本科生毕业论文（设计）册
学院 职业技术学院
专业 应用电子技术教育
班级 2011届
学生 孙名卉
指导教师 邸敏艳
河北师范大学本科毕业论文（设计）任务书
编 号：职业技术学院2011届2011162
论文（设计）题目： 模糊控制洗衣机系统分析
学 院： 职业技术学院 专业： 应用电子技术教育 班级： 2007级
学生姓名： 孙名卉 学号： 2007014301 指导教师： 邸敏艳 职称： 副教授
1、论文（设计）研究目标及主要任务
本文以实现将模糊控制技术应用于全自动洗衣机的控制为目标, 在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上，对模糊控制洗衣机工作的各个环节进行了研究。
2、论文（设计）的主要内容
（1）模糊控制洗衣机的结构与基本原理
（2）模糊控制洗衣机状态信息的检测
（3）模糊控制系统分析
3、论文（设计）的基础条件及研究路线
理论调查研究
4、主要参考文献
[1] 窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用.北京：北京航空航天大学出社，1995：20-22
[2] 李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.北京：国防工业出版社，1996：15-16
[3] 路立平.模糊控制洗衣机混浊度模型及检测.郑州轻工业学院学报，1996，11（2）：10-11
[4] 贾佩山.全自动模糊控制洗衣机的设计.工业控制计算机，1998，（2）：8-9
[5] 谢宋和.负荷传感器及其在模糊控制洗衣机中的应用.家用电器科技，1998，（1）：16-17
指 导 教师： 年 月 日
教研室主任： 年 月 日
注：一式三份，学院（系）、指导教师、学生各一份
河北师范大学本科生毕业论文（设计）开题报告书
本科生毕业论文设计
题目 模糊控制洗衣机系统分析
作者姓名 孙名卉
指导教师 邸敏艳
所在学院 职业技术学院
专业（系） 应用电子技术
班级（届） 2011届
完成日期 2011 年 5 月 12 日
目录
中文摘要、关键字 .................................... (I) 英文摘要、关键字 .................... (错误！未定义书签。
第1章 绪论 ....................................... (1)
1.1 研究背景及意义 ................................... (1)
1.2 模糊控制洗衣机的发展概况 ........................ (1)
1.2.1 模糊控制技术的发展 ............................ (1)
1.2.2 洗衣机的发展概况 .............................. (2)
1.3 相关工作 ......................................... (2)
第2章 模糊控制洗衣机的结构与基本原理 ............... (3)
2.1 模糊控制洗衣机的基本结构 ........................ (3)
2.2 模糊控制洗衣机的基本原理 ........................ (3)
第3章 模糊控制洗衣机状态信息的检测 ................ (5)
3.1 负载检测 ......................................... (5)
3.1.1 一般的反电势检测方法 .......................... (5)
3.1.2 改进后的反电势检测方法 ........................ (7)
3.2 脏污检测 ......................................... (9)
3.2.1 洗涤液混浊度的传感原理 ....................... (11)
3.2.2 洗涤液混浊度的光电检测原理 ................... (12)
3.3 水位检测 ........................................ (13)
3.4 水温检测 ........................................ (13)
第4章 硬件系统分析 ............................... (14)
4.1 控制系统硬件电路 ............................... (14)
4.2 东芝单片机TMP87C846N ........................... (14)
第5章 软件系统分析 ............................... (16)
第6章 模糊控制系统分析 ............................ (17)
6.1 模糊规则库的建立 ............................... (17)
6.1.1模糊变量的设定 ................................ (17)
6.1.2 模糊推理规则表的建立 ......................... (19)
6.1.3 隶属函数的建立 ............................... (20)
6.2 模糊控制过程 .................................... (21)
6.2.1模糊化 ........................................ (22)
6.2.2 模糊控制 ..................................... (23)
6.2.3 反模糊化 ..................................... (28)
6.3 模糊推理流程 .................................... (28) 总结 .............................................. (30) 致谢 .............................................. (31) 参考文献 .......................................... (32)
模糊控制洗衣机系统分析
职业技术学院应用电子技术教育专业
指导教师 邸敏艳
作 者 孙名卉
摘要：
本文以实现将模糊控制技术应用于全自动洗衣机的控制为目的, 在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上，对模糊控制洗衣机工作的各个环节进行了研究。
首先从基本机构开始，再简述了模糊控制洗衣机的基本组成的基础上综述了宏观的系统结构。
其次再对洗衣机各部分检测装置进行深入分析的基础上，将两种衣质衣量传感器进行分析和比较，论述了改进后反电势检测方法的独特性和优越性，从而在理论上解决了检测分辨能力和精度问题，并给出了有效的检测方法。
系统全面的分析了模糊控制的全过程，确定了控制器的输入、输出变量，设计了输入输出变量的隶属函数，分析了输入输出变量之间相关性，给出了控制过程中所有的控制规则、量化计算公式、赋值表等，并结合一个实例展示了模糊化、模糊推理、反模糊化的详细计算方法和计算结果。
最后，对模糊控制洗衣机的硬件和软件系统进行简要概括，并给出了整个控制流程和工作流程。
关键词：洗衣机；传感器；模糊控制；隶属函数；模糊推理；
Abstract：
This paper combines the fuzzy control technology in order to realize the automatic washing machine control in application for the purpose of research situation, analyzes on the basis of fuzzy control, every link of the work of washing machine were studied.
First, then from the basic agency began briefly introduced the basic composition of fuzzy control washing machine based on macro system structure were reviewed.
For washing machine again next parts detection device on the basis of analyzing two kinds of clothing, qualitative clothing analyze and compare the quantity sensors, discusses the potential detection method improved the uniqueness and superiority, thus theoretically solved detection in distinguishing ability and accuracy problem, and gives an effective detection methods.
System comprehensive analysis of the whole process of the fuzzy control, determined the controller, the input and output variables of the input and output variables was designed, analyzes the membership functions of the input and output variables, and gives the correlations between process control all the control rule, quantitative calculation formula, assignment table etc, and combined with a example shows fuzzification, fuzzy reasoning, the blur the detailed calculation method and calculation results.
Finally, the fuzzy control washing machine hardware and software system, and gives the briefly summarized the whole control processes and procedures.
Key Words: washing machine; sensor; fuzzy control; membership function; fuzzy
reasoning
