智能控制在洗衣机上的应用

1、研究生课程设计（论文）课程名称：智能控制智能控制在洗衣机上的应用姓名： 曹挺 学号： 成绩： 学期：2011-2012第二学期教师（签字）： 智能控制在洗衣机上的应用摘要：本人在三星电子从事洗衣机新品结构研发工作，本文会从本人参与研发的机型grace系列来分析智能控制在洗衣机上的应用。首先先感谢三星洗衣机电装开发part对本人的教导。目前滚筒洗衣机正朝着两个方向同时发展，第一是洗涤技术的不断改进，例如三星hudson洗衣机的蒸汽洗技术，松下Q系列的超声波洗，三星baikal、seine系列的银离子洗。第二是控制技术，比如三星、松下使用在高端型号上的模糊控制技术，例如三星的potomac、gra

2、ce、bigbang系列。令人悲剧的是这些三星的高端型号只销往北美地区，不做国内市场，这是题外话。洗衣机的智能控制最终目的就是在无人干预，通过洗衣机自身判断衣物的情况并制定出适合的洗涤参数完成洗涤工作。本文着眼于滚筒洗衣机控制的研究，将智能控制引入到洗衣机中，使得合理的利用水电资源起到节水，节电的目的，更重要的是提升洗衣机的智能程度，方便使用，提高生活质量，告别烦琐的多参数设置。本文中将人工智能的部分技术应用到滚筒洗衣机的控制中，其中有模糊控制，神经网络控制，模糊神经网络控制。模糊控制用于解决在普通洗衣机中人为选择温度，水位等参数设置问题。神经网络控制是对洗农机中出现的异常进行判断报警。模糊神

3、经网络控制针对洗涤过程中水量的合理分配，起到节水的作用。由于个人水平有限，正文部分只从模糊控制在洗衣机上的应用方向进行研讨。关键词：智能控制，模糊控制，滚筒洗衣机正文（全文在6-10页左右）模糊控制是一种以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为数学基础的新型计算机数字控制算法。模糊控制的基础是模糊数学，模糊控制的实现手段是微型计算机。模糊控制具有以下特点：一是无需知道被控对象的数学模型(依据被控对象的控制经验)；二是一种反映人类智慧的智能控制(大、中、小等模糊量)三是容易被人们接受(控制规则符合人类的语言表达)；四是构造容易；五是适应性好。模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑

4、推理为基础的一种计算机数字控制。从线性控制与非线性控制的角发分类，模糊控制是一种非线性控制从控制器的智能性看，模糊控制属于智能控制的范畴。如果没有模糊数学，就不会有模糊控制，同样，没有计算机，模糊自动控制也无法实现。由测量、控制器、被控对像及执行机构组成的自动控制系统即常规负反馈控制系统，其系统方框图如图示1-1。图1-1 反馈控制系统方框图模糊控制属于计算机数字控制的种形式，因此，模糊控制系统的组成类同于一般的数字控制系统，一般可以分为四个组成部分，如图1-2所示。图1-2 模糊控制系统框图(1)模糊控制器：实际上是一台微计算机，根据控制系统的需要，既可以选用系统机，叉可以选用单板机或单片机

5、。(2)输入输出接口装覆：摸糊控制器通过输入输出接口从被控对象获取数字信号量，并较模糊控制器决策的输出数字信号经过数模变换，将其转变为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。在IO接口装置中，除AD、DA转换外，还包括必要的电平转换线路。(3)广义对象：包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线性或非线性的、定常或时变的，也可以是单变量或多变量的、有时滞或无时滞的以及有强干扰的多种情况。(4)传感嚣：传感器跫将被控对象或各种过程的被控制量转换为电信号(模拟的或数字的)的一类装置。被控制量往往是非电量。如温度、压力、流量、浓度、湿度等。传感器在模糊控制系统中占有十分重要的地位，在选择传感器时，应注意

6、选择精度高且稳定性好的传感器。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，所以首先做人量的实验，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，推理作出模糊决策。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

