基于模糊控制智能洗衣机
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1.绪论1.1洗衣机的介绍洗衣机目前作为一种在家庭中必不可少的家用用电器,发展的十分迅猛,备受使用者青睐的莫过于智能型模糊洗衣机,它能自动判断洗涤物的质地和重量,自动选择最佳洗涤程序,自动完成进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列的过程。
1.11洗衣机的发展背景不管是在以前还是现在,衣服的洗涤都是不可避免的,洗衣机问世以前,它还是一项体力活,需要反复的手搓、敲打、清洗,冬天的时候洗衣服就更受罪了,有条件的可以加点热水,但是马上就冷了,还是只得在冰冷的水中搓洗衣服,总之给人的感觉就是一点都不轻松。
1958年,一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。
1874年,同样也是一个美国人叫比尔·布莱克斯,发明了世界上第一台由人工搅拌的洗衣机,随后,“手洗时代”受到挑战。
1911年,还是聪明的美国人,又发现了世界上第一台电动洗衣机。
1920年,洗衣机的材质开始发现变化,美国的玛伊塔格公司将其木制桶改成铝制,第二年又改变了它的结构,有单层改为外层铝、内层铜的双层结构。
1936年,他们又将洗衣机的筒体改为搪瓷。
与此同时,洗衣机开始在世界各地相继问世。
这时出现喷流式和滚筒式两种洗衣机。
1932年后,一家美国公司成功研制了第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水全部在一个滚筒内自动完成,洗衣机的发展进入了一个崭新的时代。
这种滚筒洗衣机,很快在欧洲和美洲得到广泛应用。
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种“前置”式自动洗衣机。
靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。
衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚,使之去污除垢。
到了40年代便出现了现代的“上置”式自动洗衣机。
随着工业化的加速,世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。
首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机,它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流,使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚,洗净衣物。
1955年,在引进英国喷流式洗衣机的基础之上,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
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。
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。
基于MATLAB的洗衣机模糊控制设计MATLAB是一种功能强大的数学软件,可以用于模糊控制设计。
在本文中,我们将介绍如何使用MATLAB来设计一个基于模糊控制的洗衣机控制系统。
首先,我们需要定义洗衣机模糊控制系统的输入和输出变量。
在一个简单的洗衣机系统中,输入变量可以是衣物的脏度和水位,而输出变量可以是洗衣机的清洗时间和水温。
接下来,我们需要建立一个模糊控制器模型。
模糊控制器是一个基于模糊逻辑的控制器,能够处理模糊输入和输出变量。
在MATLAB中,我们可以使用Fuzzy Logic Toolbox来建立一个模糊控制器模型。
我们首先需要定义模糊输入变量的隶属函数。
在这个例子中,我们可以定义脏度变量的隶属函数为"低","中"和"高",水位变量的隶属函数为"低","中"和"高"。
然后,我们需要定义模糊输出变量的隶属函数。
在这个例子中,我们可以定义清洗时间变量的隶属函数为"短","适中"和"长",水温变量的隶属函数为"低","中"和"高"。
接下来,我们需要定义输入和输出变量之间的模糊规则。
在这个例子中,我们可以定义以下规则:规则1:如果脏度是低和水位是低,那么清洗时间是短和水温是低。
规则2:如果脏度是低和水位是中,那么清洗时间是适中和水温是中。
规则3:如果脏度是低和水位是高,那么清洗时间是长和水温是中。
规则4:如果脏度是中和水位是低,那么清洗时间是适中和水温是中。
规则5:如果脏度是中和水位是中,那么清洗时间是适中和水温是中。
规则6:如果脏度是中和水位是高,那么清洗时间是长和水温是高。
规则7:如果脏度是高和水位是低,那么清洗时间是长和水温是中。
规则8:如果脏度是高和水位是中,那么清洗时间是长和水温是高。
摘要基于模糊控制的全自动洗衣机自动控制系统, 所有的电路都是在单片机的控制下工作的,而本设计中采用以单片机C8051F为核心结合接口芯片及外围电路以实现洗衣机的智能控制。
其中模糊控制器的设计是关键环节,采用传感器检测洗衣过程必需的物理量,进入模糊控制器,通过模糊推理,实现对洗衣机自动识别衣质、衣量,自动识别肮脏程度,自动决定水量,自动投入恰当的洗涤剂等功能的控制。