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
传统全自动的洗衣机有两种: 一种是机械控制式,一种是程序控制式。它们都需要用户根据不同洗涤物的布质、布量、脏污状况凭经验选择多个功能键,决策因人而异,洗涤效果自然有差别。并且大多数的家庭主妇并不能掌握正确的用法，造成功能上的浪费。因此在严格意义上说,这两种洗衣机都不能称作全自动,因为它们都不具备一下功能：
（1）自动检测衣物量和衣服肮脏程度并据此控制洗涤剂的投放量；
（2）根据待洗衣物的肮脏程度自动选择洗涤时间；
（3）检测漂洗后衣服的洁净程度并自动调整漂洗次数。
所以控制简单而且功能完善的家用电器就越来越受欢迎。随着模糊控制技术应用的广泛开展人类的这种愿望就有了实现的机会。模糊控制在电器上的应用在世界范围内得到普遍重视。
模糊控制洗衣机则是借助各种传感器的检测，用电脑全部或部分代替人脑进行洗涤过程的决策,由计算机进行模糊判断、推理和决策,并自动生成优化的洗涤方案,只需一个键就能使整个洗涤过程在无需人工干预的情况下自动完成,而且还要尽量不伤衣物、省电、省水、省时、方便、快捷。
1.2 模糊控制洗衣机的发展概况
1.2.1 模糊控制技术的发展
模糊数学和模糊控制的概念是加利福尼亚大学教授扎德(L.A.Zadeb)在他的《Fuzzy Sets》、《Algorithm》和《A Rationale For Fuzzy Control》等论著中首先提出。1974年英国伦敦大学教授E.H.Manidani首先应用模糊控制逻辑研制成功模糊控制器。1979年，英国I.J.Procyk和E.H.Manidani研制成功自组织模糊控制器，标志着模糊控制器“智能化”程度的进一步提高。1984年年底国际模糊系统学会成立。模糊控制理论
从提出至今虽然只有20多年，但是无论在模糊理论的算法、模糊推理决策、工业控制应用、模糊系统集成，及自学习、自适应和工程应用方面都取得了长足的进步。模糊控制是智能控制领域的重要发展方向，模糊控制技术被称为“21世纪的核心技术”。模糊控制技术进入商品化，使产品的自动化和智能化水平不断提高。
1.2.2 洗衣机的发展概况
我国的洗衣机发展，大致经历了仿造单筒、双筒到新水流、半自动、全自动、套缸式洗衣机。由于各个厂家都在致力于研究各种洗涤方式，以图获得多种水流和提高洗涤能力、减小对织物的缠绕磨损、使洗涤柔和均匀，应用微电子微电脑元器件、光敏检测器件的配置，尽可能多的应用高新科技成果成为了洗衣机发展的主流。
二十世纪九十年代初，国际家电市场已经推出具有智能控制特性的新型洗衣机——模糊控制洗衣机。它的出现，为洗衣机的发展开创了一个崭新的时代。三洋、三菱、松下等公司均推出了模糊洗衣机，如ASW-60W1型等等。随着模糊控制理论和技术的不断成熟，国内各大洗衣机生产厂家如荣事达、小天鹅、金羚等也都先后推出了自己的模糊控制洗衣机产品。这种洗衣机能够自动判断被洗衣物的质地软硬、重量大小，自动检测洗衣桶内水的脏污程度和脏污性质(油污或泥污)，应用模糊控制技术，预选洗衣水位，水流强度和洗涤时间，在整个洗衣过程实施监控，适时调整这些运行参量，达到最佳的洗涤效果。
目前，模糊控制洗衣机日益受到消费者的欢迎，拥有了强大的市场竞争力。
1.3 相关工作
由于模糊控制洗衣机整个系统的庞大和复杂以及对此课题研究的时间限制，不可能对该系统的每一个环节进行彻底的分析。鉴于此本人主要致力于对以下几方面的研究：
（1）研究传感器的工作原理；
（2）研究模糊控制的推理过程；
第2章 模糊控制洗衣机的结构与基本原理
2.1 模糊控制洗衣机的基本结构
模糊控制洗衣机的基本结构除了具备一般全自动洗衣机的结构外，还具备由负载传感器、温度传感器、水位传感器、光电传感器等传感器组成的反馈控制电路构成。 图2-1是某种模糊控制洗衣机的剖面图。
图2-1 某种模糊控制洗衣机的剖面图
2.2 模糊控制洗衣机的基本原理
洗衣机的模糊控制是指洗衣机通过传感器来判别衣物的重量，质地以及污染的程度，来自动确定水位的高低、洗涤剂的用量、流水强度，并确定最佳洗涤顺序。由于洗衣过程的控制对象很难用精确的数学模型来描述，所以采用传统的控制方法难以取得理想的洗涤效果，而模糊控制方法却能很好地解决这个问题。在洗涤衣物过程中，衣物的多少，面料的软硬等都是模糊量，所以首先做大量的实验，总结出人为洗涤方式，从而形成模糊控制规则。根据传感器接收的信息，洗衣机判断出衣物多少，面料软硬和脏污程度、脏污性质，推理做出模糊决策。从而完成注水量、洗涤时间、水流
强弱、洗涤方式、脱水时间、排水等所有功能，自动地完成“进水”、“洗涤”、“排水”、“脱水”等全过程。
图2-2是模糊控制洗衣机系统结构框图。这是一个多路输入和多路输出的控制系统。多路输入包括对水温、水位、水的透光度和洗衣电动机停机后转动质性的检测数据。这些数据输入控制系统后被模糊化处理, 系统根据处理结果和由人工洗衣总结出来的控制规则, 进行模糊控制运算, 获得控制决策, 并通过控制执行机构去控制输出量。这其中, 系统以水温和水的透光度检测数据, 作为分析判断水对洗涤剂的溶解状况和衣物脏污情况的依据, 决定洗涤剂投放量和洗涤时间。以对洗衣电动机低速运转后的惯性检测数据作为分析判断衣质、衣量情况的依据, 决定供水量和洗涤时水流方式后者通过控制电动机转速及其正、反运转实现。此外, 系统还通过检测水位, 保证按设定的水位自动供水。通过洗清时（即漂洗）检测水的透光度，判断水变清情况，以确定漂洗结束，自动转入脱水操作。
图2-2 模糊控制洗衣机系统结构框图
第3章 模糊控制洗衣机状态信息的检测
要对洗衣机进行控制,首先要用各种传感器不断的检测相关的状态,以作为控制的依据。下面介绍在模糊控制洗衣机中所用各种参数的检测原理和技术,在检测中要用到负载传感器、温度传感器、水位传感器、光电传感器等。
3.1 负载检测
负载检测传感器作为模糊控制洗衣机中的关键技术之一，其主要任务是检测布质和布量，为水位高低、水流强弱的自动决策提供必要的客观信息。测量布质布量的方法，通常有测电流法、测电流波动范围法、测转速法、测反电势法等四种基本方法，由于前三种方法比较复杂、成本高并且精度不高，因此，基本上国内外生产厂家均不使用。
测反电势方法比较简单，其基本原理是：洗衣机电机带负载短时运转后，突然切断电源，由于惯性作用电机将会维持短时间旋转，此时，转子剩磁切割定子绕组而产生感应电势，此电势可以从定子绕组两端取出。在衣物的阻尼作用下，电机转速不断下降，反电势也随时间增加呈衰减振荡趋势消失。实验结果表明，反电势信号的衰减振荡特性与被洗衣物的多少和质量有关。一般而言，衣物愈多、愈硬，反电势衰减愈快。
3.1.1 一般的反电势检测方法
先将断电后的反电势交流信号经过半波整流变成直流信号，再经过整形放大变成脉冲信号，最后送到单片机进行脉冲个数的计数（如图3-1）。根据采集到的脉冲个数来判定布量，认为脉冲个数愈少，说明被洗衣物愈多，反之亦然（如图3-2）。
图3-1 脉冲检测电路
t
t
图3-2 衣量分析
对于衣质，则主要可分为棉布、混纺、化纤三大类。棉质衣物和化纤衣物在不同的水位下有不同的阻尼，由于化纤衣物的阻尼对水位敏感程度不及棉质衣物，可以通过在不同水位下停机检测感应电动势脉冲个数的差值来判断衣质。脉冲个数差值越大的，衣物是棉布的可能性就越大。脉冲个数差值越小，衣物是化纤的可能性就越大（如图3-3）。
图3-3 衣质分析
6
3.1.2 改进后的反电势检测方法
理论分析和实验观察发现，这种方法只利用脉冲个数信息比较片面，对布质布量信号的分辨能力不高，相对而言分散性比较大。
本文在不增加硬件开销的条件下，设计了一种新的布质布量接口电路（如图3-4），不仅能够测到脉冲的个数，而且能够采集到脉宽、脉冲周期(频率)。比较理想地全面看到反电势的衰减振荡特性。在脉冲个数相同的条件下也能够进一步区分布质布量信息，提高检测精度。
图3-4 负载检测电路原理图
INT1
（1）衣量的检测
在放入要洗的衣物后,放水启动电动机，反复用开0.3s、关0.7s的脉冲电压驱动电动机32s,在此过程中,用光电耦合器发送与接受的脉冲来计量在关断期间轮盘的惯性转动的圈数。这时，衣物多，转动的时间就短，计数脉冲数就少；反之则多。技术脉冲与衣物重量关系曲线如图3-5所示。
7
图3-5 衣量分析
（2）质料的检测
包括棉织品与化纤制品的区分和柔软布料与粗厚布料的区分。具体方法如下： 在检测负载的基础上，把水放掉一点，同样用开0.3s、关0.7s的脉冲电压驱动电动机32s，记下脉冲数为N；若检测负载时的脉冲数是M，那么根据M-N的值就可判断质料分布比例的大体情况。棉织品越多，M-N的值越大，反之则小。图3-6表示棉织品与化纤制品的比例不同时，两次测量脉冲数的关系曲线。
同样是棉织品，但是对于像毛巾这样的柔软布料与牛仔布类的硬厚布料，其洗涤方法是不同的。如何加以区分呢？那就要用水位传感器来配合测量。具体方法是：在注水进行脉冲驱动32s后，比较启动前后水的变化量。若变化量很小，说明布料容易吸水，倾向于是毛巾类布料，反之可能是牛仔布类的布料。这是因为后者布料吸水慢，往往要搅动一段时间后才能充分吸水。这就会使水位变化量大。图3-7是在这两种情况下水位的变化曲线。
图 3-6 棉织品与化纤制品辨别曲线
8
图3-7 柔软布料和硬厚布料的水位变化曲线
如果测量的是驱动电流模拟量，也可通过对驱动电流的波形变化来识别。图3-8是两种典型的不同软硬度布料情况下的驱动电流波形比较：
图3-8 不同软硬度布料情况下驱动电流比较
3.2 脏污检测
脏污检测包括脏污程度检测和脏污性质检测两部份。通过安装在排水口的红外光浑浊度传感器分析出透光率的变化而检测出脏污程度和脏污性质。
9
河北师范大学本科生毕业论文
如图3-9发光二极管和光敏管分别相对的安装在管子的两边。 排水时, 启动红外发光管, 并使其工作电流恒定。发光二极管发出的光经聚焦后，透出水被光敏管接好，接受的强度就反映出水的透明度，也就是水的污浊的程度。这是一种间接测量衣物污垢的方法，因为衣物脏的程度与洗涤水的污浊度有着正相关的关系。他的输出变化曲线如图3-10所示。
图3-9 脏污检测装置
光透度
时间
光透度
时间
（a）污垢程度光率曲线图 （b）污垢性质光率曲
图3-10 污垢检测光率曲线图
从图3-10的（a）和（b）中可知，开始注入清水，透明度很高，随着污垢析出，水逐渐变浊，透明度下降，最后就有一个饱和稳定值。由于脏污程度较重的衣物在洗涤一段时间后透光率变化较大，而脏污程度较轻的透光率变化较小。脏污性质可用透光率变化的快慢来进行判断，油性脏污的溶解速度慢，因而透光率的变化率小。而泥性脏污的透光率的变化率大。因而，通过对排水口液体的透光率变化的绝对量和相对
10
量的检测，判断出衣物的脏污程度和脏污性质。
另外根据同样的思路，如图3-11所示，还可从透光率的变化知道洗涤剂用的是固体粉末状态的还是液态的。
洗涤液混浊状况的定量表示与自动检测是洗衣机实现模糊控制的基础。虽然物理学和化学对液体的混浊度有严格的定义 ,但从考察洗涤物脏污情况的角度看 ,这里所称的混浊状况实际是指洗涤液在投入衣物和洗衣粉运转前后其污浊程度的变化情况 。有的结构型和物性型传感器均无法直接检测这种意义上的混浊度。
图3-11 用不同洗涤剂时透光率曲线
3.2.1 洗涤液混浊度的传感原理
