智能控制课程设计—洗衣机模糊控制器设计解析
全自动洗衣机模糊控制器设计
全自动洗衣机模糊控制器设计1 简介洗衣机自问世以来，经过一个多世纪的发展，现正呈现出全自动、多功能、大容量、高智能、省时节能的发展趋势。
近年来，电子技术、控制技术、信息技术的不断完善、成熟，为上述发展趋势提供了坚强的技术保障。
美国教授查徳（L.A.Zandeh）在1965年首先提出模糊集合的概念，由此打开了模糊数学及其应用的大门。
1974年英国教授马丹尼（E.H.Mamdani）首先将模糊集合理论应用于加热器的控制，创造了模糊控制的基本框架。
1980年，Sugeno 开创了日本的首次模糊控制应用于一家富士电子水净化厂。
1983年他又开始研究模糊机器人。
随着模糊控制技术的不断发展，模糊控制逐渐被应用到日用家电产品的控制，例如电饭锅﹑照相机﹑吸尘器﹑洗衣机等。
模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机是通过模糊推理找出最佳洗涤烘干方案，以优化洗涤烘干时间、洗净程度、烘干效果，最终达到提高效率，简化操作，节水节电省时的效果。
2 模糊洗衣机的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。
实际分析证明:输入与输出之间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作者的经验,用常规的控制方法难以达到理想的效果。
而采用模糊控制技术就能很容易解决问题。
因而采用了模糊控制器设计全自动洗衣机。
在洗涤衣物的过程中,衣物的多少、面料的软硬、衣物的脏污程度等都是模糊量,所以必须经过大量的实验,总结出人为的洗涤方式,从而形成模糊控制规则。
智能控制课程设计—洗衣机模糊控制器设计
VS (m
)
10 10
m
m
S(m
)
1 0
2
5
m
1 5
m 10
洗涤时间
M
(
m
)
1 5
4
0
m
1 5
m 25
B
(m
)
15 60
m
2 0
B
(
m
)
m
40 20
0 m 10
0 m 10 10 m 25
10 m 25 25 m 40
25 m 40 40 m 60
m344841 2
对于衣物量：
B (n)
n 50 25
0.6
B (n)
100 n 25
0.6
得到n1=65,m2=85,采用最大平均法，
可得输出为： n658575 2
即洗涤剂量为 75。
四.MATLAB仿真
4.1 FIS编辑 我们用一个Mamdani型模糊控制器来实现模糊控制，建立一个FIS编辑器界面 ，其中包括两个输入和两个输出，分别为x(脏污程度)、y(衣物量)、m(洗涤时 间)、n(洗涤剂量)，FIS编辑器如图4-1。
图2-3 输出变化曲线
（3）其它检测 水位检测是用一种专门的水位传感器来实现的，水温检测是通过热敏电阻 来实现的。布料检测和负载检测差不多，在实际生活中，对布料检测的精度不 要求很高，方法是一样的，也是比较脉冲的个数，化纤在水里的阻力小，那么 脉冲个数就会大，反之亦然。
三.模糊控制器的设计
3.1 基本结构和控制过程
洗衣机模糊控制器设计
n 小组成员：
一. 产生的背景 二. 模糊洗衣机的结构与检测 三. 模糊控制器的设计 四. MATLAB仿真
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法教学目标：
1.了解模糊控制的基本原理和应用
3.能够运用所学知识对具体问题进行分析和求解
教学内容：
1.模糊控制的基本原理和应用：介绍模糊控制的起源和发展，掌握模糊控制的基本原理和适用范围。
2.洗衣机模糊控制的设计方法：介绍洗衣机模糊控制的结构和特征，讲解模糊控制器的设计方法和步骤，以及如何对洗衣机进行控制。
3.实例分析：选择一种洗衣机，根据其控制要求，进行模糊控制的设计和调试，通过实例分析，让学生掌握模糊控制的具体应用方法和技巧。
教学过程：
1）模糊控制的基本概念和发展历程
3）模糊控制的应用范围
1）洗衣机模糊控制的结构和特征
2）模糊控制器的设计方法和步骤
3）洗衣机控制的实现方法
3.实例分析：
1）选择一种洗衣机进行控制分析
2）根据控制要求，设计洗衣机模糊控制器
3）调试和优化控制器，达到预期效果
教学方法：
1.讲授法
通过讲课的方式，介绍模糊控制的基本原理和应用，洗衣机模糊控制的设计方法和步骤等相关知识点。
2.实践操作法
3.讲解与讨论相结合的教学法
在教学过程中，通过多种方式和形式，包括讲解和讨论等，让学生深入理解模糊控制在洗衣机等领域中的应用过程和技术方法，掌握技能和方法。
教学评估：
通过考试和作业的形式，检验学生对模糊控制原理、洗衣机模糊控制的技术方法以及实例分析的掌握程度。
同时定期开展教学评估和学生反馈，及时总结教学经验，为教学改进提供参考。
基于MATLAB的洗衣机模糊控制设计毕业设计