本设计在洗涤过程中采用了实时模糊控制,提高洗衣质量,节约能源。
硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成部分,在整个控制过程中,模糊控制软件起了决定性的作用。
关键词:模糊控制;单片机;全自动洗衣机AbstractBased on fuzzy control completely automatic washer automatic control system, All electric circuits are worked under the monolithic integrated circuit control, at present, usually uses monolithic integrated circuit is Motorola Corporation's MC6805 series , but in this design ,it used Intel Corporation’s 8031 to take the control core, 8031 realizes the washer intelligent control, take the monolithic integrated circuit as the core unioning connection chip and the peri phery electric circuit. Fuzzy controller’s design is the essential link. It uses the sensor to examine the essential physical quantity of the wash clothes process, they enter the fuzzy controller, through the fuzzy reasoning, realizes of the washer automatic diagnosing clothes nature, the clothes quantity, the automatic diagnosing dirty degree, automatically deciding the water volume, function , automatic investing appropriate detergent, and so on. In this design , the process of washing uses the real-time fuzzy control, enhanced the quality of washing clothes ,Saves the energy. The hardware architecture diagram and the software flow chart are the important constituent of this system , In entire controlled process, Fuzzily controlled software plays the decisive role.Keywords:fuzzy control; single-chip; full-automatic washer1 绪论1.1 课题简介洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐, 全自动即进水、洗涤、漂洗、脱水等一系列过程自动完成。
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法【摘要】本文以洗衣机模糊控制为例,探讨教学案例设计方法。
在介绍洗衣机模糊控制原理的基础上,详细阐述了教学案例设计步骤,包括确定教学目标、确定教学内容和案例、设计教学方法、设计实践环节以及评价教学效果。
通过这些步骤,教师能够有效地设计出符合教学要求的案例,并提高学生的学习效果。
在总结了教学案例设计方法的重要性,并展望了未来研究的方向。
本文将为教师提供一种有效的教学设计思路,帮助他们更好地进行课堂教学,提升教学质量。
【关键词】洗衣机、模糊控制、教学案例设计、教学目标、教学方法、实践环节、评价教学效果、教学案例设计方法、未来研究方向1. 引言1.1 研究背景对于洗衣机的控制,传统的PID控制调节常常需要根据具体的洗涤需求进行调整,用户体验欠佳。
而模糊控制则可以根据具体的洗涤程度和物料种类等因素,自动调整控制参数,使得洗衣过程更加智能和精准。
研究洗衣机模糊控制的教学案例设计方法具有重要意义,可以帮助学生深入了解模糊控制的原理和应用,在实践中提升他们的实际操作能力和创新能力。
1.2 研究目的洗衣机是我们日常生活中常用的家电之一,其控制系统的设计对于洗衣机的性能和效果至关重要。
本研究的目的在于通过以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法,探讨如何有效地进行教学,帮助学生更好地理解模糊控制原理和应用。