由于洗衣机中洗涤液的成份复杂 ,对其混浊度的检测只能是间接的。一个可行的方法是通过检测洗涤液对光的吸收程度来衡量其混浊程度 。这种方法的理论依据是物理学中的朗伯定律 ,该定律指出：当光在介质中传播时 ,由于介质对辐射能量的吸收作用 ,辐射光强将随传播距离作指数衰减 。再考虑到光传播过程中的散射损失 ,则有
II0e()x 公式（3-1）
式中： I0-----介质表面入射光强； x-----光在介质中的传播距离； I-----光传播至x处时的光强； -----介质对光的吸收系数； -----介质对光的散射系数； 、与介质的物理性质有关。
11
当光在洗衣机洗涤液中传播时,假设入射光强和光的传播距离均为固定 ,则从洗涤液中透射出的光强便反映出洗涤液的混浊程度,亦即反映出洗涤液对光的吸收和散射系数。这就是洗涤液混浊度的传感机理。
3.2.2 洗涤液混浊度的光电检测原理
根据上述混浊度传感机理进行混浊度检测时,需要建立一套光电检测系统。图 3-12给出了洗衣机洗涤液混浊度检测系统示意图。
图3-12中发光二极管LED在驱动电流激励下发出光辐射 ,光电池 PD接收从洗涤液中射出的光辐射,并产生光电流 ,当发光二极管的驱动电流为某一定值时,它的光辐射的功率便是确定的。此时,光电池的短路光电流的电流值隐含了被测洗涤液的混浊度, 由此可以进一步研究混浊度的解析表达。
图3-12 洗涤液混浊度检测系统示意图
被测介质
在模糊控制洗衣机中,判定洗涤液混浊度要对光电转换信号进行处理。因为在一定范围内发光二极管的光辐射功率与驱动电流成正比,光电池的短路输出电流与入射光强成正比,所以可将洗涤液的混浊度定义为发光二极管的驱动电流与光电池的短路输出电流之比,即
CID/IS 公式（3-2）
式中： C--洗涤液混浊度；
ID--发光二极管驱动电流； IS--光电池短路输出电流。
12
3.3 水位检测
水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机, 要求水位的检测必须是连续的,故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件, 将被测物体的变化转变为LC参数的变化,最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动, 带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图3-13所示,为便于与单片机接口, 水位传感器采用数字振荡电路,电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1,随着水位变化,谐振频率作相应变化,放大器的输出,经A2整形后即可将数字量接到单片机。
图3-13 水位传感器检测电路
3.4 水温检测
水温检测是通过热电耦测量的。它把洗衣机启动时的温度作为当时的温度,然后在检测供水的温度,以作为洗衣条件之一,根据需要可以对水加热控温。它的工作原理是利用两种不同金属导线的相互连接,由于两连接点的温度差别而产生一电动势。该电动势与所用金属的性质有关,也与温差的大小有关,有严格的对应关系。
13
第4章 硬件系统分析
4.1 控制系统硬件电路
模糊控制全自动滚筒洗衣机主要由单片机最小系统、检测电路、驱动电路、控制面板和电源电路等五部分组成。单片机最小系统主要以东芝公司单片机TMP87C846N和EEPROM 存储器为核心, 完成对检测电路、驱动电路、键盘及显示器阵列的控制；检测电路应用多种形式的传感器, 实现了对电源电压检测、过零检测、温度检测、水位检测、布质布量检测、浑浊度检测等；驱动电路由单片机的并行口输出经放大后的信号, 控制洗衣机电机的速度和方向、水的温度以及进水阀、排水阀的通断；操作面板上设置了键盘、数码管、发光二极管, 用以反映洗衣过程的定时状态及手洗涤程序。系统结构如图4-1所示。
图4-1洗衣机系统结构框图
4.2 东芝单片机TMP87C846N
洗衣机模糊控制系统是一个多输入多输出系统。若用Intel的51系列获phillips系列单片机，要么需要进行I/O口拓展，要么由于这些单片机驱动能力有限，需要外加驱
14
动电路，从而使硬件电路过于复杂，增加了系统的故障率。为此，系统采用内部有A/D转换器、驱动能力强的东芝单片机TMP87C846N作为主芯片。
东芝单片机TMP87C846N是一高性能的8位单片机，具有廉价的掩膜ROM型和一次性可编程的OTP型。片内有512B的RAM，8K的ROM，不用接外扩存储器芯片；3个定时器、计数器；内部具有8位逐次逼近式A/D转换器，并带有采样保持器；有25位I/O口线，其中P0口每位可输出30mA的电流，不用外加驱动电路就可以直接驱动发光二极管等，P6口为模拟信号输入口，模拟输入信号不需要转换可直接输入P6口；因此用TMP87C846N作为系统的主芯片，可以使系统的硬件电路大大简化；同时它还具有丰富的指令系统，乘除法指令，十进制加减法指令等，功能非常强大，寻址规范，编程方便，存储效率高，执行速度快。在软件控制下，每位I/O口均可单独设置为一个输入或输出口，使控制变得简单易行。
15
第5章 软件系统分析
本系统的软件广泛采用模糊推理技术。支持该硬件系统的软件由六大模块组成: 1)系统初始化模块；2) 信号检测及处理模块；3)功能控制模块； 4)中断处理模块； 5)显示输出模块； 6)正常、过载报警模块。
模糊控制器的控制算法包括以下两个部分： 一个是模糊矩阵运算；另一个是将输入变量(浑浊度和浑浊度变化率) 模糊化处理,查找查询表并作输出处理的程序。
选择合适的采样时间是系统在调试过程中必须考虑的问题。在模糊控制系统中, 其输入变量为浑浊度和浑浊度变化率, 是通过两次采样间隔得到的, 因此为了获得较精细的控制规律, 应使浑浊度变化率的值较大, 但从一次响应过程中控制作用的次数来看, 一般不能低于5次, 否则控制不精细, 可见在模糊控制系统中选择采样时间受到以上两方面的制约。在实际控制系统设计中, 选择采样时间要进行折中考虑, 通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。洗衣机工作流程如图5-1：
图5-1 洗衣机工作流程
第6章 模糊控制系统分析
从洗衣机的运行过程可以看出，洗涤时间、洗涤剂投放量、水流强度和水流方式（电机转速）是被控对象的主要参量，衣量、衣质以及衣物的脏污程度和脏污性质是被控对象的主要输入变量。比如对于衣物的脏污程度，人们通常用很脏、一般脏、不太脏等这类模糊语言来描述。事实上，脏污程度和脏污性质的区分并不存在一个明确的界限。因而，对于洗涤过程，输入和输出之间很难找到一个精确的数学模型来描述，用常规的方法难以达到理想的效果，而采用模糊控制技术则能很好地解决这个问题。模糊控制是在总结人们生产实践经验的基础上，通过对输入量模糊化后，根据一定的模糊控制规则，决定对被控对象采用相应的控制策略。模糊控制的优势在于它不需要知道被控对象或过程的数学模型、对于不确定系统，如非线形系统能有效地控制并且具有较强的鲁棒性。模糊控制器设计由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分组成，它们都建立在知识库的基础之上。图6-1是智能洗衣机的模糊控制原理框图。
6.1 模糊规则库的建立 6.1.1模糊变量的设定
模糊控制洗衣机的输入变量主要有3个：布质、布量、脏污程度（脏污性质本应
图6-1 模糊控制原理框图
当也作为一个输入变量，但限于传感器价格、洗衣机成本原因放弃）；输出变量主要有5个：洗衣机的转速、水位、洗涤时间、温度及洗涤剂剂量，所以是3输入5输出结构。如图6-2所示。输入变量分别有几种状态（本文均以3种为例），则洗涤输入状态有27种。如果将5个输出变量均确定为3种，则洗涤输出状态有243种，需建立一个庞大的规则库。为简化模糊控制系统，首先要了解输入变量对输出变量的影响，对5种洗涤输出变量进行分析可知，温度主要决定于洗涤剂的要求，不同的洗涤剂要求的适宜温度不同；洗涤时间对洗净率来说是越长越好，而洗涤转速和水位对洗净率的影响是非线性的。为了解洗涤温度、转速、水位对洗净率的影响，从27种洗涤输入状态中选取2种状态进行3因素、3水平正交实验。其中3个因素分别为水位（A）、转速（B）、温度（C），水位和转速两个因素的三种水平的值主要根据布质、布量凭经验得出的。通过正交实验发现，洗涤转速、水位对洗净率的影响大，应作为主要因素考虑，而洗涤水位和转速主要依靠布质、布量确定。水温在洗涤剂要求范围内对洗净率的影响很小，因此将系统简化为3输入4输出的系统。
图6-2 3输入5输出洗衣机模糊控制器结构图
（1）输入量
布量：多、中多、中少、少； (论域为0-25kg) 布质：棉、棉纤、纤； (论域为1%-100%含棉量)
脏污程度：很脏、一般脏、不太脏。 (量化后的论域为0-100) （2）输出量
洗涤时间：很短、短、中长、长、很长； 洗涤剂量；很少、少、中多、多、很多；
水流强度：弱、中、强； 水位：很低、低、高、很高；
6.1.2 模糊推理规则表的建立
模糊控制器的规则库是基于专家知识和手动操作人员长期积累的经验, 是按人的直觉推理的一种语言表示形式。 通常有一系列的关系词连接而成,考虑到洗衣过程主要有三个模糊推理前件和四个模糊推理后件，采用IF-THEN规则，其表达形式为：
IF（衣量）IS(衣量的某个语言值)and（衣质）IS（衣质的某个语言值）and （脏污程度）IS（脏污程度的某个语言值）
THEN（水位）IS（水位的某个语言值）and（水流强度）IS（水流强度的某个语言值）and(洗涤时间)IS（洗涤时间的某个语言值）and(洗涤剂量)IS（洗涤剂量的某个语言值）
为了简明表示模糊规则,将上述模糊控制输出量用数字表示。 例如：洗涤时间(很短、短、中、长、很长) = ( 1、2、3、4、5), 其余3个输出量表示与此类似, 当输出量论域为3 种时,则用3个数字表示，如表6-1：
表6-1 输出量的数字表示
根据专家的经验并结合衣物的实际洗涤情况, 可得到如表6-2所示的模糊控制规则。该模糊规则用四位数字表示,第一位是水位高低、第二位是水流强度、第三位是洗涤剂投放量、第四位是洗涤时间，如“4355”表示高水位、强水流、很多洗涤剂、很长洗涤时间的控制方式。
表6-2 全自动洗衣机模糊控制规则
6.1.3 隶属函数的建立
模糊量的隶属函数全部采用梯形形式，可用参数a,b,c,d来表示。如图6-3所示。对隶属函数为三角形的变量，当b与c取值相等时，梯形可简化为三角形，这样便于软件设计。输入输出变量的模糊集及其隶属函数参见图6-4和图6-5。
图6-3 梯形隶属函数
（c）脏污程度隶属度函数
图6-4 输入变量隶属函数
（c）洗涤剂模糊子集隶属度函数
（d）洗涤时间模糊子集隶属度函数
（b）衣质隶属度函数
图6-5 输出变量隶属函数
6.2 模糊控制过程
模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论, 使其进行确定性的工作, 对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。语言变量的概念是模糊控制的基础。在模糊控制中, 模糊控制器的作用在于通过电子计算机, 根据精确量转化而来的模糊输入信息, 按照语言控制规则进行模糊推理, 给出模糊输出判决, 将其转化为精确量, 对被控对象进行控制作用。基本模糊控制系统包括模糊化处理、模糊推理
