it计算机]基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计毕业论文

it计算机]基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计毕业论文内容摘要：

作提出改进建议。 第二章 洗衣机控制板的模糊控制理论 5 第二章 洗衣机控制板的模糊控制 理论 概论 模糊逻辑 是 FuzzyL ogic 的中文译意，它有别于传统逻辑和数理逻辑。 传统逻辑和数理逻辑一般用于解决精确问题，但对于很多实际问题 (如语言学，心理学，社会科学等 )它们则显得“力不从心”，模糊逻辑却适于这些问题的求解。 模糊逻辑通过隶属函数恰当地描述事物的模糊性，并把具有模糊现象和模糊概念的事物处理成精确的东西。 1963 年，美国的自动控制理论专家扎德 ()在加州大学提出的模糊集合理论标志着模糊逻辑的诞生 :1974 年，伦敦的 QueenM ary 学院的马丹尼 ()首次用模糊逻辑和模糊推理实现了第一个实验性的蒸汽机控制，并取得了比传统控制更好的效果，从而宣告了模糊控制的问世 .本章主要对设计过程中用到的一些模糊逻辑和模糊控制中的理论做了一些简单的介绍，以为后面的设计工作打下理论基础。 模糊集合和隶属度 函数 模糊集合 模糊集合 为了描述具有模糊性的事物，人们引入了模糊集合的概念。 模糊集合是模糊理论的基础，可简单地表述为 :一般而言， 在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和称为模糊集合。 [3] 隶属函数 在模糊理论中，对模糊性的描述是通过隶属函数实现的 .隶属函数是模糊数学中最荃本和最重要的概念 .在定义隶属函数之前，先给出特征函数的概念 : 对于给定论域 U的子集 A，映射  1,0: UA 定义为 :   AAA  01)( 则称 A 为集合 A 的特征函数，它说明论域 U中的每个二值函数 A 对应于一个集合 A。 隶属函数的定义 ： 用于描述模糊集合，并在 [0， 1]闭区间可以连续取值的特征函数叫做隶属函数。 隶属函数用 A 表示，其中 A 表示模糊集合 A，而 x 是 A 的元素。 隶属函数满足 1)(0  A。 隶属函数的确定并没有统一的方法，用不同的方法所确定的隶属函数并不同，一个隶属函数的准确与否主要是看它与实际是否相一致。 隶属函数的确定方法有很多种 ，在实际应用中，较多采用统计法，它是对模糊性事物的可能性程度进行统计的一种方法。 茂名 学院本科毕业 (设计 )论文 :基于单片机的仿人智能温控器的研究与设计 6 模糊 关系和 模糊矩阵 首先给出模糊关系的定义 : 以集合 A 和 B 的直积 A B，即 },|),{( BbAabaBA  作为论域的一个模糊子集 R ，称为集合 A 到 B 的模糊关系，可记为 BAR 。 若BAba ),( ，则称 ),( baR (简记为 ),( baR ) 为 (a,b)具有关系 R 的程度。 模糊矩阵用于表示模糊关系 R ，本质上二者是一致的，因此，也用 R 来表示模糊矩阵。 定义模糊矩阵如下 : 设存在有限集 },{ 21 naaaA  ， },{ 21 nbbbB  ，则 A B 中的模糊关系 R 可表示为m n 阶矩阵 ： ),(),(),(),(),(),(),(),(),(212221212111nmmmnnbaRbaRbaRbaRbaRbaRbaRbaRbaR 此矩阵称为模糊矩阵用 ),(jiji aaRr 表示模糊矩阵中的元素，则模糊矩阵表示为：nmijrR  )(。 模糊语言和模糊条件句 模糊语言 广义上讲，一切具有模糊性的语言都可称为模糊语言，它包括自然语言和数学上的模糊语言。 狭义的模糊语言是指数学上的模糊语言，由于它可用于研究语言的模糊性和推理，因此在模糊控制中具有极为重要的地位。 由于 在 模 糊控制中所使用的控制规则是人们在实际工作中的经验总结，因此它们一般是用人们的语言来表达的，即模 糊控制规则是用模糊语言表示的，所以在模糊语言中 ，语言变 量 是一个相当重要的概念，其定义如下 ： 语言变 量 是由一个五元体 (N， T (N)， U， M， G )来表征的变量，其中各个元素的意义为 ： (1 )N 是变 量 名称，即单词 X,如年龄，高矮，颜色，体积等。 (2)T(N)是 N 的语言变量真值的集合，每个语言真值都是 U 上的模糊集合。 T(N )的 元 素可分为原始项和合成项两类，原始项是表示语言真值的最小单位，如少 年 ， 老年等 :合成项则可由原始项和语气算子、否定词、联结词等组成。 (3)U是 N 的论域。 (4)M 是词义规则 ，词义用 )(xM 表示， UxM )(。 词义规则 M 规定了 U中元素 y对 )(xM 的隶属度。 (5) G 是词法规则，它规定原则词，即原始项构成合成项之后的词义变化，如在组成合成词时，要用到联结词“且”，则语法规则为 ： 第二章 洗衣机控制板的模糊控制理论 7 BABA  且 模糊控制规则 模糊控制规则的表现形式一般可用三种条件语句形式表示。 在模糊条件语句中其前提部分称为前件，结论部分则为后件。 .“ if A then B” 型 设有论域 X， Y，若存在 X Y 上的二元模糊关系 BAR  ，则隶属函数为))()(())(1(),(),( yxxyxyx BAABAR   ， 其中 : XA ， YB。 用模糊矩阵可表示为 BAAR C  。 .， “ if A then B else C” 语句 设有论 域 X， Y， Z， XA ， YB ， YC 则有二元模糊关系 )()( CABAR C  的隶属函数为 ： )]())(1[()]()([),( yxxxyx CABAR   用模糊矩阵可表示为 )()( CABAR C  。 . “ if A and B then C” 语句 设有论域 X， Y， Z， XA ， YB ， ZC 则有三元模糊关系 CBAR  )( 的隶属函数为 ： )()()()()]()([),( yyxzyxzyxCBACBAR   用模糊矩阵表示为 CBAR 。 模糊控制规则和控制算法 模糊控制要建立在一系列模糊控制规则的基础上，在实际控制中，通常把有关控制规则加以处理产生相应的控制算法，模糊控制器就是以相应的算法去控制被控对象工作的。 模糊控制是对系统控制经验的总结，它们用模糊条件语句来表述。 模糊控制规则的生成主要有四种途径 ； 根据专家经验或过程控制知识生成 ； 根据过程的模糊模型生成 ；根据 对手工控制操作的系统观察和测 t 生成 ； 根据学习算法生成。 这些方法并不互相排斥，它们的有效综合可以生成规则基 (所有控制规则的全体称为模糊控制器的规则基。 )。 在模糊控制器中所需考虑的所有数据 (包括输入 t 和输出 t 的论域，论域中模糊变量值的范围，论域的归一化或整数化，模糊变 t 的隶属度等 )的总体称为模糊控制的数据基。 数据基和规则基合起来称为模糊控制器的知识基。 数字计算机要实现模糊控制必须执行一定的算法。 这些算法的目的就是从输入的连续精确量中，通过模糊推理过程，求出相应的精确控制值。 模糊控制算法包括多种形式，主要有关 系矩阵法，查表法，解析式法和计算法。 [5] 洗衣机系统的模糊控制 茂名 学院本科毕业 (设计 )论文 :基于单片机的仿人智能温控器的研究与设计 8 系统的结构设计 根据要求，洗衣机 模糊控制系统可以设计成一个 多输入多输出 模糊控制系统，系统的机构如图 2－ 1所示，其输入变量为 布量的模糊量 M，外部温度的模糊量 K，布质的模糊量 C。 输出变量为水流的模糊量 S， 洗涤 时间模糊量 T。 模糊推理决策器 模糊化 清晰化 规则库 气温 K 布量 M 布质 C 洗涤时间 T 洗涤水流 C 图 模糊控制的系统图 系统 模糊化设计 1．确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级。 针对以上三个语言变量，三个 输入 语言变量的量化等 级都为 3 级，即 M＝ {“多”、“中”、“少” }， K＝ {“高”、“中”、“低” }， C＝ {“棉布偏多”、“棉布化纤各半”、“化纤偏多” }。 两个输出语言变量的量化等级 5级， S＝ {“特强”、“强”、“中”、“弱”、“特弱” }， T＝ {“特长”、“长”、“中”、“短”、“特短” }。 2．在各输入和输出语言的量化域内定义模糊子集。 首先确定各语言变量论域内模糊子集的个数。 本论文 在这里取 5 个模糊子集，即 PB、PS、 ZE、 NS、 NB。 各语言变量模糊子集通过 隶属度函数来定义。 