基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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，传感系统，智能化、全自动化的方向发展。 控制理论发展 控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是控制科学的核心。 控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到 18 世纪中叶英国的第一次技术革命。 现在，随着通讯技术及信息处理技术的迅速发展，更加推动了控制理论不断地向前发展。 控制理论的发展过程一般可以分为三个阶段 [1]。 第一阶段二十世纪 4060 年代，称为“古典控 制理论时期”； 第二阶段二十世纪 60— 称为“现代控制理论时期”； 第三阶段二十世纪 70 年代末至今。 70 年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展，前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。 2 智能控制的发展与现状 传统控制是经典控制和现代控制理论的统称，它们的主要特征是基于模型的控制。 由于被控对象越来越复杂。 其复杂性表现为高度的非线性，高噪声干扰、动态突变性以及分散的传感元件，分层和分散的决策机构、多时间尺度，复杂的信息结构等，这些复杂性都难以用精确的数学模型 (微分方 程或差分方程 )来描述。 除了上述复杂性以外，往往还存在着某些不确定性，不确定性也难以用精确数学方法加以描述。 然而，对这样复杂系统的控制性能的要求越来越高，这样一来，基于精确模型的传统控制就难以解决上述复杂对象的控制问题。 在这样复杂对象的控制问题面前，人们将人工智能的方法和反馈控制相结合，解决复杂系统面临的复杂控制系统的难题。 近几十年来，自动控制技术由于人工智能、控制理论和计算机科学的交叉取得了很大的进展，形成了新的一代控制理论 — 智能控制理论。 虽然，从不同的认识论和方法论出发的各类控制理论，诸如分层递阶自组织 控制、模糊控制、专家控制、脑模型控制和手动控制等竟相发展，但它们都处于探索、开拓和发展的时期，系统的理论体系还没有形成。 表 给出了智能控制大事年 [1]。 模糊控制技术在洗衣机中的应用 洗衣机整个工作过程的控制是由程控器实现的，它一般分机械式和电子式 (又称微电脑式 )两种。 机械式程控器由微型同步电机、减速机构、凸轮机构、簧片组及相应控制机构组成 :微电脑程控器由 MCU、 稳压电源、监测信号开关、震荡器、蜂鸣器、功能键、显示电路、可控硅控制电路等组成，由于它采用了无触点控制，因此，比机械程控器的功能齐 全，结构简单，且控制精度高，模糊逻辑在控制领域已取得了相当的进展，运行可靠。 目前，利用单片机进行模糊控制 只要 是用数字单片机组成硬件结构，而以软件执行模糊化，模糊推理及反模糊化工作，这种方式价格低，灵活性高，通用性强，特别适于家用消费类产品的应用。 表 智能控制大事年表 1965 年 美国普渡大学的 教授于 60 年代中期提出的，他在 1965 年发表的论文中率先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习系统，这篇开创性论文为自动控制迈向智能化揭开了崭新的一页 1966 年 Mendel 于 1966 年在空间 飞行器的学习控制中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的新概念。 同年， Leondes 和 Mendel 首次使用了“智能控制 (Intelligent control)”一词 1971 年 Fu 发表了重要论文，提出了智能控制就是人工智能与自动控制的交叉的“二元论”思想 第一章 绪论 1974 年 1974 年英国的 Mamdani 教授首次成功地将模糊逻辑用于蒸汽机控制，开创了模糊控制的新方向 1977 年 Saridis 的专著出版，并于 1979 年发表了综述文章，全面地论述了从反馈控制到最优控制、随机控制及自适应控制、自组织控 制、学习控制，最终向智能控制发展的过程，提出了智能控制是人工智能、运筹学、自动控制相交叉的“三元论”思想及分级递阶的智能控制系统框架 1984 年 Astrom 发表了论文，这是第一篇直接将人工智能的专家系统技术引入到控制系统的代表，明确地提出了建立专家控制的新概念 1984 年 Hopfield 提出的 Hopfield 网络及 Rumelhart 提出的 BP 算法 1985 年 IEEE 在美国纽约召开了第一界智能控制学术讨论会 1987 年 在美国费城由 IEEE 控制系统学会与计算机学会联合召开了第一界智能控制国际会议 1992 年 美国国家自然科学基金委员会和美国电力研究院联合发出《智能控制》研究项目倡议书 1993 年 美国 IEEE 控制系统学会智能控制专业委员会成立专家小组，专门探讨智能控制领域“智能控制”的含义 1994 年 召开了 94IEEE 全球计算智能大会，将模糊系统、神经网络、进化计算三方面的内容综合在一起召开，这三个新学科己经成为研究智能控制的重要基础 洗衣机的主要参数 洗衣机做为一种家电产品，需要达到的性能指标包括洗净性能、漂洗性能、脱水性能、排水性能和磨损性能等，其各主要性能指标的实现最终要依 赖于洗衣过程中的各控制参数，洗衣机的主要控制参数有 : 水本身是一种洗涤剂，具有除污功能，但并非水越多去污能力就越强约用水，不同的洗衣量所用的水量也不同，但目前还不能完全做到这一点， 只能根据 衣物 量 对水位大致分级。 静止的洗涤剂不能产生良好的洗涤效果，要把污溃从衣物表面洗除掉，并对衣物施加清洗动力，就需要洗衣机能够执行搅拌，搓，揉，摩擦，卷搅，翻滚等动作。 洗衣机对衣物输出的能 t大，去污效果明显，但在某种程度上会造成衣物的损伤，因此应对不同质地，不同重 A的衣物采用不同的能 f输出 方式，从控制的角度就表现为水流方式的4 不同。 衣物在洗衣机中洗涤时间过长会使衣物受到较大磨损，因此，应针对不同质地和不同衣物 量 来确定洗衣时间。 漂洗的作用在于去污和去掉残存的洗涤剂，漂洗方式的选择同样与衣物 t 和衣物质地有关。 全自动洗衣机中，脱水过程是洗衣操作的最后一个过程。 一般情况下，脱水时间愈长，衣物甩干程度愈强，但织物中与纤维相吸附而残留的水分无法通过脱水方式去掉，这种类型的残留水分的多少与衣物质地有关，同样质地下又与重量有关，因此也应对 脱水时间分档。 本文的内容与结构 本文的内容共分四章与结论；第一章“绪论”概括了智能控制发展过程与现状；第二章“ 仿人智能温控算法研究与分析 ”分析了 模糊控制的基本概念、控制系统结构与基本算法，最后引出模糊智能控制洗衣机算法， 并通过 MATLAB 仿真其阶跃响应特性；第三章“ 洗衣机控制板的模糊控制硬件设计 ” 分析了系统的组成和基本工作原理等、介绍了详细的电路组成和实现；第四章“ 洗衣机控制板的模糊控制的软件设计 ”着重介绍了 洗衣机控制板的模糊控制 算法的软件实现、软件实验平台的结构及相关的技术问题、系统主程序与 各应用模块子程序的编写；最后在“结论”部分对本课题研究工作进行总结，并对今后的工作提出改进建议。 第二章 洗衣机控制板的模糊控制理论 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 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] 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。 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 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 BABA  且 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 。