和反模糊化控制三个环节。图6-6为模糊控制器的基本结构。
图6-6 模糊控制器的基本结构
6.2.1模糊化
（1）模糊化处理就是把输入变量映射到一个合适的响应论域的量程, 这样, 精确
的输入数据就变换成适当的语言值或模糊集合的标识符。为了实现模糊控制器的标准化设计,目前在实际中常用的处理方法是Mamdani提出的方法, 就是把误差值E 和( 或者) 误差变化EC 的变化范围设定为一区间[ - n, n ] ( n
{- 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
实际中精确输入量一般不会在[ - n , n ] 之间变化, 假设它的变化范围为[ a, b ] , 这时可以通过下列公式变换：
y
2nab
(x 公式（6-1） ba2
将在[ a, b] 之间变化的变量x转换为在[ - n, n ] 之间变化的变量y。再把[ - n, n] 之间变化的连续量根据需要分成若干等级, 每个等级作为一个模糊变量, 并对应一个模糊子集合或者隶属函数。
以布量为例，其论域为0-25kg，假设实际的布量为15.5kg即x=15.5，则通过上式
便可得y=1.44。
同时，把[- 6, 6]之间的连续变化量分成了四个等级，NB（少）NS（中少）PS（中多）PB（多），并根据定义的三角隶属函数得出其语言变量赋值表如表6-3（未标出为0）：
表6-3 语言变量布量赋值表
因y=+1.44，离散后近似看成+1，查语言变量布量赋值表，在+1级上的隶属度0.25、0.75中间求取与最大者0.75对应的语言值PS的Fuzzy集合PS为： 0.250.50.7510.750.50.25PS=
1012345 = [0 0 0 0 0 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.25 0] Fuzzy集合PS便是确定数15.5的模糊化。
6.2.2 模糊控制
这一步是根据人们的操作经验总结出一套控制规则，并根据模糊集合推理对它们进行数学处理。例如对洗涤时间的选择，可写出以下一串模糊推理语句（简单起见，仍以布量为例，系统的输入变量为布量e，输出变量为时间t）：
IF e=NB THEN t=NB
~
~
IF e=NS THEN t=NS
~
~
IF e=PS THEN t=PS
~
~
IF e=PB THEN t=PB
~
~
我们知道，以上每一式表明控制规则的推理语言，都对应一个从论域x到论域y的模糊关系Rieiti,ei和ti是两个模糊量，可从上表取出；eiti是它们的笛卡尔乘积
~
~
~
~
~
~
~
(取小)。由此可得：
R1R1NBeNBt
~
~
R2NSeNSt
~
R3PSePSt
~
R4PBePBt
~
对于总的控制规则所对应的模糊关系R，由于各条语句之间是“或”的关系，故
~
可由它们相应的模糊关系相并而成（取大），即
RRi
~
i1~
4
从表2中查得：NBe= [1 0.75 0.5 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0 0] NBt= [1 0.75 0.5 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
T
BNtB R1Ne
~
NeB NtB
10.750.50.2500
=01,0.75,0.5,0.25,0,0,0,0,0,0,0,0,0
000000
10.750.50.750.750.50.50.50.50.250.250.[***********]000000000000.250.250.250.2500000000000000000000=000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000同理可得
0
0000000.250.250.250.250.2500.250.50.50.50.500.250.50.750.750.7500.250.50.7510.7500.250.50.750.750.75R0.250.50.50.50.5~
2000.250.250.250.250.25000000000000000000000000
[1**********]00000000000000000000 000000000000000000000000
0
0000
0.250.25000.50.25000.50.25000.50.25000.50.25000.50.25000.250.[***********][***********][1**********]000
0000000000000
000000R~
30000000000000R~
40
00000
[***********][***********][***********][1**********]
[***********][***********]000.250.250.250.250.25000.250.50.50.50.5000.250.50.750.750.75000.250.50.7510.75000.250.50.750.750.75000.250.50.50.50.5000.250.250.250.250.[***********]
000000000000000000
000000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000.250.250.250.25
000000.250.250.50.5000000.250.50.750.75
00
0.25
0.5
0.75
1
0000000000.250.250.50.250.50.250.50.250.50.250.50.250.250.2500
0000000000000
10.750.50.25004
RRi0~i1~
000000
0.750.750.50.250.250.250.250.25000000.50.50.50.50.50.50.50.25000000.25000.250.250.250.50.50.50.750.750.750.7510.750.750.750.750.50.50.250.250.250.25000.25000.25000.25000.25000
~
0.250.50.50.50.50.50.50.50.50.50.250000.2500.2500.2500.2500.250.250.50.50.750.750.7510.750.750.50.50.250.2500
~
00000.250.50.750.750.750.50.250.25000000.250.50.50.50.50.50.50.5000000.250.250.250.250.250.50.750.75
0000000 000.250.50.751
~
~
~
~
再根据总的控制规则的模糊关系R和输入模糊量e，合成输出模糊量t。即teR。接上例当e为PS时
~
teR0,0,0,0,0,0.25,0.5,0.75,1,0.75,0.5,0.25,0
~
~~
1
0.750.50.25000000000
0.750.50.750.50.50.50.250.50.250.50.250.250.2500000
0.50.50.2500000
0.250.250.50.750.750.750.50.2500000
00.250.50.7510.750.50.2500000
00.250.50.750.75
00.250.50.50.5
00.250.250.250.250.250.50.750.750.750.50.250
000000.250.50.7510.750.50.250
000000.250.50.750.750.750.50.250.25
000000.250.50.50.50.50.50.50.5
000000.250.250.250.250.250.50.750.75
0.750.50.250.50.250.250.250.250.250
0.50.50.50.50.250
000000
0000.250.50.751
=[0 0.25 0.5 0.5 0.5 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.5 0.5]
6.2.3 反模糊化
反模糊化即为模糊判决，就是从输出的模糊量中判决出一个精确的控制量。判决的方法有很多。例如最大隶属度法、取中位数法、加权平均法等，在此介绍加权平均法。
由上得出输出量时间的模糊量
t=[0 0.25 0.5 0.5 0.5 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.5 0.5]
~
按Zaden法可写为
00.250.50.50.50.250.50.7510.750.5 t
~6543210123456
则其加权平均值
t
6050.2540.530.520.510.2500.510.752130.7540.550.560.5
00.250.50.50.50.250.50.7510.750.50.50.5
1
0.5
因此判决控制量取“+1”级，这就是说，衣量较多时洗涤时间中长，具体时间根据映射关系不难求得。
以上以根据衣量来选择洗涤时间为例，给出了一维模糊控制器的算法。必须指出的是，实际上的模糊规则是多维的，其模糊推理过程也是复杂的，在此不做详解。
我们可以将诸多的模糊规则，根据模糊推理，实现求出一张控制表存放在电脑内，以便洗衣机工作。
6.3 模糊推理流程
模糊推理程序根据人工输入的辅料种类、洗涤剂适宜温度，和传感器检测到的布
量、布质、初洗浑浊度等数据，导出洗涤过程的所有参数。洗涤过程的每一阶段的参数由结构tagFuzzyOut说明，洗涤参数存放在结构数组FuzzyOut中。模糊推理程序流程图如图6-6所示。
图6-6 模糊推理程序流程图
总结
本设计系统介绍了全自动洗衣机的结构及模糊控制原理，给出了全自动洗衣机模糊控制的具体控制规则。以布量确定洗涤时间为例，介绍了模糊控制器设计的步骤及具体如何进行模糊推理。采用模糊控制的全自动洗衣机大大减少了对人工洗涤经验的依赖，省时、省心、省水、省电，洗净率及智能化程度全面提高。随着模糊控制技术应用的广泛开展，以及家电智能化的社会需求，模糊控制职能洗衣机日益成为洗衣机行业的主流产品。智能家电正成为模糊控制技术运用的一个新领域。
致谢
本文是在我的导师邸敏艳副教授的精心指导下完成的，感谢邸老师在论文前期阶
段给我创造了优越的学习条件。邸老师的厚爱让我在学习上、在工作能力上和为人处世方面都进步很大。在论文的修改过程中，邸老师也多次提出重要的修改意见。通过对该论文的设计，使我将所学的知识综合运用，更全面地联系在一起。另外，进一步拓宽了我的知识面，增强了我的自学能力。在此论文完成之际，特向我的导师邸敏艳副教授致以诚挚的谢意。
感谢各位论文评阅老师，感谢您能在百忙之中抽出时间为我的论文评阅指导。 最后，我还要感谢我的父母和家人，他们在精神上的鼓励和物质上的支持是促使我顺利完成四年学业和论文的巨大动力。
另外，本文参考和引用了大量的文献资料，在此，也一并向这些文献资料的作者致谢.