本文 这里的量化方式是采用线性量化，即如：表 2－ 1 表 21 模糊集的隶属度函数 布 布 质 量 气 温 棉布偏多 棉花与化纤各半 化纤偏多 低 中 高 低 中 高 低 中 高 多 水流 特强 强 强 强 强 中 中 中 中 时间 特长 长 中 长 长 中 长 中 中 中 水流 强 中 中 中 中 中 中 弱 弱 第二章 洗衣机控制板的模糊控制理论 9 时间 长 中 短 长 中 中 中 中 短 少 水流 弱 弱 弱 弱 弱 弱 弱 弱 特弱 时间 中 中 短 中 短 短 中 短 特短 低 中 高 1 气 温 少 中 多 1 布量 棉布偏多 棉花与化纤各半 化纤偏多 1 布质 图 气温、布量、布质 的隶属度函数图 特短 短 特长 中 长 洗涤时间 1 特 弱 弱 特 强 中 强 洗涤 水流 1 图 洗涤时间和水流强度 的隶属度函数 系统模糊化决策设计 在这里考虑到 所选择的输入模糊量气温、布量、布质和输出模糊量 洗涤时间和洗涤强度的关系。 即有如下控制规则： 规则 1： 如果 气温高、布量多、且棉布偏多 ，则 洗涤时间 中 和水流为强； 规则 2： 如果气温 中 、布量多、且棉布偏多，则洗涤时间 长 和水流为强； 规则 3： 如果气温 低 、布量多、且棉布偏多，则洗涤时间 特长 和水流为 特强 ； 规则 4： 如果气温高、布量 中 、且棉布偏多，则洗涤时间 短 和水流为 中 ； 规则 5： 如果气温 中 、布量 中 、且棉布偏多，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 6： 如果气温 低 、布量 中 、且棉布偏多，则洗涤时间 长 和水流为强； 茂名 学院本科毕业 (设计 )论文 :基于单片机的仿人智能温控器的研究与设计 10 规则 7： 如果气温高、布量 少 、且棉布偏多，则洗涤时间强和水流为 弱 ； 规则 8： 如果气温 中 、布量 少 、且棉布偏多，则洗涤时间强和水流为 弱 ； 规则 9： 如果气温 低 、布量 少 、且棉布偏多， 则洗涤时间强和水流为 弱 ； 规则 10：如果气温高、布量多、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 11：如果气温 中 、布量多、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 长 和水流为 强 ； 规则 12：如果气温 低 、布量多、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 长 和水流为 强 ； 规则 13：如果气温高、布量 中 、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 14：如果气温 中 、布量 中 、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 15：如果气温 低 、布量 中 、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 长 和水流为 中 ； 规则 16：如果气温高、布量 少 、且 棉花与化纤 各半 ，则洗涤时间 短 和水流为 弱 ； 规则 17：如果气温 中 、布量 少 、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 短 和水流为 弱 ； 规则 18：如果气温 低 、布量 少 、且 棉花与化纤各半 ，则洗涤时间 中 和水流为 弱 ； 规则 19：如果气温高、布量多、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 20：如果气温 中 、布量多、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 21：如果气温 低 、布量多、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 长 和水流为 中 ； 规则 22：如果气温高、布量 中 、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 短 和水流为 弱 ； 规则 23：如果气温 中 、布量 中 、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 中 和水流 为 弱 ； 规则 24：如果气温 低 、布量 中 、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 中 和水流为 中 ； 规则 25：如果气温高、布量 少 、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 特 短 和水流为 特 弱 ； 规则 26：如果气温 中 、布量 少 、且 化纤偏多 ，则洗涤时间 短 和。