中文摘要
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。
关键词：洗衣干衣机、家用滚筒式、模糊控制技术、模糊控制器、模糊控制规则
ABSTRACT
It has been developed for more than one century since the emergence of washing machine．Now the tendency to develop is fully- automatism ，
Multifunction，large capacity，high intelligence，time and energy saving．Recently，the tendency has been guaranteed substantially with the perfection and mature of electronic technology，control technology and information technology． Professor L·A·Zadeh first put forward the Theory of Fuzzy Set，from which the technology of Fuzzy Control arise．It is extraordinary virtue is：There is no definite need to establish the exact math model of the controlled object．It is very convenience to establish mathematical models to the systems with very complex， non．1inear，large—lag and timely change characteristic．And it is the very problem in
control to establish the exact mathematical model in fully-automatic washing—drying machines automatism and optimize．It is very convenient to control the process of washing and drying to use the technology off contr01．The fuzzy control of the fully—automatism front loading washing· drying machine, is through the fuzzy inference to find the best plan of washing-drying，optimize the time of washing and drying，the degree of cleaning and the effect of drying SO to reach the intention of raising the efficiency，predigesting the operate and saving the water and electricity． Fuzzy control fully—- automatism front loading washing drying machine is an innovate project，which padded the blankness in the world and achieve international advanced level．The Success of the research will impel the development of the washing machine industry greatly． Key Words：
washing—drying machine，household front loading，fuzzy control technology， fuzzy controller，fuzzy control rule .
目录：
第一章：简介
1.绪言
2.简单论述
第二章：模糊控制理论和技术基础
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基础总结
2.程序设计及实现
1 绪论
第一章绪言
国际相关产品的发展水平、现状及发展趋势：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发展，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，成本及销售价格较低，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，而模糊控制的则更少。机械控制转换为模糊控制是全自动滚筒洗农机发展的必然趋势。
国内相关产品的发展水平、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部分是机械控制的，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。随着社会的发展，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、多功能等方面发展。在国际化竞争日趋激烈的今天，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．积极迎接中国加入WTO的空前时机，更方便地加入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。
第一章简介
l、全自动滚筒洗衣机是国内洗衣机行业发展的重要方向
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，市场竞争日趋激烈。
2、自动化、智能化和节能是滚筒洗衣机的发展方向随着人们生活水平的提高和科学技术的发展，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发展，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，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、广阔的发展前景。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发展趋势
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基础是根本不可行的。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表明，滚筒洗衣机由模糊控制代替机械控制，是滚筒洗衣机发展的必然趋势。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，最佳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，得到控制规则集，以指导模糊控制器控制策略的形成。