毕业设计基于MATLAB的洗衣机模糊控制设计摘要模糊控制洗衣机不仅实现了洗衣机的全面自动化，也提高了洗衣的质量，具有很强的实用性和较好的发展前景。
本设计的主要目的是设计一个比较合理的洗衣机模糊控制器，这种采用模糊控制的洗衣机能够通过洗衣桶内水的脏污程度和污渍性质（油污或者泥污）来自动预选水位和洗涤时间，以达到最佳的洗涤效果。
本文主要研究了基于MATLAB的洗衣机模糊控制。
首先介绍了模糊控制的基本原理，明确本设计中所要控制的变量，即水位和洗涤时间。
其次，定义了输入、输出模糊集，结合实际情况定义了隶属函数，然后建立模糊控制规则，给出模糊控制表，进行了模糊推理。
最后采用Simulink对该系统进行仿真，通过仿真曲线可以看出，文中采用的模糊控制方法是正确而有效的。
关键词：模糊控制；模糊集；隶属函数；控制规则；模糊推理AbstractFuzzy control of washing machine does not only achieve a fully automated washing machine, but also improve the quality of laundry; it has a strong practicality and a good development prospect.The main purpose of this design is to design a more reasonable washing machine fuzzy controller, fuzzy control of washing machine can automatically detect the dirty level of laundry bucket and the nature of stain (oil or sediment); it also can automatically pre-selected water level and washing time to achieve the best water quality.This paper mainly studies what based on the MATLAB fuzzy control of washing machines. First, it introduces the basic principles of fuzzy control, clearly the variables of this design to control, those are water level and washing time; Second, define the input and output fuzzy sets, and define the membership function combined the actual conditions, and then create the fuzzy control rules, give the fuzzy control table, then use these to the fuzzy reasoning. Finally, Simulink simulates the system; the simulation curves show that the text used in fuzzy control method is correct and effective.Key words:fuzzy control; fuzzy sets; the membership function; control rules; the fuzzy reasoning目录第1章前言 (1)1.1 选题的目的及意义 (1)1.2 国内外发展情况 (1)1.3 MATLAB简介 (2)1.4 模糊控制简介 (4)1.5 论文的主要内容 (4)第2章模糊控制器原理及设计 (6)2.1 模糊控制原理 (6)2.2 模糊控制系统的分类 (17)2.3 模糊控制器的设计 (18)第3章洗衣机的模糊控制 (21)3.1 洗衣机的时间控制 (21)3.2 洗衣机的水位控制 (28)3.3 本章小结 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录1 (35)附录2 (36)附录3 (37)附录4 (38)附录5 (40)第1章前言1.1 选题的目的及意义随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，为了提高人们的生活效率，全自动洗衣机应运而生。
智能洗衣机模糊控制设计
