1：端口0,地址存放器PDRlRB1：端口1,数据存放器DDRlRB1：端口1,地址存放器PDR2RB1：端口2,数据存放器BCTRRB1；端口2,外部总线控制存放器;时钟控制模块ORG0008HSTBCRB1：备用控制存放器WDTCRB1：监督定时控制存放器TBTCRB1；时基控制存放器ORGOOOC

46、HPDR3RB1：端口3,数据存放器DDR3RB1；端口3,地址存放器PDR4RB1；端口4,数据存放器：蜂呜器输出模块ORGOOOFHBUZRRB1：蜂呜器存放器ORGOOlOHPDR5RB1：端口5,数据存放器PDR6RB1：端口6,数据存放器；定时器1CNTRRB1；PWM控制存放器COMRRB1；PwM比拟存放器：定时器2PCRlRB1；PWe脉冲宽度控制存放器1PCR2RB1；PWC脉冲宽度控制存放器2RLBRRB1：PWC再装缓冲存放器;定时器3ORG0018HTMCRRB1；16位定时器控制存放器TCHRRB1；16位定时器计数存放器（高）TCLRRB1：16位定时器计数存放器（

47、低）i：8位连续输入/输出存放器ORGOOICHSMRlRB1；模式存放器1SDRIRB1；数据存放器1SMR2RB1：模式存放器2SDR2RB1；数据存放器2:模/数转换器ADClRB1：模/数控制存放器1DC2RB1；模/数控制存放器2ADCDRB1；模/数数据存放器：外部中断模块0RG00241-IEIClRB1；外部中断控制存放器1EIC2RB1；外部中断控制存放器2;中断控制oft（j007CHILRlRB1：中断级别存放器1ILR2RB1：中断级别存放器2ILR3RB1；中断级别存放器3RE$625ENDS二、定义操作按键：操作按键定义，并分别定义了每个按键的循环次数KEYPRO：CMPKl.#00HBNEKYP20JMPKYP1KYP20：CMPKB,拌11111101B；辅助键KYP21：CMPKB,ttlllllOllB；过程键KYP22：CMPKB,群IlllOlUB；温度键KYP23：CMPKB,拌IIOIIl11B；预约键KYP24：CMPKB,撑叭IlIlIIB：程序键KYP25：CMPKB,#1011111IB：启动库撇KYP26：CMPKBo#11111110B；电源键三、定义洗衣机工作过