(2)合理的模糊推理算法的选择用已有知识库及控制规则集，以模糊推理的方法得到模糊决策表，并选择合适的单片机，确定软硬件方案，完成模糊控制器的设计。本项目主要传感器有水位、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较成熟，而在全自动滚筒洗衣机上则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，比较这些信号，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。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，外筒的水位达到一定高度后，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。当压力达到设定值时，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，敏感部分位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，将部分水蒸气冷凝成水，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E2PROM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，安全又可靠。
(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。基础上，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，与技术制造或基本建设具有很好的连续性。
第二章：模糊控制理论和技术基础
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。
（模糊控制原理框图）
模糊控制器（Fuzzy Controller—FC）也称为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller—FLC）,由于所采用的模糊控制规则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（Fuzzy Language Controller—FLC）。
模糊控制器的组成框图如图所示。
1. 模糊化接口（Fuzzy interface）
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的确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, ZO, PS, PB}
（2）={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}={NB, NM, NS, ZO, 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图所示。
2. 知识库（Knowledge Base—KB）
知识库由数据库和规则库两部分构成。
（1）数据库（Data Base—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），若论域为连续域则为隶属度函数。在规则推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。
（2）规则库（Rule Base—RB） 模糊控制器的规则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。模糊规则通常有一系列的关系词连接而成，如if-then、else、also、end、or等，关系词必须经过“翻译”才能将模糊规则数值化。最常用的关系词为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EC，可给出一组模糊规则：
R1: IF E is NB and EC is NB then U is PB
R2: IF E is NB and EC is NS then U is PM
通常把if„部分称为“前提部，而then„部分称为“结论部”，其基本结构可归纳为If A and B then C,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，则某一时刻其控制量由下式给出：
C = （A×B）0R
式中 × 模糊直积运算；
模糊合成运算规则库是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为“推理机”提供控制规则。规则条数和模糊变量的模糊子集划分有关，划分越细，规则条数越多，但并不代表规则库的准确度越高，规则库的“准确性”还与专家知识的准确度有关。
3．推理与解模糊接口（Inference and Defuzzy-interface）
推理是模糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规则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部分。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。最基本的有Zadeh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专家系统中。
推理结果的获得，表示模糊控制的规则推理功能已经完成。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部分称为解模糊接口。 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。它的绝大部分
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，可以得到基本的控制规则：
“若水位高于O点，则向外排水，差值越大，排水越快”；
“若水位低于O点，则向内注水，差值越大，注水越快”。
根据上述经验，按下列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h0，实际测得的水位高度为h，选择液位差将当前水位对于O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（O），正小（PS），正大（PB）。 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（O），正小（PS），正大（PB）。并根据u的变化范围分为九个等级：-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4。得到控制量模糊划分表
控制量模糊划分表
3 模糊规则的描述
根据日常的经验，设计以下模糊规则：
（1）“若e负大，则u正大”
（2）“若e负小，则u正小”
（3）“若e为0，则u为0”
（4）“若e正小，则u负小”
（5）“若e正大，则u负大”
上述规则采用“IF A THEN B”形式来描述：