具体目的包括:一、深入分析洗衣机模糊控制原理,提高学生对模糊控制理论的理解;二、通过设计实践环节,让学生运用所学知识解决实际问题,提高他们的实践能力;三、通过评价教学效果,及时发现问题并加以改进,提高教学质量;四、总结教学案例设计方法,为今后类似教学活动提供借鉴和参考;五、展望未来研究方向,拓展模糊控制在洗衣机等家电控制领域的应用,推动相关研究的发展。
通过本研究,旨在提高教学效果,增强学生的学习动力,促进模糊控制理论的传播和应用。
2. 正文2.1 洗衣机模糊控制原理介绍洗衣机模糊控制原理是将模糊逻辑应用于洗衣机控制系统中,以实现更精确和稳定的洗涤效果。
目录一、研究背景 (2)二、洗衣机发展历史 (2)三、各国对模糊洗衣机的研究 (3)四、模糊理论简述 (4)五、模糊洗衣机介绍 (5)1、基本原理及结构 (6)2、模糊洗衣机的模糊推理 (6)3、检测 (10)(1)负载检测 (10)(2)浑浊度的检测 (11)(3)布量和布质的检测 (13)(4)水温检测 (14)(5)水位检测 (15)六、总结 (15)参考文献 (16)基于模糊控制的智能洗衣机一、研究背景洗衣机是通过利用电能转化为机械能来洗涤衣物的电器设备,其主要组成部分有箱体、洗涤脱水桶、传动和控制系统等,有的还装有加热装置。
通常我们讲的洗衣机是指以水为主要清洗液体,区别于使用特定的清洗液体或有专人清洗的干洗。
洗衣机的发明,把人们从诸如手搓、棒打等重复而又令人疲劳的简单劳动中解放出来,清洗衣物的效率大大提高,继而提高了人们的生活质量。
伴随着科学技术的不断向前发展,人们对洗衣机的制造水平和性能要求指标也日益提升,基于模糊控制的智能洗衣机便是顺应时代发展的科技产物之一。
二、洗衣机发展历史1858年,美国的汉密尔顿·史密斯在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机,标志着用机器洗衣的开端。
次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机。
1874年,美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
1880年,美国又出现了蒸气洗衣机,蒸气动力开始取代人力。
随后,水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
1910年,美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机,电动洗衣机的问世,标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年,美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构,把拖动式改为搅拌式,使洗衣机的结构固定下来,这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
1932年,美国本德克斯航空公司宣布,他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
1955年,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
以洗衣机模糊控制为例的教学案例设计方法1. 引言1.1 介绍洗衣机模糊控制案例设计的背景洗衣机模糊控制是指利用模糊逻辑控制方法来实现洗衣机的控制系统,以实现更精确和高效的洗涤过程。
随着科技的不断发展,洗衣机模糊控制技术在工程领域的应用日益广泛,成为一个备受关注的研究领域。
洗衣机模糊控制案例设计的背景源于工程技术领域对模糊控制理论的探索和应用。
传统的洗衣机控制方法往往存在着精度不高、响应速度慢等问题,而模糊控制技术恰好能够很好地解决这些问题。
因此,设计一个基于模糊控制原理的洗衣机控制系统可以提高洗衣机的智能化水平,提升用户体验。
通过深入研究洗衣机模糊控制案例设计,可以帮助工程学生更好地理解模糊控制理论,并将其应用到实际工程中。
教学案例设计不仅可以加强学生的理论知识,还可以培养学生的实际操作能力和创新思维,为他们未来的工程实践打下坚实的基础。
1.2 说明教学案例设计的重要性和目的教学案例设计在工程教育中具有重要意义和作用。
通过设计真实案例,可以帮助学生将理论知识与实践应用相结合,提升他们的解决问题的能力和实践能力。
案例设计可以让学生在实际操作中体会到知识的实用性,培养他们的创新精神和团队合作能力。
教学案例设计也可以激发学生学习的兴趣,提升他们的学习动力和自主学习能力。
2. 正文2.1 介绍洗衣机模糊控制原理和技术洗衣机模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的控制方法,旨在处理系统具有模糊性、不确定性和复杂性的特点。
在传统的控制方法中,通常需要建立系统的精确数学模型,但对于某些复杂系统来说,这是一项艰巨的任务。
而模糊控制则不需要系统的精确数学模型,而是基于专家经验和模糊规则进行控制,使得系统更容易实现控制。
洗衣机模糊控制的原理是将洗衣机的控制系统分为模糊化、模糊推理和去模糊化三个步骤。
首先,通过传感器获取洗衣机的运行状态数据,然后将这些数据转化为模糊概念,如“脏”、“湿”、“轻度污渍”等。
接着,利用模糊规则库进行模糊推理,根据模糊规则库和模糊概念之间的关系,确定洗衣机的控制策略。
1课题背景及意义现代洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。