参考文献
[1] 窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用.北京：北京航空航天大学出社，1995：20-22 [2] 李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.北京：国防工业出版社，
1996：15-16
[3] 路立平.模糊控制洗衣机混浊度模型及检测.郑州轻工业学院学报，1996，11（2）：
10-11
[4] 贾佩山.全自动模糊控制洗衣机的设计.工业控制计算机，1998，（2）：8-9 [5] 谢宋和.负荷传感器及其在模糊控制洗衣机中的应用.家用电器科技，1998，（1）：
16-17
[6] 李丕垠, 周群, 洪承军.模糊控制洗衣机布量传感特性的影响量及修正.电子技术
应用，1998，（9）：12-13
[7] 陈兴国, 陈江鸿.模糊控制洗衣机的设计.湖南大学学报，2002，29（3）：24-25 [8] 张建钢, 钟飞, 刘革新. 模糊控制洗衣机混浊度检测系统.湖北工学院学报，2002，
17（1）:8-9
[9] 钱浚霞, 郑坚立.光电检测技术.北京：机械工业出版社,1993：10-12 42-65 [10] 李士勇.模糊控制和智能控制理论与应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1990：
45-48
[11] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版
社 ,1990：15-17
[12] 兰鸿翔.家用电器的模糊控制.北京：电力电子技术出版社,1999：41-42 [13] 贾佩山.智能模糊控制洗衣机的设计.计算机自动测量与控制, 1997，（2）：40-41 [14] 梁海麟.模糊控制技术在全自动洗衣机中的应用实例.家用电器科技,1992,（3）：
24-25
[15] 邸敏艳.开关磁阻电动机调速系统中的模糊控制技术.微电机伺服技术，2001，34
（5）：25-27
[16] 覃利秋.传感技术和模糊控制技术在洗衣机中的应用.广东石油化工高等专科学
校学报，2000，10（4）：54-56
[17] 曹玲芝.东芝单片机在洗衣机模糊控制系统中的应用.红宝丽配件报道，2000，8：
64-66
[18] 张道德，杨光友.工业洗衣机模糊控制器的设计.湖北工业大学报，2009,（1）：
1-2
[19] 刘贺, 余成波, 张方方.全自动洗衣机的模糊控制分析.重庆工学院学报，2009，
23（5）：3-5
[20] 胡经倬.洗衣机的迷糊控制.佛山大学学报，1994，12（2）：1-2
河北师范大学本科生毕业论文（设计）评议书
本科生毕业论文（设计）册
学院 职业技术学院
专业 应用电子技术教育
班级 2011届
学生 孙名卉
指导教师 邸敏艳
河北师范大学本科毕业论文（设计）任务书
编 号：职业技术学院2011届2011162
论文（设计）题目： 模糊控制洗衣机系统分析
学 院： 职业技术学院 专业： 应用电子技术教育 班级： 2007级
学生姓名： 孙名卉 学号： 2007014301 指导教师： 邸敏艳 职称： 副教授
1、论文（设计）研究目标及主要任务
本文以实现将模糊控制技术应用于全自动洗衣机的控制为目标, 在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上，对模糊控制洗衣机工作的各个环节进行了研究。
2、论文（设计）的主要内容
（1）模糊控制洗衣机的结构与基本原理
（2）模糊控制洗衣机状态信息的检测
（3）模糊控制系统分析
3、论文（设计）的基础条件及研究路线
理论调查研究
4、主要参考文献
[1] 窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用.北京：北京航空航天大学出社，1995：20-22
[2] 李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.北京：国防工业出版社，1996：15-16
[3] 路立平.模糊控制洗衣机混浊度模型及检测.郑州轻工业学院学报，1996，11（2）：10-11
[4] 贾佩山.全自动模糊控制洗衣机的设计.工业控制计算机，1998，（2）：8-9
[5] 谢宋和.负荷传感器及其在模糊控制洗衣机中的应用.家用电器科技，1998，（1）：16-17
指 导 教师： 年 月 日
教研室主任： 年 月 日
注：一式三份，学院（系）、指导教师、学生各一份
河北师范大学本科生毕业论文（设计）开题报告书
本科生毕业论文设计
题目 模糊控制洗衣机系统分析
作者姓名 孙名卉
指导教师 邸敏艳
所在学院 职业技术学院
专业（系） 应用电子技术
班级（届） 2011届
完成日期 2011 年 5 月 12 日
目录
中文摘要、关键字 .................................... (I) 英文摘要、关键字 .................... (错误！未定义书签。
第1章 绪论 ....................................... (1)
1.1 研究背景及意义 ................................... (1)
1.2 模糊控制洗衣机的发展概况 ........................ (1)
1.2.1 模糊控制技术的发展 ............................ (1)
1.2.2 洗衣机的发展概况 .............................. (2)
1.3 相关工作 ......................................... (2)
第2章 模糊控制洗衣机的结构与基本原理 ............... (3)
2.1 模糊控制洗衣机的基本结构 ........................ (3)
2.2 模糊控制洗衣机的基本原理 ........................ (3)
第3章 模糊控制洗衣机状态信息的检测 ................ (5)
3.1 负载检测 ......................................... (5)
3.1.1 一般的反电势检测方法 .......................... (5)
3.1.2 改进后的反电势检测方法 ........................ (7)
3.2 脏污检测 ......................................... (9)
3.2.1 洗涤液混浊度的传感原理 ....................... (11)
3.2.2 洗涤液混浊度的光电检测原理 ................... (12)
3.3 水位检测 ........................................ (13)
3.4 水温检测 ........................................ (13)
第4章 硬件系统分析 ............................... (14)
4.1 控制系统硬件电路 ............................... (14)
4.2 东芝单片机TMP87C846N ........................... (14)
第5章 软件系统分析 ............................... (16)
第6章 模糊控制系统分析 ............................ (17)
6.1 模糊规则库的建立 ............................... (17)
6.1.1模糊变量的设定 ................................ (17)
6.1.2 模糊推理规则表的建立 ......................... (19)
6.1.3 隶属函数的建立 ............................... (20)
6.2 模糊控制过程 .................................... (21)
6.2.1模糊化 ........................................ (22)
6.2.2 模糊控制 ..................................... (23)
6.2.3 反模糊化 ..................................... (28)
6.3 模糊推理流程 .................................... (28) 总结 .............................................. (30) 致谢 .............................................. (31) 参考文献 .......................................... (32)
模糊控制洗衣机系统分析
职业技术学院应用电子技术教育专业
指导教师 邸敏艳
作 者 孙名卉
摘要：
本文以实现将模糊控制技术应用于全自动洗衣机的控制为目的, 在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上，对模糊控制洗衣机工作的各个环节进行了研究。
首先从基本机构开始，再简述了模糊控制洗衣机的基本组成的基础上综述了宏观的系统结构。
其次再对洗衣机各部分检测装置进行深入分析的基础上，将两种衣质衣量传感器进行分析和比较，论述了改进后反电势检测方法的独特性和优越性，从而在理论上解决了检测分辨能力和精度问题，并给出了有效的检测方法。
系统全面的分析了模糊控制的全过程，确定了控制器的输入、输出变量，设计了输入输出变量的隶属函数，分析了输入输出变量之间相关性，给出了控制过程中所有的控制规则、量化计算公式、赋值表等，并结合一个实例展示了模糊化、模糊推理、反模糊化的详细计算方法和计算结果。
最后，对模糊控制洗衣机的硬件和软件系统进行简要概括，并给出了整个控制流程和工作流程。
关键词：洗衣机；传感器；模糊控制；隶属函数；模糊推理；
Abstract：
This paper combines the fuzzy control technology in order to realize the automatic washing machine control in application for the purpose of research situation, analyzes on the basis of fuzzy control, every link of the work of washing machine were studied.
First, then from the basic agency began briefly introduced the basic composition of fuzzy control washing machine based on macro system structure were reviewed.
For washing machine again next parts detection device on the basis of analyzing two kinds of clothing, qualitative clothing analyze and compare the quantity sensors, discusses the potential detection method improved the uniqueness and superiority, thus theoretically solved detection in distinguishing ability and accuracy problem, and gives an effective detection methods.