智能洗衣机模糊控制设计目录第一章前言 (1)1.1概述 (1)1.2.1............................... 智能滚筒式洗衣机的特点21.2.2............................ 智能滚筒式洗衣机的洗涤原理2 第二章设计方案的确定.. (4)2.1洗衣机的技术参数和主要功能 (4)2.1.1......................................... 主要技术参数42.1.2..................................... 洗衣机的主要功能42.2控制系统设计方案 (4)第三章洗衣机的硬件设计 (6)3.1洗衣机的控制功能要求 (6)3.2控制逻辑电路 (6)3.3硬件描述 (7)3.4电子元器件的计算与选型 (8)3.4.1............................................. 时钟电路83.4.2............................................. 复位电路93.4.3............................................. 电源电路93.4.4............................................. 指示电路103.4.5...................... 电机的正反转、进水阀和排水阀电路113.4.6............................................. 显示电路133.4.7......................................... 蜂鸣报警电路14 第四章系统软件设计 (15)4.1洗衣机的控制功能要求 (15)第五章总结 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附录A 控制系统电路图 (21)附录B 洗衣机的控制原理图 (22)附录C 设备材料清单 (23)附录D 软件程序 (24)第一章前言1.1概述随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，智能洗衣机作为将人们从繁复的家务劳动中解放出来的好助手，愈来愈受到消费者的欢迎。
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法1. 引言1.1 研究背景洗衣机作为日常生活中常用的家用电器之一，已经成为人们生活中不可或缺的存在。
在洗衣机的发展过程中，传统的控制方法已经不能满足人们对洗衣机功能和性能的需求。
探讨利用模糊控制技术来提升洗衣机的控制精度和性能具有重要意义。
传统的洗衣机控制方法主要依赖于固定的控制规则和逻辑，对于复杂的洗衣过程往往无法做到精准控制。
而模糊控制技术则是一种基于人类模糊逻辑思维方式的控制方法，可以通过模糊集合和模糊推理来实现对系统的精准控制。
将模糊控制技术应用到洗衣机控制中，有望提高洗衣机的洗涤效果，降低能源消耗，提升用户体验。
在这样的背景下，本研究旨在探讨以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法，通过对洗衣机模糊控制原理的深入研究和实践，为教学案例的设计提供理论支持和实践指导。
希望通过本研究能够促进模糊控制技术在家电领域的应用，提升洗衣机的智能化水平，为人们的生活带来更多便利和舒适。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨如何通过洗衣机模糊控制的教学案例设计方法，提高学生对模糊控制原理的理解和掌握。
通过设计一个具体的案例，让学生在实际操作中体会到模糊控制的应用和优势，激发他们的学习兴趣和思维能力。
本研究旨在为教师提供一种有效的教学方法，帮助学生更好地学习和掌握洗衣机模糊控制技术，促进教学效果的提升和学习成果的达成。
通过研究教学案例设计方法，可以进一步完善模糊控制的教学体系，促进学生的综合素质和实践能力的提升，培养学生的创新精神和工程实践能力，为培养高素质工程技术人才提供有益的教学参考和借鉴。
2. 正文2.1 洗衣机模糊控制原理洗衣机模糊控制是一种应用于洗衣机控制系统中的智能控制方法。
其原理主要包括以下几个方面：1. 模糊控制原理：模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，其核心思想是通过模糊化输入和输出变量，以及一系列模糊规则来实现对系统的控制。
在洗衣机控制中，我们可以通过模糊化洗涤时间、水温、转速等变量，以及一系列模糊规则来实现对洗衣机的控制。
智能控制实验-模糊控制
实验一 洗衣机的模糊控制仿真一、实验目的本实验要求在学生掌握模糊控制器基本工作原理和设计方法基础上，熟悉MALAB 中的模糊控制工具箱，能针对实际问题设计模糊控制器，建立模糊控制系统，训练学生综合运用计算机来解决一些实际问题的能力。
二、实验设备计算机一台、MATLAB 软件三、实验要求设计一个模糊控制器，根据衣物的泥污和油污程度，输出衣物的洗涤时间，通过改变控制参数的大小，观察模糊控制的性能。
