模糊控制的设计步骤

基于MATLAB的洗衣机模糊控制设计

摘 要：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。

用单片机控制的模糊洗衣机和传统的洗衣机有很大的区别，它能自动化识别衣质、衣量、自动识别肮脏程度、自动化决定水量、自动投入恰当的洗涤剂，从而全部自动地完成整个洗染过程。由于洗涤程序是通过模糊推理而决定的，有着极高的洗涤效能，从而不但大大提高洗衣机的全自动化程度，也大大提高了洗衣的质量。

用单片机控制的模糊洗衣机可以说是真正的全自动洗衣机。在整个控制过程中，单片机和模糊控制软件起了决定作用。

关键词：洗衣机、智能型、模糊控制、自动化

1 课题背景及意义

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。L·A·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。模糊控制全自动滚筒洗衣干衣机属于创新项目，填补国内空白，达到国际先进水平。它的研制成功，必将大大推动我国乃至世界洗衣机行业的发展。 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基础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则，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则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。

内部控制的设计步骤

设计内部控制的步骤，主要是确定控制目标，整合控制流程，鉴别控制环节，确定控制措施，最终以流程图或调查表的形成加以体现。

1.控制目标 控制目标，既是管理经济活动的基本要求，又是实施内部控制的最终目的，也是评价内部控制的最高标准。在实际工作中，管理人员和审计人员总是根据控制目标，建立和评价内部控制系统。因此，设计内部控制，首先应该根据经济活动的内容特点和管理要求提炼内部控制目标，然后据以选择具有相应功能的内部控制要素，组成该控制系统。 我们将内部控制的基本目标概括为六项：

（1）维护财产物资的完整性。 （2）保证会计信息的准确性。 （3）保证财务活动的合法性。 （4）保证经营决策的贯彻执行。 （5）保证生产经营活动的经济性、效率性和效果性。 （6）保证国家法律法规的遵守执行。 需要指出的是，以上六项目标均为基本目标或一般目标。在每项基本控制目标下，还可细化为若干具体控制目标。例如，第二项基本目标“保证会计信息的准确性”，即可分解为：（1）保证会计凭证的准确性；（2）保证会计账簿的准确性；（3）保证会计报表的准确性等几项具体目标。而第（1）项具体控制目标“保证会计凭证的准确性”，又可进一步分解为保证会计原始凭证的准确性、保证会计记账凭证的准确性，第（2）（3）项具体控制目标同样也可分解为若干更具体的控制目标。

2.整合控制流程 控制流程，是依次贯穿于某项业务活动始终的基本控制步骤及相应环节。控制流程，通常同业务流程相吻合，主要由控制点组成。当企业的业务流程存在控制缺陷时，则需要根据控制目标和控制原则加以整合。

3.鉴别控制环节 实现控制目标，主要是控制容易发生偏差的业务环节。这些可能发生错弊因而需要控制的业务环节，通常称为控制环节或控制点。控制点按其发挥作用的程度而论，可以分为关键控制点和一般控制点。那些在业务处理过程中发挥作用最大，影响范围最广，甚至决定全局成效的控制点，对于保证整个业务活动的控制目标具有至关重要的影响，即为关键控制点；相比之下，那些只能发挥局部作用，影响特定范围的控制点，则力一般控制点。如材料采购业务中的“验收”控制点，对于保证材料采购业务的完整性、实物安全性等控制目标都起着重要的保障作用，因此是材料采购控制系统中的关键控制点；相比之下，“审批”、“签约”、“登记”、“记账”等控制点，即是一般控制点。需要说明的是，关键控制点和一般控制点在一定条件下是可以相互转化的。某个控制点在此项业务活动中是关键控制点，在另外一项活动中则可能是一股控制点，反之亦然。

模糊PID控制器的设计与仿真

设计模糊PID控制器时，首先要将精确量转换为模糊量，并且要把转换后的模糊量映射到模糊控制论域当中，这个过程就是精确量模糊化的过程。模糊化的主要功能就是将输入量精确值转换成为一个模糊变量的值，最终形成一个模糊集合。

本次设计系统的精确量包括以下变量：变化量e ，变化量的变化速率ec 还有参数整定过程中的输出量ΔKP，ΔKD，ΔKI，在设计模糊PID 的过程中，需要将这些精确量转换成为模糊论域上的模糊值。本系统的误差与误差变化率的模糊论域与基本论域为：E=[-6,-4,-2,0,2,4,6];Ec=[-6,-4,-2,0,2,4,6]。

模糊PID控制器的设计选用二维模糊控制器。以给定值的偏差e和偏差变化ec为输入；ΔKP，ΔKD，ΔKI为输出的自适应模糊PID控制器，见图1。

图1模糊PID控制器

（1）模糊变量选取

输入变量E和EC的模糊化将一定范围(基本论域)的输入变量映射到离散区间(论域)需要先验知识来确定输入变量的范围。就本系统而言，设置语言变量取七个，分别为 NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB。

(2)语言变量及隶属函数

根据控制要求，对各个输入，输出变量作如下划定：

e，ec论域：｛-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6｝

ΔKP，ΔKD，ΔKI论域：｛-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6｝

应用模糊合成推理PID参数的整定算法。第k个采样时间的整定为

).()(,)()(,)()(000kKKkKkKKkKkKKkKDDDIIIPPP

式中000,,DIPKKK为经典PID控制器的初始参数。 设置输入变量隶属度函数如图2所示，输出变量隶属度函数如图3所示。

图2 输入变量隶属度函

图3 输出变量隶属度函

（3）编辑模糊规则库 根据以上各输出参数的模糊规则表，可以归纳出49条控制逻辑规则，具体的控制规则如下所示：

《智能控制》

课程设计报告

专 业： 自动化

班 级： 3班 学号：***********

学生姓名： ***

时 间：11年12月30日～12年1月6日

―――――――以下指导教师填写―――――

分项成绩：出勤 设计报告

总成绩：

指导教师：

设计报告要求和成绩评定

1 报告内容

设计任务书（设计计划），正文，参考资料。

设计任务书（设计计划）由学生所在系安排指导教师编写，内容包括设计地点、时间、安排和设计内容和要求等。

正文内容一般包括：（1）设计简述（设计时间、设计地点，设计方式等）；（2）设计内容叙述；（3）设计成品(图纸、表格或计算结果等)；（4）设计小结和建议。

参考资料包括参考书和现场技术资料等。

2 书写用纸

A4复印纸；封面、设计任务书要求双面打印。

3 书写要求

正文内容手工双面或单面书写，字迹清楚，每页20行左右，每行30字左右，排列整齐；页码居中写在页面下方；纸面上下左右4侧边距均为2厘米。

公式单占一行居中书写；插图要有图号和图题，图号和图题书写在插图下方；表格要有表号和表题，表号和表题在表格上方书写；物理量单位和符号、参考文献引用和书写以及图纸绘制要符合有关标准规定；有关细节可参考我院《毕业设计成品规范》。

4 装订

装订顺序：封面，设计任务书，正文及参考资料，封底；左边为装订边，三钉装订，中间钉反向装订。

5 成绩评定

设计成绩一般由出勤（10分）、报告书写规范性及成品质量（50分）、考核（40分）三部分成绩合成后折合为优秀（90－100分）、良好（80－89分）、中（70－79分）、及格（60－69分）或不及格（60分以下）。设计考核可采取笔试、机试或其它合适的方式；不参加考核或不交报告者成绩为零分。