System comprehensive analysis of the whole process of the fuzzy control, determined the controller, the input and output variables of the input and output variables was designed, analyzes the membership functions of the input and output variables, and gives the correlations between process control all the control rule, quantitative calculation formula, assignment table etc, and combined with a example shows fuzzification, fuzzy reasoning, the blur the detailed calculation method and calculation results.
Finally, the fuzzy control washing machine hardware and software system, and gives the briefly summarized the whole control processes and procedures.
Key Words: washing machine; sensor; fuzzy control; membership function; fuzzy
reasoning
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
传统全自动的洗衣机有两种: 一种是机械控制式,一种是程序控制式。它们都需要用户根据不同洗涤物的布质、布量、脏污状况凭经验选择多个功能键,决策因人而异,洗涤效果自然有差别。并且大多数的家庭主妇并不能掌握正确的用法，造成功能上的浪费。因此在严格意义上说,这两种洗衣机都不能称作全自动,因为它们都不具备一下功能：
（1）自动检测衣物量和衣服肮脏程度并据此控制洗涤剂的投放量；
（2）根据待洗衣物的肮脏程度自动选择洗涤时间；
（3）检测漂洗后衣服的洁净程度并自动调整漂洗次数。
所以控制简单而且功能完善的家用电器就越来越受欢迎。随着模糊控制技术应用的广泛开展人类的这种愿望就有了实现的机会。模糊控制在电器上的应用在世界范围内得到普遍重视。
模糊控制洗衣机则是借助各种传感器的检测，用电脑全部或部分代替人脑进行洗涤过程的决策,由计算机进行模糊判断、推理和决策,并自动生成优化的洗涤方案,只需一个键就能使整个洗涤过程在无需人工干预的情况下自动完成,而且还要尽量不伤衣物、省电、省水、省时、方便、快捷。
1.2 模糊控制洗衣机的发展概况
1.2.1 模糊控制技术的发展
模糊数学和模糊控制的概念是加利福尼亚大学教授扎德(L.A.Zadeb)在他的《Fuzzy Sets》、《Algorithm》和《A Rationale For Fuzzy Control》等论著中首先提出。1974年英国伦敦大学教授E.H.Manidani首先应用模糊控制逻辑研制成功模糊控制器。1979年，英国I.J.Procyk和E.H.Manidani研制成功自组织模糊控制器，标志着模糊控制器“智能化”程度的进一步提高。1984年年底国际模糊系统学会成立。模糊控制理论
从提出至今虽然只有20多年，但是无论在模糊理论的算法、模糊推理决策、工业控制应用、模糊系统集成，及自学习、自适应和工程应用方面都取得了长足的进步。模糊控制是智能控制领域的重要发展方向，模糊控制技术被称为“21世纪的核心技术”。模糊控制技术进入商品化，使产品的自动化和智能化水平不断提高。
1.2.2 洗衣机的发展概况
我国的洗衣机发展，大致经历了仿造单筒、双筒到新水流、半自动、全自动、套缸式洗衣机。由于各个厂家都在致力于研究各种洗涤方式，以图获得多种水流和提高洗涤能力、减小对织物的缠绕磨损、使洗涤柔和均匀，应用微电子微电脑元器件、光敏检测器件的配置，尽可能多的应用高新科技成果成为了洗衣机发展的主流。
二十世纪九十年代初，国际家电市场已经推出具有智能控制特性的新型洗衣机——模糊控制洗衣机。它的出现，为洗衣机的发展开创了一个崭新的时代。三洋、三菱、松下等公司均推出了模糊洗衣机，如ASW-60W1型等等。随着模糊控制理论和技术的不断成熟，国内各大洗衣机生产厂家如荣事达、小天鹅、金羚等也都先后推出了自己的模糊控制洗衣机产品。这种洗衣机能够自动判断被洗衣物的质地软硬、重量大小，自动检测洗衣桶内水的脏污程度和脏污性质(油污或泥污)，应用模糊控制技术，预选洗衣水位，水流强度和洗涤时间，在整个洗衣过程实施监控，适时调整这些运行参量，达到最佳的洗涤效果。
目前，模糊控制洗衣机日益受到消费者的欢迎，拥有了强大的市场竞争力。
1.3 相关工作
由于模糊控制洗衣机整个系统的庞大和复杂以及对此课题研究的时间限制，不可能对该系统的每一个环节进行彻底的分析。鉴于此本人主要致力于对以下几方面的研究：
（1）研究传感器的工作原理；
（2）研究模糊控制的推理过程；
第2章 模糊控制洗衣机的结构与基本原理
2.1 模糊控制洗衣机的基本结构
模糊控制洗衣机的基本结构除了具备一般全自动洗衣机的结构外，还具备由负载传感器、温度传感器、水位传感器、光电传感器等传感器组成的反馈控制电路构成。 图2-1是某种模糊控制洗衣机的剖面图。
图2-1 某种模糊控制洗衣机的剖面图
2.2 模糊控制洗衣机的基本原理
洗衣机的模糊控制是指洗衣机通过传感器来判别衣物的重量，质地以及污染的程度，来自动确定水位的高低、洗涤剂的用量、流水强度，并确定最佳洗涤顺序。由于洗衣过程的控制对象很难用精确的数学模型来描述，所以采用传统的控制方法难以取得理想的洗涤效果，而模糊控制方法却能很好地解决这个问题。在洗涤衣物过程中，衣物的多少，面料的软硬等都是模糊量，所以首先做大量的实验，总结出人为洗涤方式，从而形成模糊控制规则。根据传感器接收的信息，洗衣机判断出衣物多少，面料软硬和脏污程度、脏污性质，推理做出模糊决策。从而完成注水量、洗涤时间、水流
强弱、洗涤方式、脱水时间、排水等所有功能，自动地完成“进水”、“洗涤”、“排水”、“脱水”等全过程。
图2-2是模糊控制洗衣机系统结构框图。这是一个多路输入和多路输出的控制系统。多路输入包括对水温、水位、水的透光度和洗衣电动机停机后转动质性的检测数据。这些数据输入控制系统后被模糊化处理, 系统根据处理结果和由人工洗衣总结出来的控制规则, 进行模糊控制运算, 获得控制决策, 并通过控制执行机构去控制输出量。这其中, 系统以水温和水的透光度检测数据, 作为分析判断水对洗涤剂的溶解状况和衣物脏污情况的依据, 决定洗涤剂投放量和洗涤时间。以对洗衣电动机低速运转后的惯性检测数据作为分析判断衣质、衣量情况的依据, 决定供水量和洗涤时水流方式后者通过控制电动机转速及其正、反运转实现。此外, 系统还通过检测水位, 保证按设定的水位自动供水。通过洗清时（即漂洗）检测水的透光度，判断水变清情况，以确定漂洗结束，自动转入脱水操作。
图2-2 模糊控制洗衣机系统结构框图
第3章 模糊控制洗衣机状态信息的检测
要对洗衣机进行控制,首先要用各种传感器不断的检测相关的状态,以作为控制的依据。下面介绍在模糊控制洗衣机中所用各种参数的检测原理和技术,在检测中要用到负载传感器、温度传感器、水位传感器、光电传感器等。
3.1 负载检测
负载检测传感器作为模糊控制洗衣机中的关键技术之一，其主要任务是检测布质和布量，为水位高低、水流强弱的自动决策提供必要的客观信息。测量布质布量的方法，通常有测电流法、测电流波动范围法、测转速法、测反电势法等四种基本方法，由于前三种方法比较复杂、成本高并且精度不高，因此，基本上国内外生产厂家均不使用。
测反电势方法比较简单，其基本原理是：洗衣机电机带负载短时运转后，突然切断电源，由于惯性作用电机将会维持短时间旋转，此时，转子剩磁切割定子绕组而产生感应电势，此电势可以从定子绕组两端取出。在衣物的阻尼作用下，电机转速不断下降，反电势也随时间增加呈衰减振荡趋势消失。实验结果表明，反电势信号的衰减振荡特性与被洗衣物的多少和质量有关。一般而言，衣物愈多、愈硬，反电势衰减愈快。
3.1.1 一般的反电势检测方法
先将断电后的反电势交流信号经过半波整流变成直流信号，再经过整形放大变成脉冲信号，最后送到单片机进行脉冲个数的计数（如图3-1）。根据采集到的脉冲个数来判定布量，认为脉冲个数愈少，说明被洗衣物愈多，反之亦然（如图3-2）。
图3-1 脉冲检测电路
t
t
图3-2 衣量分析
对于衣质，则主要可分为棉布、混纺、化纤三大类。棉质衣物和化纤衣物在不同的水位下有不同的阻尼，由于化纤衣物的阻尼对水位敏感程度不及棉质衣物，可以通过在不同水位下停机检测感应电动势脉冲个数的差值来判断衣质。脉冲个数差值越大的，衣物是棉布的可能性就越大。脉冲个数差值越小，衣物是化纤的可能性就越大（如图3-3）。
图3-3 衣质分析
6
3.1.2 改进后的反电势检测方法
理论分析和实验观察发现，这种方法只利用脉冲个数信息比较片面，对布质布量信号的分辨能力不高，相对而言分散性比较大。
本文在不增加硬件开销的条件下，设计了一种新的布质布量接口电路（如图3-4），不仅能够测到脉冲的个数，而且能够采集到脉宽、脉冲周期(频率)。比较理想地全面看到反电势的衰减振荡特性。在脉冲个数相同的条件下也能够进一步区分布质布量信息，提高检测精度。
图3-4 负载检测电路原理图
INT1
（1）衣量的检测
在放入要洗的衣物后,放水启动电动机，反复用开0.3s、关0.7s的脉冲电压驱动电动机32s,在此过程中,用光电耦合器发送与接受的脉冲来计量在关断期间轮盘的惯性转动的圈数。这时，衣物多，转动的时间就短，计数脉冲数就少；反之则多。技术脉冲与衣物重量关系曲线如图3-5所示。
7
图3-5 衣量分析
（2）质料的检测
包括棉织品与化纤制品的区分和柔软布料与粗厚布料的区分。具体方法如下： 在检测负载的基础上，把水放掉一点，同样用开0.3s、关0.7s的脉冲电压驱动电动机32s，记下脉冲数为N；若检测负载时的脉冲数是M，那么根据M-N的值就可判断质料分布比例的大体情况。棉织品越多，M-N的值越大，反之则小。图3-6表示棉织品与化纤制品的比例不同时，两次测量脉冲数的关系曲线。
同样是棉织品，但是对于像毛巾这样的柔软布料与牛仔布类的硬厚布料，其洗涤方法是不同的。如何加以区分呢？那就要用水位传感器来配合测量。具体方法是：在注水进行脉冲驱动32s后，比较启动前后水的变化量。若变化量很小，说明布料容易吸水，倾向于是毛巾类布料，反之可能是牛仔布类的布料。这是因为后者布料吸水慢，往往要搅动一段时间后才能充分吸水。这就会使水位变化量大。图3-7是在这两种情况下水位的变化曲线。
图 3-6 棉织品与化纤制品辨别曲线
8
图3-7 柔软布料和硬厚布料的水位变化曲线
如果测量的是驱动电流模拟量，也可通过对驱动电流的波形变化来识别。图3-8是两种典型的不同软硬度布料情况下的驱动电流波形比较：
图3-8 不同软硬度布料情况下驱动电流比较
3.2 脏污检测
脏污检测包括脏污程度检测和脏污性质检测两部份。通过安装在排水口的红外光浑浊度传感器分析出透光率的变化而检测出脏污程度和脏污性质。
9
河北师范大学本科生毕业论文
如图3-9发光二极管和光敏管分别相对的安装在管子的两边。 排水时, 启动红外发光管, 并使其工作电流恒定。发光二极管发出的光经聚焦后，透出水被光敏管接好，接受的强度就反映出水的透明度，也就是水的污浊的程度。这是一种间接测量衣物污垢的方法，因为衣物脏的程度与洗涤水的污浊度有着正相关的关系。他的输出变化曲线如图3-10所示。
图3-9 脏污检测装置
光透度
时间
光透度
时间
（a）污垢程度光率曲线图 （b）污垢性质光率曲
图3-10 污垢检测光率曲线图
从图3-10的（a）和（b）中可知，开始注入清水，透明度很高，随着污垢析出，水逐渐变浊，透明度下降，最后就有一个饱和稳定值。由于脏污程度较重的衣物在洗涤一段时间后透光率变化较大，而脏污程度较轻的透光率变化较小。脏污性质可用透光率变化的快慢来进行判断，油性脏污的溶解速度慢，因而透光率的变化率小。而泥性脏污的透光率的变化率大。因而，通过对排水口液体的透光率变化的绝对量和相对
10
量的检测，判断出衣物的脏污程度和脏污性质。
另外根据同样的思路，如图3-11所示，还可从透光率的变化知道洗涤剂用的是固体粉末状态的还是液态的。
洗涤液混浊状况的定量表示与自动检测是洗衣机实现模糊控制的基础。虽然物理学和化学对液体的混浊度有严格的定义 ,但从考察洗涤物脏污情况的角度看 ,这里所称的混浊状况实际是指洗涤液在投入衣物和洗衣粉运转前后其污浊程度的变化情况 。有的结构型和物性型传感器均无法直接检测这种意义上的混浊度。
图3-11 用不同洗涤剂时透光率曲线
3.2.1 洗涤液混浊度的传感原理