洗衣机主要由箱体、洗涤脱水桶、传动和控制系统等组成,有的还装有加热装置。
洗衣机一般专指使用水作为主要的清洗液体,有别于使用特制清洁溶液及通常由专人负责的干洗。
洗衣机的出现,将人们从诸如手搓、棒打等重复而又令人疲劳的简单劳动中解放出来,提高了清洗衣物的工作效率,继而提高了人们的生活质量。
随着科学技术的不断进步,人们对洗衣机的制造水平和性能指标也日益提升,基于模糊控制的智能洗衣机便是顺应时代发展的科技产物之一。
回顾洗衣机的发展史,1858年,一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机,标志着用机器洗衣的开端。
次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战,美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
1880年,美国又出现了蒸气洗衣机,蒸气动力开始取代人力。
蒸汽洗衣机之后,水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
1910年,美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。
电动洗衣机的问世,标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年,美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构,把拖动式改为搅拌式,使洗衣机的结构固定下来,这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
1932年,美国本德克斯航空公司宣布,他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种"前置"式自动洗衣机。
1955年,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机,人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年代,生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年代后期,以电脑(实际上微处理器)控制的全自动洗衣机在日本问世,开创了洗衣机发展史的新阶段。
1974年英国学者E.H.Mamdani首次把模糊集合理论成功地应用在锅炉和蒸汽机的控制之中,在自动控制领域中首开模糊控制在实际工程上应用之先河[1]。
基于MATLAB的洗衣机模型模糊设计控制一、问题描述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。
洗衣机的技术发展日新月异,产品类型众多,但是从总体来看,人们对洗衣机的基本要求应该是:省时、省电、省水、磨损率小、操作方便、功能完善等。
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。
本设计就是围绕着智能洗衣机进行研究。
本课题的主要目的就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自动检测洗衣桶内水的脏污程度和污渍性质(油污或者泥污);能自动预选洗涤时间,并适时调整这些运行参数,以达到最佳的洗涤效果。
二、解决方案本课题的主要是通过模糊控制来对洗衣机进行控制,通过MATLAB对其仿真。
课题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自动检测洗衣桶内水的脏污程度和污渍性质(油污或者泥污);能自动预选水位和洗涤时间,并能够进行整个洗涤过程中实施监控,并适时调整这些运行参数,以达到最佳的洗涤效果。
模糊控制器的组成框图如图1所示图1三、实现步骤本设计选用两输入单输出模糊控制器。
控制器的输入为衣物的污泥和油脂,输出为洗涤时间。
将污泥分为3个模糊集:SD(污泥少),MD (污泥中),LD (污泥多);将油脂分为3个模糊集:NG (油脂少),MG (油脂中),LG (油脂多);将输出的洗涤时间分为5个模糊集:VS (很短),S (短),M (中等),L (长),VL (很长)。
1、定义隶属函数污泥含量选用如下隶属函数:()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=⎩⎨⎧-=-==50/5050/10050/50/50x x x x x x x μLDMD SD μμμ污泥1005010050500500≤<≤<≤≤≤≤x x x x采用三角隶属函数可实现污泥的模糊化采用Matlab 仿真,如图2所示。
--1课题背景及意义现代洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。
洗衣机主要由箱体、洗涤脱水桶、传动和控制系统等组成,有的还装有加热装置。
洗衣机一般专指使用水作为主要的清洗液体,有别于使用特制清洁溶液及通常由专人负责的干洗。
洗衣机的出现,将人们从诸如手搓、棒打等重复而又令人疲劳的简单劳动中解放出来,提高了清洗衣物的工作效率,继而提高了人们的生活质量。