7、”、“洗涤”、“排水”、“脱水”等全过程。具体工作方式如下：分析洗衣机的运行过程可以看出，其主要被控参量是洗涤时间和水流强度(即电机转速)影响这一输出参量的主要因素是被洗衣物的脏污程度和脏污性质这两个量可以用水的浑浊度和浑浊度变化率来表示(即浑浊性质)，在洗涤过程中，油性脏污的浑浊度变化率小，泥性脏污的浑浊度变化率大。实际分析证明：输人和输出之间很难用一定的数学模型来描述系统的具体条件具有较大的不确定性，其控制过程在很大程度上依赖于操作者的经验用常规的控制方法难以达到理想的效果。应用模糊控制技术就能容易解决这个问题。在模糊推理中，需要考虑推理的前件和后件，也就是推理的输入条件和输出结果在模糊洗

8、衣机中，主要是考虑衣服材质，数量，水温和肮脏程度着几个条件，而从这些条件求取水位，洗涤时间和水流，漂洗方式和脱水时间等故而，模糊洗衣机的推理如图1-3所示。图1-3模糊洗衣机的模糊推理从图1-3中可以看出,模糊洗衣机是一个多输入多输出的模糊推理和控制系统。在实际中,模糊推理的前件和后件之间的相关关系对于不同的因素而有所不同。例如，肮脏程度和水温可以确定洗涤剂投放的量剂和洗涤时间，而衣服数量、材质等可以确定水位和水流、脱水时间等。因此，在推理中把有关前件和后件进行处理。这种处理分成主要因素推理和顺序因素推理两种。通过这两种推理处理，不但使推理变得较为简单，而且可以在众多因素中清晰的区别出连锁关系

9、的因素。第一节：洗衣机硬件上的模糊控制要清楚的知道模糊洗衣机的运行原理，首先先介绍模糊洗衣机是如何工作的。模糊控制洗衣机主要是靠传感器感知收集各种信息数据。模糊控制洗衣机的主要传感器：水位传感器根据洗涤物的多少自动感知，设定并自动控制用水量。布质传感器利用主电机在不同布阻抗时的制动特性，感知衣物的布量和布质，确定洗涤方法。水温传感器可以根据环境温度和水温，自动决定洗涤时间。光电传感器根据衣物洗涤过程中洗涤循环水的透光率（脏程度），决定最佳洗衣程序。负载量传感器主要用于洗涤衣服的多少。1. 浑浊度的检测检测脏污程度的光电传感器正是grace区别于普通滚筒的地方。grace采用美国Honeywel

10、l公司生产的APMS10G浑浊度传感器。该传感器具有检测液体浑浊度和导电率的两项功能，检测原理如下图所示，起输出的是数字量，用户可通过计算机与传感器进行串口通信直接得到数据。采用红外光电传感器图1-4传感器的工作原理由红外发射管发出一定强度的红外光, 红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小, 光电流经整形放大和数据处理后, 就可以判断出水的浑浊程度。图1-5透光率和有关因素在图1-5中，给出了洗涤过程，轻重不同污垢程度的义务洗涤时有关过程，不同类型污垢，不同洗涤剂时的透光率情况。在图1-5（a)中给出了洗涤开始到漂洗结束的整个过程透光率的变

11、化曲线。从曲线看出，随着洗涤的开始，义务中的污垢物溶解于水，使透光率下降；同时随着洗涤剂的投入，义务中的污垢进一步溶解和脱落于水，故透光率进一步下降；并到达一个最低值；然后，随着漂洗的进行，义务变干净，水质也变清，从而使红外透光率渐渐升高，最后达到初始值。一般而言，当透光率再次达到初始值时，说摩纳哥义务洗涤干净，这是可以停止漂洗。图1-5(b)表示了衣物轻度污脏时，进行洗涤时红外线透光率的变化曲线。重污时，透光率较差；轻污时，透光率较高；利用这种特别可以判别衣物的污脏程度。图1-5（c）表示了衣物的污脏性质。油污时透光率较高，泥污时透光率较低。图1-5（d）表示了洗涤剂的类型。液体洗涤剂透光率