（1） if e=NB then u=NB
（2） if e=NS then u=NS
（3） if e=0 then u=0
（4） if e=PS then u=PS
（5） if e=PB then u=PB
根据上述经验规则，可得模糊控制表
模糊控制表
4 求模糊关系
模糊控制规则是一个多条语句，它可以表示为U×V上的模糊子集，即模糊关系R：其中规则内的模糊集运算取交集，规则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 = [1.0 0.5 0 0 0 0 0]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“隶属度最大原则”进行反模糊化，则选择控制量为 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。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e=-3，运行该程序，得u =-3.1481。
模糊控制响应表
模糊控制规则是一个多条语句，它可以表示为U×V上的模糊子集，即模糊关系R： 其中规则内的模糊集运算取交集，规则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（Single Variable Fuzzy Controller—SVFC）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 如图所示，一维模糊控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 如图所示，二维模糊控制器的两个输入变量基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 如图所示，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（Multiple Variable Fuzzy Controller）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，分解成若干个多输入-单输出（MISO）的模糊控制器，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Δu和输出偏差Δv，满足Δv /Δu = k 。
3 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则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，是最基本的一种形式。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基础。
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，-1，0，1，2，3} u的论域为：{ -4.5 , -3 , -1.5 , 0 , 1 , 3 ,4.5 }
3 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 建立模糊控制规则
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则。模糊控制规则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
模糊控制规则可采用模糊规则表4-5来描述，共49条模糊规则，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则可以计算出u1。同理，可以由其余各条语句分别求出控制量u2,„,u49，则控制量为模糊集合U可表示为 u = u1+u2+A+u49
模糊规则表
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则进行推理，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，难免会丢失许多信息。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较，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
Matlab提供五种解模糊化方法：（1）centroid：面积重心法；（2）bisector：
面积等分法；（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Matlab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=-10:1:10;
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：
a1=setfis(a,'DefuzzMethod','centroid')
其中a为模糊规则库。
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，该系统包括两个部分，即模糊控制器的设计和位置跟踪。
1．模糊控制器的设计
模糊规则表如表4-5所示，控制规则为49条。误差、误差变化率和控制输入的范围均为。通过运行showrule(a)，可得到用于描述模糊系统的49条模糊规则。控制器的响应表如表4-6所示。模糊规则表
模糊规则表
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plotfis(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，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chap4_3.mdl。
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），MD（污泥中），LD（污泥多），取值范围为[0，100]。 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[0，60]。选用如下隶属函数：
洗涤时间隶属函数。 4）建立模糊控制规则
根据人的操作经验设计模糊规则，模糊规则设计的标准为：“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
根据模糊规则的设计标准，建立模糊规则表4-7。
第*条规则为：“IF 衣物污泥少 且 没有油脂 THEN 洗涤时间很短”。 （6）模糊推理 分以下几步进行：
①规则匹配。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：
② 规则触发。由上表可知，被触发的规则有4条： Rule 1：IF y is MD and x is MG THEN z is M
Rule 2：IF y is MD and x is LG THEN z is L Rule 3：IF y is LD and x is MG THEN z is L Rule 4：IF y is LD and x is LG THEN z is VL