随着科学技术的不断进步,人们对洗衣机的制造水平和性能指标也日益提升,基于模糊控制的智能洗衣机便是顺应时代发展的科技产物之一。
回顾洗衣机的发展史,1858年,一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机,标志着用机器洗衣的开端。
次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战,美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
1880年,美国又出现了蒸气洗衣机,蒸气动力开始取代人力。
蒸汽洗衣机之后,水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
1910年,美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。
电动洗衣机的问世,标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年,美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构,把拖动式改为搅拌式,使洗衣机的结构固定下来,这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
1932年,美国本德克斯航空公司宣布,他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种"前置"式自动洗衣机。
1955年,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机,人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年代,生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年代后期,以电脑(实际上微处理器)控制的全自动洗衣机在日本问世,开创了洗衣机发展史的新阶段。
1974年英国学者E.H.Mamdani首次把模糊集合理论成功地应用在锅炉和蒸汽机的控制之中,在自动控制领域中首开模糊控制在实际工程上应用之先河[1]。
到了80年代,以模糊控制和神经网络为代表的智能控制技术广泛地运用到洗衣机的制造过程中。
90年代初,模糊家电风靡日本,给日本企业带来了巨大的商业利润,同时也推动欧美和其它国家,进一步促进了模糊技术的发展[2]。
上个世纪80年代末期到90年代中期先后提出了模糊近似推理、模糊自适应控制、模糊神经元网络和模糊自适应推理系统等。
给模糊技术的应用注入了新的活力,----开辟了十分诱人的光明前景。
1990年日本松下电器首先设计生产了模糊洗衣机,这是世界上第一个应用模糊控制器的消费产品[3]。
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统。
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,借助微电脑对这些信息按照模糊规则转换为控制量,来完成自动控制。
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,具有很强的实用性和较好的发展前景[4]。
模糊控制洗衣机俗称“傻瓜”洗衣机,是在模糊智能控制下,模仿人的思维进行判断操作的一种新型全自动洗衣机。
模糊控制洗衣机是通过传感器来进行信息量的获取,并将收集到的信息量送到微电脑,经微电脑综合判定后,按照洗涤物的重量、质地选择适当的水位、洗涤时间、洗涤动作等工作参数,执行最佳的洗涤程序。
使用时,操作者只需轻轻地按一下洗衣机的“启动”键,洗衣机便可自动完成洗涤的全过程。
模糊控制洗衣机采用的传感器有以下几种:水位传感器-可以根据洗涤物的多少自动感知、设定并自动控制水位。
布质传感器-可以根据衣物的质地、重量和脏污程度,自动采用洗涤方式。
水温传感器-可以根据环境温度和水温,自动控制洗涤时间。
光电传感器-可以根据洗涤水在洗涤过程中的透光率决定衣物的脏污程度,自动选择最佳的洗衣程序。
模糊控制洗衣机是在普通微电脑洗衣机的基础上发展起来的,它与普通微电脑洗衣机的不同点主要是控制程序和控制精度存在一定的区别。
普通微电脑控制洗衣机采用的是量化固定程序,一经设定,便不能改变;而模糊控制洗衣机则是应用模糊控制器代替人脑来“分析、判断”,其工作程序可以在一定程度上随时变化,其控制精度比普通微电脑洗衣机更高、更适用[5]。
传统洗衣机依赖于人们对被洗涤衣物的多少、衣料、以及衣物的脏污程度的判断,并根据判断来确定洗涤衣物的时间和方式.如果洗衣机操作人员的经验不足,不能掌握其正确的操作方法,就可能造成一些资源的浪费或达不到洗涤干净的目的.随着人民生活水平的提高,人们希望可以省去一些人工操作,即只需把衣物放进洗衣机,按下启动开关,剩下的工作就交给洗衣机去完成.全自动洗衣机能够完成除开启电源、放取衣物之外的全部功能,并保证高质量的洗涤效果.模糊控制器是利用人工操作的经验,通过合成关系,把输入的模糊量与关系----矩阵合成,推理得出控制量,因此不必建立精确的数学模型.而且实现起来简单可靠、控制过程与人的思维方式一致,正好满足了洗衣机实现全自动功能的需要[6]。