由于洗衣机中洗涤液的成份复杂 ,对其混浊度的检测只能是间接的。一个可行的方法是通过检测洗涤液对光的吸收程度来衡量其混浊程度 。这种方法的理论依据是物理学中的朗伯定律 ,该定律指出：当光在介质中传播时 ,由于介质对辐射能量的吸收作用 ,辐射光强将随传播距离作指数衰减 。再考虑到光传播过程中的散射损失 ,则有
II0e()x 公式（3-1）
式中： I0-----介质表面入射光强； x-----光在介质中的传播距离； I-----光传播至x处时的光强； -----介质对光的吸收系数； -----介质对光的散射系数； 、与介质的物理性质有关。
11
当光在洗衣机洗涤液中传播时,假设入射光强和光的传播距离均为固定 ,则从洗涤液中透射出的光强便反映出洗涤液的混浊程度,亦即反映出洗涤液对光的吸收和散射系数。这就是洗涤液混浊度的传感机理。
3.2.2 洗涤液混浊度的光电检测原理
根据上述混浊度传感机理进行混浊度检测时,需要建立一套光电检测系统。图 3-12给出了洗衣机洗涤液混浊度检测系统示意图。
图3-12中发光二极管LED在驱动电流激励下发出光辐射 ,光电池 PD接收从洗涤液中射出的光辐射,并产生光电流 ,当发光二极管的驱动电流为某一定值时,它的光辐射的功率便是确定的。此时,光电池的短路光电流的电流值隐含了被测洗涤液的混浊度, 由此可以进一步研究混浊度的解析表达。
图3-12 洗涤液混浊度检测系统示意图
被测介质
在模糊控制洗衣机中,判定洗涤液混浊度要对光电转换信号进行处理。因为在一定范围内发光二极管的光辐射功率与驱动电流成正比,光电池的短路输出电流与入射光强成正比,所以可将洗涤液的混浊度定义为发光二极管的驱动电流与光电池的短路输出电流之比,即
CID/IS 公式（3-2）
式中： C--洗涤液混浊度；
ID--发光二极管驱动电流； IS--光电池短路输出电流。
12
3.3 水位检测
水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机, 要求水位的检测必须是连续的,故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件, 将被测物体的变化转变为LC参数的变化,最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动, 带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图3-13所示,为便于与单片机接口, 水位传感器采用数字振荡电路,电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1,随着水位变化,谐振频率作相应变化,放大器的输出,经A2整形后即可将数字量接到单片机。
图3-13 水位传感器检测电路
3.4 水温检测
水温检测是通过热电耦测量的。它把洗衣机启动时的温度作为当时的温度,然后在检测供水的温度,以作为洗衣条件之一,根据需要可以对水加热控温。它的工作原理是利用两种不同金属导线的相互连接,由于两连接点的温度差别而产生一电动势。该电动势与所用金属的性质有关,也与温差的大小有关,有严格的对应关系。
13
第4章 硬件系统分析
4.1 控制系统硬件电路
模糊控制全自动滚筒洗衣机主要由单片机最小系统、检测电路、驱动电路、控制面板和电源电路等五部分组成。单片机最小系统主要以东芝公司单片机TMP87C846N和EEPROM 存储器为核心, 完成对检测电路、驱动电路、键盘及显示器阵列的控制；检测电路应用多种形式的传感器, 实现了对电源电压检测、过零检测、温度检测、水位检测、布质布量检测、浑浊度检测等；驱动电路由单片机的并行口输出经放大后的信号, 控制洗衣机电机的速度和方向、水的温度以及进水阀、排水阀的通断；操作面板上设置了键盘、数码管、发光二极管, 用以反映洗衣过程的定时状态及手洗涤程序。系统结构如图4-1所示。
图4-1洗衣机系统结构框图
4.2 东芝单片机TMP87C846N
洗衣机模糊控制系统是一个多输入多输出系统。若用Intel的51系列获phillips系列单片机，要么需要进行I/O口拓展，要么由于这些单片机驱动能力有限，需要外加驱
14
动电路，从而使硬件电路过于复杂，增加了系统的故障率。为此，系统采用内部有A/D转换器、驱动能力强的东芝单片机TMP87C846N作为主芯片。
东芝单片机TMP87C846N是一高性能的8位单片机，具有廉价的掩膜ROM型和一次性可编程的OTP型。片内有512B的RAM，8K的ROM，不用接外扩存储器芯片；3个定时器、计数器；内部具有8位逐次逼近式A/D转换器，并带有采样保持器；有25位I/O口线，其中P0口每位可输出30mA的电流，不用外加驱动电路就可以直接驱动发光二极管等，P6口为模拟信号输入口，模拟输入信号不需要转换可直接输入P6口；因此用TMP87C846N作为系统的主芯片，可以使系统的硬件电路大大简化；同时它还具有丰富的指令系统，乘除法指令，十进制加减法指令等，功能非常强大，寻址规范，编程方便，存储效率高，执行速度快。在软件控制下，每位I/O口均可单独设置为一个输入或输出口，使控制变得简单易行。
15
第5章 软件系统分析
本系统的软件广泛采用模糊推理技术。支持该硬件系统的软件由六大模块组成: 1)系统初始化模块；2) 信号检测及处理模块；3)功能控制模块； 4)中断处理模块； 5)显示输出模块； 6)正常、过载报警模块。
模糊控制器的控制算法包括以下两个部分： 一个是模糊矩阵运算；另一个是将输入变量(浑浊度和浑浊度变化率) 模糊化处理,查找查询表并作输出处理的程序。
选择合适的采样时间是系统在调试过程中必须考虑的问题。在模糊控制系统中, 其输入变量为浑浊度和浑浊度变化率, 是通过两次采样间隔得到的, 因此为了获得较精细的控制规律, 应使浑浊度变化率的值较大, 但从一次响应过程中控制作用的次数来看, 一般不能低于5次, 否则控制不精细, 可见在模糊控制系统中选择采样时间受到以上两方面的制约。在实际控制系统设计中, 选择采样时间要进行折中考虑, 通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。洗衣机工作流程如图5-1：
图5-1 洗衣机工作流程
第6章 模糊控制系统分析
从洗衣机的运行过程可以看出，洗涤时间、洗涤剂投放量、水流强度和水流方式（电机转速）是被控对象的主要参量，衣量、衣质以及衣物的脏污程度和脏污性质是被控对象的主要输入变量。比如对于衣物的脏污程度，人们通常用很脏、一般脏、不太脏等这类模糊语言来描述。事实上，脏污程度和脏污性质的区分并不存在一个明确的界限。因而，对于洗涤过程，输入和输出之间很难找到一个精确的数学模型来描述，用常规的方法难以达到理想的效果，而采用模糊控制技术则能很好地解决这个问题。模糊控制是在总结人们生产实践经验的基础上，通过对输入量模糊化后，根据一定的模糊控制规则，决定对被控对象采用相应的控制策略。模糊控制的优势在于它不需要知道被控对象或过程的数学模型、对于不确定系统，如非线形系统能有效地控制并且具有较强的鲁棒性。模糊控制器设计由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分组成，它们都建立在知识库的基础之上。图6-1是智能洗衣机的模糊控制原理框图。
6.1 模糊规则库的建立 6.1.1模糊变量的设定
模糊控制洗衣机的输入变量主要有3个：布质、布量、脏污程度（脏污性质本应
图6-1 模糊控制原理框图
当也作为一个输入变量，但限于传感器价格、洗衣机成本原因放弃）；输出变量主要有5个：洗衣机的转速、水位、洗涤时间、温度及洗涤剂剂量，所以是3输入5输出结构。如图6-2所示。输入变量分别有几种状态（本文均以3种为例），则洗涤输入状态有27种。如果将5个输出变量均确定为3种，则洗涤输出状态有243种，需建立一个庞大的规则库。为简化模糊控制系统，首先要了解输入变量对输出变量的影响，对5种洗涤输出变量进行分析可知，温度主要决定于洗涤剂的要求，不同的洗涤剂要求的适宜温度不同；洗涤时间对洗净率来说是越长越好，而洗涤转速和水位对洗净率的影响是非线性的。为了解洗涤温度、转速、水位对洗净率的影响，从27种洗涤输入状态中选取2种状态进行3因素、3水平正交实验。其中3个因素分别为水位（A）、转速（B）、温度（C），水位和转速两个因素的三种水平的值主要根据布质、布量凭经验得出的。通过正交实验发现，洗涤转速、水位对洗净率的影响大，应作为主要因素考虑，而洗涤水位和转速主要依靠布质、布量确定。水温在洗涤剂要求范围内对洗净率的影响很小，因此将系统简化为3输入4输出的系统。
图6-2 3输入5输出洗衣机模糊控制器结构图
（1）输入量
布量：多、中多、中少、少； (论域为0-25kg) 布质：棉、棉纤、纤； (论域为1%-100%含棉量)
脏污程度：很脏、一般脏、不太脏。 (量化后的论域为0-100) （2）输出量
洗涤时间：很短、短、中长、长、很长； 洗涤剂量；很少、少、中多、多、很多；
水流强度：弱、中、强； 水位：很低、低、高、很高；
6.1.2 模糊推理规则表的建立
模糊控制器的规则库是基于专家知识和手动操作人员长期积累的经验, 是按人的直觉推理的一种语言表示形式。 通常有一系列的关系词连接而成,考虑到洗衣过程主要有三个模糊推理前件和四个模糊推理后件，采用IF-THEN规则，其表达形式为：
IF（衣量）IS(衣量的某个语言值)and（衣质）IS（衣质的某个语言值）and （脏污程度）IS（脏污程度的某个语言值）
THEN（水位）IS（水位的某个语言值）and（水流强度）IS（水流强度的某个语言值）and(洗涤时间)IS（洗涤时间的某个语言值）and(洗涤剂量)IS（洗涤剂量的某个语言值）
为了简明表示模糊规则,将上述模糊控制输出量用数字表示。 例如：洗涤时间(很短、短、中、长、很长) = ( 1、2、3、4、5), 其余3个输出量表示与此类似, 当输出量论域为3 种时,则用3个数字表示，如表6-1：
表6-1 输出量的数字表示
根据专家的经验并结合衣物的实际洗涤情况, 可得到如表6-2所示的模糊控制规则。该模糊规则用四位数字表示,第一位是水位高低、第二位是水流强度、第三位是洗涤剂投放量、第四位是洗涤时间，如“4355”表示高水位、强水流、很多洗涤剂、很长洗涤时间的控制方式。
表6-2 全自动洗衣机模糊控制规则
6.1.3 隶属函数的建立
模糊量的隶属函数全部采用梯形形式，可用参数a,b,c,d来表示。如图6-3所示。对隶属函数为三角形的变量，当b与c取值相等时，梯形可简化为三角形，这样便于软件设计。输入输出变量的模糊集及其隶属函数参见图6-4和图6-5。
图6-3 梯形隶属函数
（c）脏污程度隶属度函数
图6-4 输入变量隶属函数
（c）洗涤剂模糊子集隶属度函数
（d）洗涤时间模糊子集隶属度函数
（b）衣质隶属度函数
图6-5 输出变量隶属函数
6.2 模糊控制过程
模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论, 使其进行确定性的工作, 对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。语言变量的概念是模糊控制的基础。在模糊控制中, 模糊控制器的作用在于通过电子计算机, 根据精确量转化而来的模糊输入信息, 按照语言控制规则进行模糊推理, 给出模糊输出判决, 将其转化为精确量, 对被控对象进行控制作用。基本模糊控制系统包括模糊化处理、模糊推理
和反模糊化控制三个环节。图6-6为模糊控制器的基本结构。
图6-6 模糊控制器的基本结构
6.2.1模糊化
（1）模糊化处理就是把输入变量映射到一个合适的响应论域的量程, 这样, 精确
的输入数据就变换成适当的语言值或模糊集合的标识符。为了实现模糊控制器的标准化设计,目前在实际中常用的处理方法是Mamdani提出的方法, 就是把误差值E 和( 或者) 误差变化EC 的变化范围设定为一区间[ - n, n ] ( n
{- 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
实际中精确输入量一般不会在[ - n , n ] 之间变化, 假设它的变化范围为[ a, b ] , 这时可以通过下列公式变换：
y
2nab
(x 公式（6-1） ba2
将在[ a, b] 之间变化的变量x转换为在[ - n, n ] 之间变化的变量y。再把[ - n, n] 之间变化的连续量根据需要分成若干等级, 每个等级作为一个模糊变量, 并对应一个模糊子集合或者隶属函数。
以布量为例，其论域为0-25kg，假设实际的布量为15.5kg即x=15.5，则通过上式
便可得y=1.44。