四、实验步骤1．确定模糊控制器的结构选用两输入单输出模糊控制器，控制器的输入为衣物的泥污和油污，输出为洗涤时间。
2. 定义输入、输出模糊集 将泥污分为三个模糊集：泥污少SD 、泥污中MD 、泥污大LD ；油污分为三个模糊集：油污少SG 、油污中MG 、油污大LG ；将洗涤时间分为五个模糊集：很短VS 、短S 、中等M 、长L 、很长VL 。
3. 定义隶属度函数选用三角形隶属度函数实现泥污、油污和洗涤时间的模糊化：(50)/50050/50050(100)/505010050100(50)/50x x x x x x x x μμμμ=-⎧≤≤⎪≤≤⎧⎪==⎨⎨-<≤⎩⎪⎪<≤=-⎩SD MD 泥污LD (50)/50050/50050(100)/505010050100(50)/50x x x x x x x x μμμμ=-⎧≤≤⎪≤≤⎧⎪==⎨⎨-<≤⎩⎪⎪<≤=-⎩SG MG 油污LG(50)/50010/50010(100)/501025/501025(100)/5025402540/504060(100)/504060(50)/50x z x z x z x z x z z x z x z x μμμμμμ=-⎧≤≤⎪⎧≤≤⎪=⎨⎪-<≤⎩⎪≤≤⎧⎪==⎨⎨-<≤⎩⎪⎪≤≤⎧⎪=⎨<≤-⎪⎩⎪≤≤=-⎩SG MG MG 洗涤时间MG LG实验结果：实验分析：6.模糊推理因模糊控制规则表对称，所以上图为input1 和input2分别为50时input2和input1与洗涤时间的关系。
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法教学案例设计方法是教学设计的一种方法论，它以实际案例作为教学的载体，通过对案例进行分析、解决问题的思考和讨论，引导学生主动参与，培养学生的问题解决能力和综合应用能力。
本文以洗衣机模糊控制为例，介绍教学案例设计方法的具体步骤。
一、案例选择选择一个与学生生活经验密切相关的问题作为教学案例，例如如何通过洗衣机的模糊控制来提高洗涤效果。
二、案例分析对选定的案例进行分析，确定案例的背景、目标、关键问题等。
洗衣机模糊控制的背景是现代家庭洗涤需求的不断增加，传统控制方法无法满足洗涤效果的要求；目标是通过模糊控制提高洗涤效果；关键问题是如何设计模糊控制系统。
三、案例解决通过教师引导和学生自主探究，解决案例中的问题。
教师可以引导学生通过查阅相关资料、分析市场上洗衣机的工作原理，了解模糊控制的基本原理和工作流程。
学生可以进行小组讨论，分享各自的理解和想法，思考如何设计模糊控制系统来提高洗涤效果。
四、案例讨论通过案例讨论，引导学生深入思考问题，并提出自己的观点和解决方案。
教师可以组织学生开展小组讨论，让学生就不同的模糊控制方法展开辩论，比较各种方法的优缺点，并通过讨论找出最佳方案。
五、案例总结对案例进行总结，总结案例的解决思路和方法。
教师可以对学生的讨论结果进行总结，并引导学生回顾整个案例解决过程，总结模糊控制的设计原则和技巧，并强调问题解决思路和方法的重要性。
六、案例评价对案例教学进行评价，包括学生的学习效果和参与度，教师的指导效果等。
可以通过问卷调查、学生表现、学生自评等方式进行评价。
通过以上步骤，教师可以通过实际案例来引导学生探究和解决问题，培养学生的问题解决能力、综合应用能力和团队合作能力。
教师还可以根据学生的反馈和评价，及时调整教学策略，提高教学效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
小组成员：
一. 产生的背景 二. 模糊洗衣机的结构与检测 三. 模糊控制器的设计 四. MATLAB仿真
一.产生的背景
1、普通的洗衣机虽然省力、省时，但是对于不同的衣物，放多少洗衣粉 和多少水？一般人们是按照经验来确定的。至于洗的干净与否，是等 到洗衣结束确定的。
2、模糊洗衣机是一种智能型的洗衣机，它和传统的洗衣机相比，是一种 全新的家用电器。传统的全自动化洗衣机有两种，一种是机械控制式 ，一种是单片机控制式。无论采用什么方式，它们都需要进行人为的 洗涤程序选择，衣质和衣量选择，然后才能投入工作．在本质上讲， 这种洗衣机还称不上是全自动的，最多只能称为半自动的。
（3-1）
（2）衣物量:多(B)、中(M)；少(S);隶属度函数如下
S
(
y)
10 10
y
y
衣物量
M
( y)
10
20
y
10
B ( y)
x 10 10
0 y 10
0 y 10 10 y 20
10 y 20
（3-2）
（3）洗涤时间:很长(VB)、长(B)、中(M);短(S)、很短(VS);隶属度函数如下
（2）污浊度检测 被洗涤衣物的污浊度检测是通过水的透光率检测来间接实现的。而水的透