以上所提到的几点这便是模糊控制应用于洗衣机的主要意义。
2模糊控制洗衣机的研究现状2.1 国内模糊控制洗衣机的研究现状我国古代伟大的哲学家和思想家老子曰“精确兮,模糊所伏;模糊兮,精确所依。
”模糊数学不是将数学变得模模糊糊,而是用数学的方法去描述客观世界中的模糊现象,揭示其本质和规律。
模糊数学在经典数学和充满模糊性的现实世界之间架起一座桥梁。
我国在模糊理论领域的研究处于世界先进水平,先后出版了几十本有关模糊领域的著作。
在工程技术应用方面较为薄弱,已经提出了连续监控系统设计方法和便于工程应用的模糊集成控制方法。
上世纪90年代后期开始出现了模糊家电控制[7]。
国内有关模糊洗衣机研究和制造的主要企业有以下几家:金羚集团有限公司是一家大型家电企业集团、国家大型一档企业、广东省83家重点发展的企业集团之一。
1994年,独力承担完成国家“八五”重点技术开发项目《模糊控制技术在洗衣机上的应用》,研制出中国第一台有自主知识产权的模糊控制全自动洗衣机,获1999年国家科技进步三等奖。
目前金羚洗衣机已通过了7300次无故障运行试验及UL认证。
该公司在国内洗衣机技术创新方面始终处于先进行列。
海尔作为国际知名白电企业,在洗衣机的销量上一直处于前三甲。
例如XQB60-M918许多应用模糊控制技术的经典机型在国内外持续畅销。
如今海尔全自动洗衣机几乎全部采用了智能模糊功能,可对衣物重量与材质对洗衣程序进行模糊控制,以确定水位的高低、时间的长短,自动选择最佳洗衣程序,在精确洗衣的同时,做到了更加省时省电。
创业于1968年的美的集团,也是一家以家电业为主,涉足物流等领域的大型综合性现代化企业集团。
其旗下的众多洗衣机品牌也同样受到了国内外的使用者的一致好评。
美的洗衣机一般外观都很时尚,功能上也比较新潮,近期美的----推出幻银系列、逸尚系列波轮洗衣机以及例如MB6001等一系列经典机型,都有智能化的洗涤控制系统,能感知衣服的洗净情况,自动调整洗涤时间,同时还有银离子杀菌功能,非常人性化。
诸如荣事达、小天鹅(已被美的收购)等国内著名洗衣机品牌在将模糊控制技术应用于产品研发的过程中都取得了成功,该项技术已经相对成熟。
在学术领域,国内对于模糊洗衣机的研究也有着丰富的成果。
1996年06月路立平在郑州轻工业学院学报上发表的《模糊控制洗衣机混浊度模型及检测》一文中提到,为实现洗衣过程的模糊控制,需要确立洗涤液混浊度的模型及可行的检测方法。
以朗伯定律为基础,提出了基于光电检测法的洗衣机洗涤液混浊度的定义和检测方法;在分析了混浊度检测中可能存在的误差和噪声干扰因素后,又提出了能消除误差的相对混浊度模型。
最后提出了以脉冲驱动、隔直流传输滤除检测系统中的噪声干扰[8]。
2005年06月余剑生在广东技术学院学报上发表的《基于模糊控制的智能洗衣机的设计》一文中,将模糊控制技术应用于全自动洗衣机的控制,给出以PIC16C74为控制器的硬件框图、布量检测电路及模糊控制原理。
传感器检测模块共有6个检测电路,它们分别是衣量检测电路、水位检测电路、温度检测电路、水清度检测电路、电源检测电路、盖控检测电路。
输出控制电路由触发电路和相应的双向晶闸管组成,控制电路共4路。
由双向晶闸管控制主电机的正反转,进水电磁阀控制进水,排水电磁阀控制排水。
模糊控制器主要有衣量、水温、脏污程度三个输入量。
应用结果表明,采用模糊控制技术的智能洗衣机在洗涤效果和节能等方面优于传统洗衣机[9]。
2007年01月刘素芳在山西电子技术学报上发表的《基于模糊控制的洗衣机水位控制的仿真》一文中,在简要介绍MATLAB软件的基础上,结合其模糊逻辑工具箱,介绍了如何利用MATLAB构建洗衣机中有关水位控制系统的仿真模型,叙述了利用模糊逻辑控制模块,引用阀门模块和自建的水箱模块来控制系统仿真过程,并给出了仿真结果和过程参量变化。
通过应用MATLAB建立验证模糊洗衣机中水位控制系统,以及对该系统调试和仿真,可以看出该方法既方便、直观,又节约时间,而且可以实现最佳控制效果[10]。
2009年05月刘贺在重庆工学院学报(自然科学)上发表的《全自动洗衣机的模糊控制分析》一文中,对全自动洗衣机的模糊控制进行了分析,详细介绍----了如何定义洗衣机的模糊控制输入、输出量.根据专家知识和手动操作人员长期积累的经验,给出了模糊控制的具体规则。
以确定洗衣机洗涤时间为例,利用Matlab进行了仿真研究,采用取小运算对模糊规则进行推理,并采用最大平均法得到反模糊化结果,所得结果与理论计算结果接近相同[11]。
2.2国外模糊控制洗衣机的研究现状在日本,1990年被称为“模糊”元年。
这是因为大多数的家电产品制造商致力于开发诸如洗衣机、吸尘器、摄像机等“模糊”家电产品,且使其大量投入市场,所以“模糊”作为一个新词而十分流行。
1990年2月,日本松下电器公司推出带模糊控制的全自动洗衣机,取名为:“爱妻号”,这是在世界上家用电器行业中运用模糊理论生产出来的第一种家电产品。
日立公司也不甘示弱,同年4月亦推出运用模糊理论的新型全自动洗衣机。
不久,三洋电气公司也宣布推出了模糊全自动洗衣机。
可以说,模糊洗衣机技术起源于日本,而且日本的洗衣机行业处于世界领先地位。
德国的西门子作为行业发展领先者,一直是优良品质、时尚设计和可靠性能的代名词,在秉承延续自身品牌形传统优点的同时,西门子全自动洗衣机更以简捷直观的操作系统,强大丰富的功能系统向用户诠释了西门子简约实用的设计理念。