12、较高，粉剂洗涤剂透光率较低。按图1-5给出了透光率曲线，就可以根据洗衣机中水的透光率来判别衣物的污脏程度，污脏性质以及洗涤剂的种类。从而可以按此去进行洗涤过程的控制。2. 布量和布质的检测布量和布质的检测是在洗涤之前进行的。在水位为一定的时候，布量和布质的不同就会产生不同的布阻抗。通过给定一定的水位，然后在这个给定水位的条件下使主电机进行间断旋转，则不同布阻抗就会使主电机制动的性能不同，利用主电机在不同布阻抗时的制动特性就可以推断出布质和布量。不同的布质和布量的布阻如图1-6所示。图1-6布量布质的布阻抗从图1-6中可知,硬质布和软质的布阻有较大的区别在布量相同时，硬质布的布阻抗比软质布的高在

13、布质为kg时,硬质布的布阻抗较高,软质布的布阻较低。一般而言,在布量相同时,硬质布的阻抗约比软质布高一倍。在进行布质和布量检测时,首先注入一定的水位,然后启动主电动机旋转,接着断电让主电动机以惯性继续运转直到停止。在主电机断电的时间内,由于主电机的惯性,所以它处于发电机的状态,并且会产生感应电势输出。随着布阻抗的大小不同,主电机处于发电机的状态时间长短不同。当然,主电机发电时间长,布阻抗就小,主电机发电时间就短,布阻抗就高。通过对主电机的正反转控制绕组输出电势的整流和检测,由光电隔离后形成脉冲信号送入单片机;而单片机只要计算出主电机在停电时产生的计数脉冲个数就可以知道布阻抗的大小。脉冲个数多,

14、布阻抗小,反之亦然。现定义输入量浑浊度模糊词集为：清、较浊、浊、很浊定义输人量浑浊度变化率模糊词集：零、小、中、大定义输出量洗涤时间模糊词集为：短、较短、标准、长模糊决策描述输入、输出变量的词集都是模糊量，可以用模糊集合来表示，用模糊推理来运算。因此，问题的关键在于求取模糊集合隶属函数。相应的三个输入输出量隶属函数曲线如图1-7。图1-7函数曲线综上所述，洗衣机的模糊控制规则如下图所示第二节：洗衣机软件上的模糊控制洗衣机系统的软件目前也广泛采用模糊推理技术。支持该软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；(3)功能控翻模块；(4)中断处理模块；(5)显示输出模

15、块；(6)正常、过载报警模块。模糊控制器的控翻算法包括以下两个部分：一个是模糊矩阵运算；另一个是将输人变量(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，其输人变量为浑浊度和浑浊度变化率，是通过两次采样同褥得到的，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，否则控翻不精细，可见在模糊控制系统中选择采样时间受以上两方面的制约。在实际控制系统设计中，选择采样时间要进行折衷考虑，通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。本文所论述的全自动模糊洗衣机，充分应用了模糊控制技术，在硬件上首次采用交流变频技术，可以根据不同布质调节电机转速以达到节省时间和保护衣物的目的。软件上通过多次检测自动修正洗衣时问和电机转速，使洗衣机始终处于最佳运行方式。它操作简单、省心省力、抗干扰能力强、成本低、省电，具有较强的竞争能力。综上所述，用模糊控制理论和技术，洗衣机完全可以实现真正意义上的全自动，使人们能充分利用洗衣机的各种功能，同时为让模糊控制理论和技术在家用电器领域的广泛应用打下良好的基础。参考文献1黄布毅，刘献心模糊控制技术在家用电冰箱上的应用J。家用电器科技，1996，（5）：31-33。2 周 泽洗衣机的模糊控制技术J。家用电器科技1997，（4）：