同时，把[- 6, 6]之间的连续变化量分成了四个等级，NB（少）NS（中少）PS（中多）PB（多），并根据定义的三角隶属函数得出其语言变量赋值表如表6-3（未标出为0）：
表6-3 语言变量布量赋值表
因y=+1.44，离散后近似看成+1，查语言变量布量赋值表，在+1级上的隶属度0.25、0.75中间求取与最大者0.75对应的语言值PS的Fuzzy集合PS为： 0.250.50.7510.750.50.25PS=
1012345 = [0 0 0 0 0 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.25 0] Fuzzy集合PS便是确定数15.5的模糊化。
6.2.2 模糊控制
这一步是根据人们的操作经验总结出一套控制规则，并根据模糊集合推理对它们进行数学处理。例如对洗涤时间的选择，可写出以下一串模糊推理语句（简单起见，仍以布量为例，系统的输入变量为布量e，输出变量为时间t）：
IF e=NB THEN t=NB
~
~
IF e=NS THEN t=NS
~
~
IF e=PS THEN t=PS
~
~
IF e=PB THEN t=PB
~
~
我们知道，以上每一式表明控制规则的推理语言，都对应一个从论域x到论域y的模糊关系Rieiti,ei和ti是两个模糊量，可从上表取出；eiti是它们的笛卡尔乘积
~
~
~
~
~
~
~
(取小)。由此可得：
R1R1NBeNBt
~
~
R2NSeNSt
~
R3PSePSt
~
R4PBePBt
~
对于总的控制规则所对应的模糊关系R，由于各条语句之间是“或”的关系，故
~
可由它们相应的模糊关系相并而成（取大），即
RRi
~
i1~
4
从表2中查得：NBe= [1 0.75 0.5 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0 0] NBt= [1 0.75 0.5 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
T
BNtB R1Ne
~
NeB NtB
10.750.50.2500
=01,0.75,0.5,0.25,0,0,0,0,0,0,0,0,0
000000
10.750.50.750.750.50.50.50.50.250.250.[***********]000000000000.250.250.250.2500000000000000000000=000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000同理可得
0
0000000.250.250.250.250.2500.250.50.50.50.500.250.50.750.750.7500.250.50.7510.7500.250.50.750.750.75R0.250.50.50.50.5~
2000.250.250.250.250.25000000000000000000000000
[1**********]00000000000000000000 000000000000000000000000
0
0000
0.250.25000.50.25000.50.25000.50.25000.50.25000.50.25000.250.[***********][***********][1**********]000
0000000000000
000000R~
30000000000000R~
40
00000
[***********][***********][***********][1**********]
[***********][***********]000.250.250.250.250.25000.250.50.50.50.5000.250.50.750.750.75000.250.50.7510.75000.250.50.750.750.75000.250.50.50.50.5000.250.250.250.250.[***********]
000000000000000000
000000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000.250.250.250.25
000000.250.250.50.5000000.250.50.750.75
00
0.25
0.5
0.75
1
0000000000.250.250.50.250.50.250.50.250.50.250.50.250.250.2500
0000000000000
10.750.50.25004
RRi0~i1~
000000
0.750.750.50.250.250.250.250.25000000.50.50.50.50.50.50.50.25000000.25000.250.250.250.50.50.50.750.750.750.7510.750.750.750.750.50.50.250.250.250.25000.25000.25000.25000.25000
~
0.250.50.50.50.50.50.50.50.50.50.250000.2500.2500.2500.2500.250.250.50.50.750.750.7510.750.750.50.50.250.2500
~
00000.250.50.750.750.750.50.250.25000000.250.50.50.50.50.50.50.5000000.250.250.250.250.250.50.750.75
0000000 000.250.50.751
~
~
~
~
再根据总的控制规则的模糊关系R和输入模糊量e，合成输出模糊量t。即teR。接上例当e为PS时
~
teR0,0,0,0,0,0.25,0.5,0.75,1,0.75,0.5,0.25,0
~
~~
1
0.750.50.25000000000
0.750.50.750.50.50.50.250.50.250.50.250.250.2500000
0.50.50.2500000
0.250.250.50.750.750.750.50.2500000
00.250.50.7510.750.50.2500000
00.250.50.750.75
00.250.50.50.5
00.250.250.250.250.250.50.750.750.750.50.250
000000.250.50.7510.750.50.250
000000.250.50.750.750.750.50.250.25
000000.250.50.50.50.50.50.50.5
000000.250.250.250.250.250.50.750.75
0.750.50.250.50.250.250.250.250.250
0.50.50.50.50.250
000000
0000.250.50.751
=[0 0.25 0.5 0.5 0.5 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.5 0.5]
6.2.3 反模糊化
反模糊化即为模糊判决，就是从输出的模糊量中判决出一个精确的控制量。判决的方法有很多。例如最大隶属度法、取中位数法、加权平均法等，在此介绍加权平均法。
由上得出输出量时间的模糊量
t=[0 0.25 0.5 0.5 0.5 0.25 0.5 0.75 1 0.75 0.5 0.5 0.5]
~
按Zaden法可写为
00.250.50.50.50.250.50.7510.750.5 t
~6543210123456
则其加权平均值
t
6050.2540.530.520.510.2500.510.752130.7540.550.560.5
00.250.50.50.50.250.50.7510.750.50.50.5
1
0.5
因此判决控制量取“+1”级，这就是说，衣量较多时洗涤时间中长，具体时间根据映射关系不难求得。
以上以根据衣量来选择洗涤时间为例，给出了一维模糊控制器的算法。必须指出的是，实际上的模糊规则是多维的，其模糊推理过程也是复杂的，在此不做详解。
我们可以将诸多的模糊规则，根据模糊推理，实现求出一张控制表存放在电脑内，以便洗衣机工作。
6.3 模糊推理流程
模糊推理程序根据人工输入的辅料种类、洗涤剂适宜温度，和传感器检测到的布
量、布质、初洗浑浊度等数据，导出洗涤过程的所有参数。洗涤过程的每一阶段的参数由结构tagFuzzyOut说明，洗涤参数存放在结构数组FuzzyOut中。模糊推理程序流程图如图6-6所示。
图6-6 模糊推理程序流程图
总结
本设计系统介绍了全自动洗衣机的结构及模糊控制原理，给出了全自动洗衣机模糊控制的具体控制规则。以布量确定洗涤时间为例，介绍了模糊控制器设计的步骤及具体如何进行模糊推理。采用模糊控制的全自动洗衣机大大减少了对人工洗涤经验的依赖，省时、省心、省水、省电，洗净率及智能化程度全面提高。随着模糊控制技术应用的广泛开展，以及家电智能化的社会需求，模糊控制职能洗衣机日益成为洗衣机行业的主流产品。智能家电正成为模糊控制技术运用的一个新领域。
致谢
本文是在我的导师邸敏艳副教授的精心指导下完成的，感谢邸老师在论文前期阶
段给我创造了优越的学习条件。邸老师的厚爱让我在学习上、在工作能力上和为人处世方面都进步很大。在论文的修改过程中，邸老师也多次提出重要的修改意见。通过对该论文的设计，使我将所学的知识综合运用，更全面地联系在一起。另外，进一步拓宽了我的知识面，增强了我的自学能力。在此论文完成之际，特向我的导师邸敏艳副教授致以诚挚的谢意。
感谢各位论文评阅老师，感谢您能在百忙之中抽出时间为我的论文评阅指导。 最后，我还要感谢我的父母和家人，他们在精神上的鼓励和物质上的支持是促使我顺利完成四年学业和论文的巨大动力。
另外，本文参考和引用了大量的文献资料，在此，也一并向这些文献资料的作者致谢.
参考文献
[1] 窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用.北京：北京航空航天大学出社，1995：20-22 [2] 李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.北京：国防工业出版社，
1996：15-16
[3] 路立平.模糊控制洗衣机混浊度模型及检测.郑州轻工业学院学报，1996，11（2）：
10-11
[4] 贾佩山.全自动模糊控制洗衣机的设计.工业控制计算机，1998，（2）：8-9 [5] 谢宋和.负荷传感器及其在模糊控制洗衣机中的应用.家用电器科技，1998，（1）：
16-17
[6] 李丕垠, 周群, 洪承军.模糊控制洗衣机布量传感特性的影响量及修正.电子技术
应用，1998，（9）：12-13
[7] 陈兴国, 陈江鸿.模糊控制洗衣机的设计.湖南大学学报，2002，29（3）：24-25 [8] 张建钢, 钟飞, 刘革新. 模糊控制洗衣机混浊度检测系统.湖北工学院学报，2002，
17（1）:8-9
[9] 钱浚霞, 郑坚立.光电检测技术.北京：机械工业出版社,1993：10-12 42-65 [10] 李士勇.模糊控制和智能控制理论与应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1990：
45-48
[11] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版
社 ,1990：15-17
[12] 兰鸿翔.家用电器的模糊控制.北京：电力电子技术出版社,1999：41-42 [13] 贾佩山.智能模糊控制洗衣机的设计.计算机自动测量与控制, 1997，（2）：40-41 [14] 梁海麟.模糊控制技术在全自动洗衣机中的应用实例.家用电器科技,1992,（3）：
24-25
[15] 邸敏艳.开关磁阻电动机调速系统中的模糊控制技术.微电机伺服技术，2001，34
（5）：25-27
[16] 覃利秋.传感技术和模糊控制技术在洗衣机中的应用.广东石油化工高等专科学
校学报，2000，10（4）：54-56
[17] 曹玲芝.东芝单片机在洗衣机模糊控制系统中的应用.红宝丽配件报道，2000，8：
64-66
[18] 张道德，杨光友.工业洗衣机模糊控制器的设计.湖北工业大学报，2009,（1）：
1-2
[19] 刘贺, 余成波, 张方方.全自动洗衣机的模糊控制分析.重庆工学院学报，2009，
23（5）：3-5
[20] 胡经倬.洗衣机的迷糊控制.佛山大学学报，1994，12（2）：1-2
河北师范大学本科生毕业论文（设计）评议书