③ 规则前提推理。在同一条规则内，前提之间通过“与”的关系得到规则结论，前提之间通过取小运算，得到每一条规则总前提的可信度： 规则1前提的可信度为：min（4/5，3/5）=3/5 规则2前提的可信度为：min（4/5，2/5）=2/5 规则3前提的可信度为：min（1/5，3/5）=1/5 规则4前提的可信度为：min（1/5，2/5）=1/5 规则前提可信度
将上述两个表进行“与”运算，得到每条规则总的输出，如表4-10所示 表4-10 规则总的可信度 ⑤ 模糊系统总的输出
模糊系统总的输出为各条规则推理结果的并，即
⑥ 反模糊化
模糊系统总的输出实际上是三个规则推理结果的并集，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4-16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.模糊控制理论和技术基础总结
(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则；
(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。
l、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。否则，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、将在某区问的精确量x模糊化成这样的一个模糊子集，它在点x处的隶属度为l，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部分的数，作为非模糊化的结粜，这种方法比较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，加入了电磁兼容措施，尤 其是抗干扰问题，参阅了大量材料，请教了该领域号家，取得了比较满意的效 果。程序编写完成后经仿真实验，确定达到相关要求。厅发完成了模糊控制器， 在小批试验中，效果非常理想，完全达到了国家标准及技术要求。 一、定义芯片的寄存器 定义寄存器： RES625 DIRSEG ABS ORG 0000H
PDR0 RB 1：端口0，数据寄存器 DDR0 RB l：端口0，地址寄存器 PDRl RB 1：端口l，数据寄存器 DDRl RB 1：端口l，地址寄存器 PDR2RBl：端口2，数据寄存器 BCTR RB 1；端口2，外部总线控制 寄存器
；时钟控制模块 0RG 0008H
STBCRB 1：备用控制寄存器 WDTC RB 1：监督定时控制寄存器 TBTCRB 1；时基控制寄存器 ORG 000CH
PDR3 RB 1：端口3，数据寄存器 DDR3 RB l；端口3，地址寄存器
PDR4 RB 1；端口4，数据寄存器 ：蜂呜器输出模块 ORG 000FH
BUZRRB l：蜂呜器寄存器 0RG 0010H
PDR5 RB 1：端口5，数据寄存器 PDR6 RB 1：端口6，数据寄存器 ；定时器l
CNTRRB 1；PWM控制寄存器 COMRRB l；PWM比较寄存器 ：定时器2
PCRl RB 1；PWC脉冲宽度控制寄存器1 PCR2RB 1；PWC脉冲宽度控制寄存器2 RLBRRB l：PWC再装缓冲寄存器 ；定时器3 ORG 0018H
TMCR RB l；16位定时器控制寄存器 TCHRRB 1；16位定时器计数寄存器(高) TCLRRB 1：16位定时器计数寄存器(低)i ：8位连续输入／输出寄存器 ORG001CH
SMRl RB 1；模式寄存器1 SDRI RB 1；数据寄存器1 SMR2RB 1：模式寄存器2 SDR2RB l；数据寄存器2 ：模／数转换器
ADCl RB 1：模／数控制寄存器1 ADC2RB l；模／数控制寄存器2 ADCDRB l；模／数数据寄存器 ：外部中断模块 ORG00241-I
EICl RB l；外部中断控制寄存器l EIC2RB l；外部中断控制寄存器2 ；中断控制 oft(j 007CH
ILRl RB 1：中断级别寄存器1 ILR2RB 1：中断级别寄存器2 ILR3RB 1；中断级别寄存器3 RE$625 ENDS 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：CMP K1．#00H BNE KYP20 JMPKYPl
KYP20：CMP KB，拌11 ll l 101B；辅助键 KYP21：CMP KB，#11111011B；过程键 KYP22：CMP KB，群111101llB；温度键 KYP23：CMP KB，拌11011111B；预约键
KYP24：CMP KB，撑叭111lllB：程序键KYP25：CMPKB,#10111111B：启动库撇 KYP26：CMP KB。#11111110B；电源键 三、定义洗衣机工作过程的单元模块 ：洗涤程序
XCXP：CMP FLGD．#00H；粗厚 XCXl：BBS DISLl：1，XCX2：轻柔 XCX2：BBS DISLl：0，XCX3：快速 XCX3： SETB DISLl：1：标准 ：内简转动方式 RELAY： NOP
BBC RELRl：O．REP l CLRB PDR2：7：顺时针洗涤 SETB PDR2：6
JMP REPl0
REPl： BBC RELRl：1．REPll REPl2：SETB PDR2：7：逆时针洗涤 CI，RB PDRS2：6 JMP REPlO
REPll： BBS RELR2：3．REPl2：脱水 CMP CRT,#OOH BNE REPl0 CLRB PDR2：7 CLRB PDR2：6 ；进水模块 REP3l：NOP
BBC RELRl：4．REP4 SETB PDRl：0：干衣进水 JMP REP4l
REP4： CLRB PDRl：O
REP41： BBC RELRl：5．I己EP5 SETB PDRl：l；从B格进水 JMP REP5l
REP5： CLRB PDRl：1 REP5l：BBC RELRl：6．REP6 SE’IB PDRl：2
JMP砌!P6l：从C格进水、 REP6： CLRB PDRl：2 REP61：BBC RELRI：7．REP7 SETB PDRl：4：过进水 JMP REP7l
REP7： CLRB PDRl：4 ：排水模块 REP2l：NOP
BBC RELRl：3．REP3
SETB PDRl：3 JMP REP31
REP3： CLRB PDRl：3 ；功率选择模块 REP71：NOP
BBC RELR2：O，REP8：1000W SETB PDR2：4 REP8： REP8l： REP9： REP9l： REPO： REP0l： 四、一个 XXPl： XUPB3 XUPB2 XUPB65 JMP REP8l CLRB PDR2：4 NOP
BBC RELR2：1．REP9 SETB PDR2：3 JMP REP9l CLRB PDR2：3 NOP
BBC RELR2：2．REPO SETB PDR2：2 JMP REP01 CLRB PDR2：2 NOP
：900W 2200W
标准洗涤过程的基本过程 SETBRELRl：5：B格进水 JMP XUPB2 CLRB RELRl：5 CMP ZXTI撑9 BLO XUPB8 CALLXDP CMP TSET-#20 。 BEQ XUPB6
