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

Abstract

Fuzzy 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

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

I 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。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）；能自动预选水位和洗涤时间，并适时调整这些运行参数，以达到最佳的洗涤效果。

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。以上特点从技术角度可由洗衣机的洗涤方式和控制方式这两个基础特性决定。目前存在的洗涤方式有波轮式（又称涡卷式）、搅拌式洗涤方式则代表着国际上的发展方向。对洗衣机技术的发展使得人们期望在采集一种比较好的洗涤方式的同时，希望洗衣机的控制部分能在洗涤过程中对衣物重量、脏度、洗涤剂的浓度，水的硬度、温度等影响洗涤效果的诸多因素进行检测，并能对这些检测结果做出合理的反应，从而得到比较理想的洗涤效果。现代科学技术的发展，特别是嵌入式级数的发展，使微电脑的功能日益强大，微电脑与传感器系统的结合，足以实现上述功能。另外，人们对洗衣机使用方便的要求使得洗衣机的全自动化成为另一个发展方向。因此，从世界范围内来说，洗衣机总的发展趋势是向微电脑，传系统，智能化、全自动化的方向发展。

1.2 国内外发展情况

1965年美国加州大学的L.A.Zadeh教授在其发表的著名论文―Fuzzy Sets‖中，首次提出用―隶属函数‖的概念来定量描述事物模糊性的模糊集合理论，从此奠定了模糊数学的基础。

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。

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。

在短短的30多年里，模糊数学获得了长足的发展，在理论和应用上都取得了令人惊叹的丰硕成果。模糊数学的应用领域已涉及到自动控制、图像和文字识别、人工智能、地质、地震、医疗诊断、气象分析、航空、航天、火车汽车轮船驾驶、交通管理、决策评价、企业管理和社会经济等许多方面。

在自动化技术中的应用是模糊数学非常活跃而又硕果累累的一个领域。著名的自动控制权威Austrom 曾经指出：模糊逻辑控制，神经网络控制与专家控制是三种典型析智能控制方法。

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。1985年世界上第一块模糊逻辑芯片在美国著名的贝尔实验室问世，这是模糊技术走向实用化的又一里程碑。日本、美国、德国等许多著名公司都在积极从事这方面的研究，相继开发出许多商业化的模糊逻辑芯片，1986年日本建立了模糊控制器硬件系统（模糊控制专用器件）。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。

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等。

1.3 MATLAB简介

科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。目前流行用Basic、Fortran和c语言编制计算程序, 既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧。对多数科学工作者而言，同时具备这两方面技能有一定困难。通常，编制程序也是繁杂的，不仅消耗人力与物力,而且影响工作进程和效率。为克服上述困难，美国Mathwork公司于1967年推出了―Matrix Laboratory‖（缩写为Matlab）软件包，并不断更新和扩充。目前最新的5.x版本（windows环境）是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。实践证明，你可在几十分钟的时间内学会Matlab的基础知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它.从而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。 Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。自推出后即风行美国，