光率是用光电传感器器来实现的。它被安排在排水管出口，发光二极管和光敏 管分别对应安装在管的两边，发光二极管发出的光经聚焦后，透过水被光敏管 接收，接收的强度就反映水的透明度，这是一种间接反映衣物脏污的方法。输 出变化见图2-3。
图3-2 一维模糊控制
二维模糊控制器如图3-3所示，在控制效果上要比一阶控制器好的多，也 是目前采用比较广泛的一类模糊控制器。
三维模糊控制器如图3-4，由于结构比较复杂，推理运算时间比较长，因 此除非对动态特性的要求比较高的场合，一般较少使用三维的控制器。 模糊控制器系统可以有很多维，要知道所选用的模糊控制器维数越高，其控 制精度就会越高，但是维数越高，模糊控制规律就过于复杂，因此在这里我 们选择二维控制器。
图2-1 模糊控制洗衣机的结构
2.2 检测 （1）负载检测
它主要用来检测所洗衣物的质量，从而决定水位以及洗涤时间等。可以用 不同的方法实现。最容易想到的方法是用静态的压力传感器来直接测量，但从 成本和结构来讲，并不适用。这里用一种动态间接测量方法，即通过检测电动 机的负载来实现。电动机的负载可以用正常运转时的驱动电流来计算，也可用
模糊控制 洗
水温
涤
衣物量
模
时
糊
间
推
理
洗
涤
剂
脏污程度
量
图3-1 模糊洗衣机控制结构
3.2模糊控制器的选择 在确定性控制系统中，根据输入变量和输出变量的个数，可以分为单变量控 制系统和多变量控制系统。在模糊控制系统中也可以类似地划分单变量模糊控 制和多变量模糊控制。 单变量控制系统中，将输入变量的个数定义为模糊控制的维数，如图3-2所 示这是一种一维模糊控制，往往用于一阶被控对象。
图1-2 水温和洗净力之间的曲线
二.模糊洗衣机的结构与检测
2.1 结构 图2-1是模糊控制洗衣机的结构，它是由洗涤缸、电动机、搅拌轮、给水阀
、排水阀和各种传感器组成。 对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断检测相关的状态，以作为控制
依据，下面介绍在模糊控制洗衣机中所用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、水温传感器和光电传感器等。
3、基于上述不便，模糊控制洗衣机是在神经网络智能控制下，模仿人的 思维进行判断操作的一种新型的智能洗衣机，普通微电脑洗衣机采用 的是量化的固定程序，一经设定，便不能更改；而模糊控制洗衣机可 以在一定程度上随时变化，因而具有人工智能。
图1-1 模糊控制洗衣机应用实物
衣物的质料一般分为棉质和化纤的，棉质的更难洗；在这些因素中影响 最大的还是水温，在一定范围内，水温越高洗涤效果越好。图2-1是水温和 洗净力之间的曲线，水温不能太高，否则高温会把衣物上的蛋白质凝固，从 而影响洗涤效果。
图3-3二维模糊控制器
图3-4三维模糊控制器
3.3 定义模糊集合以及论域 在这里我们选取两个输入量：脏污程度（污浊度）、衣物量（负载） 两个输出量：洗涤时间、洗涤剂量
（1）输入量（2级） 脏污程度：很脏、脏、不太脏；取值范围定为[0 100]; 衣物量：少、中、多;取值范围定为[0 20]。
（2）输出量（2级） 洗涤时间：很短、短、中、长、很长；取值范围定为[0 60]； 洗涤剂量：很少、少、中、长、很多；取值范围定为[0 100]。
图3-1是模糊洗衣机控制结构，它利用负载、布料、水温以及衣物的脏污程
度等检测得到的信息，进行分段评估计算，使其模糊化，再根据模糊规则进行
推理，最后根据规则进行解模糊判决，以决定最适当的水流、水位、洗涤时间
、洗涤剂量等。一个模糊控制系统是由输入量、模糊推理规则、输出量组成。
温度传 感器
负载传 感器
光电传 感器
3.3 定义隶属度函数 为方便起见所有的变量都采用三角形隶属度函数（trimf）
（1）脏污程度:很脏(B)、脏(M)；不太脏(S);隶属度函数如下
S
(x)
50 50
x
x
脏污
M
(x)
50 100
x
50
B
(
x)
x
50 50
0 x 50
0 x 50 50 x 100
50 x 100
VS
(m)
10 10
m
m
S
(m)
1205
m
15
m 10
洗涤时间
MHale Waihona Puke (m)15 40
图2-3 输出变化曲线
（3）其它检测 水位检测是用一种专门的水位传感器来实现的，水温检测是通过热敏电阻
来实现的。布料检测和负载检测差不多，在实际生活中，对布料检测的精度不 要求很高，方法是一样的，也是比较脉冲的个数，化纤在水里的阻力小，那么 脉冲个数就会大，反之亦然。
三.模糊控制器的设计
3.1 基本结构和控制过程
电动机断电后的反电动势的大小及波形来计算。
下面以计量断电后反电动势为例当洗衣机内衣物少时，搅拌轮停止的慢； 而当衣物多时，电动机很快就停止。根据电动机两端产生感应电动势的时间， 就可以测量衣物的多少将反向电压，经过波形处理，通过脉冲个数即可确定衣 物量。脉冲与衣物量的关系曲线如图2-2。
图2-2 脉冲与衣物量的关系曲线