BBCⅢ1：3，Ⅺ-JPB61：水温检剽 MOV A．TSET CMP A．#65 BHS XUPB63 CMP A．#60 BEQ XUPB65 CLRC
SUBC A．#05H JMP XUPB64 CLRC SUBC A．#lO JMP XUPB64 XUPB63：NOP BBS HJl：3．XUPB62 XUPB64：CMP A．聊 BHS XUPB5 JMP XUPB62
xuPB6l：MOV A，TSET：洗涤 CMP A．TMP BHS XUPB5
XUPB62：SETB HJl：3 XUPB6： CLRB RELR2：0 CLRB ReLR2：l JMP XUPEND XUPB5： NOP CLRB HJl：3 SETB RELR2：O XUPB5l XUPB8 XUPB4
BBC DISL2：0．XUPB5 1 CLRB RELR2：l JMP XUPEND SETB RELR2：1 JMP XUPEND CMP ZXT．群5 BLO XUPB4 SETB FLGE：4 MOV TSET,#20 SETB DISL2：0 CLRB I也LR2：0 CLRB RELR2：1 MOV A．ZXT CALL PSP MOV ZXT,A JMP XUPEND CMP ZX T．撑0lH BLO XUPB7 CALL PSTP JMP XUPEND
XUPB7： SETB DISL2：4
MoV RELRl．#04H
MOV RELR2．#00H
JMP XUPEND
XUPC： BBC DISL2：2，XUPC 1
JMP XUPC04
XUPCI： SETB FLGC：l；标准洗运行
BBC FLGA：2．XUPCll
CALLCZP
JMP XUPEND
XUPCIl：CMP BXT．#53
BLO XUPC21
XUPB54：MOV A．BXT
CALL JSP
MoV BXT,A
JMP XUPBl4
XUPC2l：CMP BXT．#49
BLO XUPC2
CALLXDP
JMP XUPEND
XUPC2： CMP BX一#45
BLo XUPC3
MOV A．BXT
CALL PSP
MOV BXT．A
JMP XUPEND
XUPC3： CMP BX一#41
BL0 XUPC4
CALL PSTP
JMP XUPEND
XUPC4： CMP BXT-#37
BLO XUPC5
JⅣ【P XUPB54
XUPC5： CMP BXT-#33
BLO XUPC6
CALLXDP
JMP XUPEND
XUPC6： CMP BXT‘#29
BL0 XUPC7
MOV A．BXT
CALLPSP
MOVBXT．A
JMP XUPEND
XUPC7： CMP BXT,#25
BLO XUPC8
CALLPSTP
JMP XUPEND
XUPC8： CMP BXT,#2l
BLO XUPC9
XUPC82：MOV A．BXT
CALL JSP
MOV BXT,A
XUPC8l
XUPC9
XUPC0
BBS FLGA：4．XUPC8 1
CLRB RELRl：6
JMP XUPEND
SETB RELRl：6
JMP XUPEND
CMP BXT'#17
BL0 XUPCO
CALLXDP
JMP XUPEND
CMP BXT．#13
BLO XUPC0l
MOV A．BXT
CALLPSP
MOVBXT．A
第霆章模期控裁器躲程J亭没诗
JMP XUPEND
XUPC01：CMP BXT-撑9
BLo XUPC02
CALL PS’￡p
jMP XUPgND
XUPC02：CMP BXT．撑5
BLO XUPC03
JMP XUPC82
XUpC03：CMP BXt群l
BLo XUPC04
CALLXDP
JMP XUPEND
XUPC04：SEHB DISL2：2
XUPC05
XUpD
88S DlSE2：1．XUPC05
CL襄B RELRl：O
CLRB RELRl：l
CLRB RELR2：3
SETBFLGB：I；防皱
SETB FLGB：2
jMP XUPEND
SETB FLGC：2
CLRB FLGB：2
SETB DISL2：2
8Be DISLl：5。XUPDl
JMP XUPD3
SETB RELRl：2
SETB FLGC：2
CMP TUT．#2l
BL0 XUPD2
MoV A．TUT
CALLPSP
MOVTUtA
JMP XUPEND
XUPD2
)(UPD3
XUPD3l
XUPD4：
XUPD5：
XUPE：
XUPEI
CMP TUT．拌5
BLO XUPD3
CALL PSTP
jMP XUP塞N转
CMPTUt纵
BL0 XUPD4
CLRB RELRl：0
CLRB l汪I瓜l：l
BBC DISLI：6。XUPD3 l
eLRB王乏E1．巍l：2
CLRB RELRl：3
SETB DISLl：S
jMP XUP基ND
CMPT蹶磷l
BLO XUPD5
CALLXDP
C啪FLGB：2
jMP XUPEND
BBe DISLl：6j(UPE
NOP
JMP XUpED
NOP
BBC FLGA：3．XUPEl
eA己LCZp
JMP XUPEND
NOP
JMP XUPEl8
CMP HGTt群OA}{
BLO XUP嚣18
NOP
MOV A．125H
CMP A．#0EDH
本章附录了相关的原理图、系统流程图以及模糊控制器的照片，
参考文献
致谢
附录
BHSXXXXl
XXXXl
XXXX
XUPEl9
CMP A．#OA6H
BHS XUPEl9
MOV A．#00H
MoV 126H．A
CMP HGTI#OAH
BNE XUPEl 8
NoP
MoV A．123H
CMP A．#80
BHS XUPEl 8
MOV A．123H
fNCWA
MOV 123H．A
MOV HGTI群11
JMP XUPEl8
NoP
MoV A．126H
1NCWA
MOV 126H．A
CMP A．#30
BLoXXXX
CMP A．#100
BHSXXXX
MOV HGTI#09H
XUPEl8：CMP HGT．捍Ol BL0 XUPED
CMP HGT-#5
BLO XUPE8
CMP HGT-#10
BL0 XUPE9
BBS FLGC：3，XUPE2
MOV BPST‘#1 80
XUPE2：SETB FLGC：3：干衣过程 CALLXDP
XUPE3
XUPE4
XUPE8
XUPE9
XUPE7
XUPED
CLRB FLGB：2
SETB RELR2：2
SETB RELRl：7
SETB RELRl：4
CMP BPST-#120
BLO XUPE3
SETB RELRl：3
JMP XUPEND
CLRB RELRl：3
CMP BPST-#OlH
BHS XUPE4
MoV BPST．棚80 JMP XUPEND CLRB RELRl：2 JMP XUPE7
MOV A．#00H MOV 123H．A MOV 126H．A SETB RELRl：2 SETB RELRl：7 CLRB RELRl：3 CLRB RELRl：4 CLRB RELRl：5 CLRB I也LRl：6
MOV RELR2．拌00H CALLXDP
CI。RB FLGB：2 JMP XUPEND NOP：蜂呜结束 CLRB RELR2：3 CLRB RELRl：O CLRB RELRl：1 CLRB RELRl：7