智能控制理论及应用

模糊控制在家用电器中的应用领域1、全自动洗衣机2、变频空调3、电冰箱4、电饭煲5、微波炉6、

柜7、吸尘器8、

充电器模糊家用电器在世界上的出现已有近30年的历史，与其它新技术在家电领域的应用类似，开始普及时，消费者对它感到好奇和新颖；生产厂家把它看作是创造经济效益的新的商业机遇；科研

把它看做一种新的理论的一个途径；商店宣传的最大卖点是智能和节能。目前模糊控制技术在各种家用电器中都得到广泛应用：第一节全自动模糊控制洗衣机一、洗衣机的发展历程：1、普通式全自动洗衣机：主要特点是采用机械式控制器进行控制，按人工设定的程序进行工作，完成整个洗涤过程。2、微机控制全自动洗衣机：采用单片机进行控制，具有若干种洗涤程序及用户自设定洗涤等功能，按人工设定的程序进行工作，完成整个洗涤过程。3、模糊控制全自动洗衣机：单片机控制中加入模糊控制，具有若干种检测传感器，可根据检测结果对水位、洗涤方式、洗涤时间、漂洗及脱水方式等随时进行动态控制，合理安排洗涤过程。二、洗衣机主要的性能指标1、洗净性能（洗净比）2、对织物的磨损率3、漂洗性能4、脱水性能和噪声对洗衣机洗涤的最佳要求是“洗净比高，磨损率低”。三、洗衣机除污的因素1、衣物的纤维：分棉质和化纤两大类2、水分3、洗涤剂4、洗衣性能四、洗衣机的洗涤方式1、浸泡洗涤方式2、运动浸泡洗涤方式3、二步洗涤方式五、模糊洗衣机控制系统电路（附图）1、电源电路2、洗衣机状态检测电路3、显示电路4、输出电路5、按键及

电路6、单片机最小系统五、模糊洗衣机控制系统电路（附图）洗衣机的洗涤程序示意图程序洗

涤排水→脱水漂洗脱水水位示意进水，到衣量检测水位进水，到所需水位稍低处进水，到所需水位检测内容室温，衣量衣物质地，水温控制内容水流，洗涤时间脱水漂洗次数，水流，脱水，漂洗脱水时间六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测第一步：衣量的检测洗衣机动作过程：把衣物投入洗衣机，启动，执行进水水位达到衣量（负载）测定水位。接着用脉冲驱动洗衣机电机工作。工作方式为通电0.3s，断电0.7s，并反复启动32s。检测原理：洗衣重量的检测是利用检测电机的发电状态下的反电动势来实现的。洗衣机驱动电机通电运行，断电后电机不会马上停转，而是凭惯性继续旋转，此时电机运行在发电状态，通过测量相绕组的反电动势波形，经滤波整形、光耦等电路后就可以得到一系列与衣物重量有关的脉冲，衣物重时，电机依靠惯性旋转的时间就短，单片机检测到的脉冲数就少，反之则多，具体的检测电路和相关波形如下图所示。在模糊控制中对衣量取“多”、“中”、“少”几种模糊量，脉冲数也相应在一定的数量值定义“多”、“中”、“少”三种模糊量以便和衣量相对应。图衣量的检测时的波形反电势波形全波整流单片机检测脉冲波形中少少中多脉冲数多衣量六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测第二步：衣质的检测衣物质地的检测是在衣量测定之后进行的，分两个步骤：首先进行棉质和化纤衣物识别；然后再进行棉质衣物是软质或硬质的识别。2.1棉质和化纤衣物的识别在测定衣物的质地时，先执行进水动作，进水水位应比衣量所需水位稍低，然后与衣量检测时的工作方式一样，电机通电0.3s，断电0.7s，如此反复启动32s。并用单片机测量反电势的脉冲数，设第一步衣量测定时的脉冲数用PL表示，现在棉质和化纤识别时的脉冲数为PQ，则有脉冲明化纤衣物较多。差PS=PL-PQ。若PS较大，说明棉质衣物较多，反如下图2（a）所示。依据原理：是棉质和化纤对水的阻尼作用不同。六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测第二步：衣质的检测2.2软质棉和硬质棉衣物的识别棉质衣物的软硬程度是不同的，毛巾是柔软质的棉织品，而牛仔裤则是硬的棉质品，对不同的棉质品，洗涤方式是不同的。棉织品的软硬程度是用水位传感器进行检测的，而且是与棉质和化纤的识别同时进行。在棉质和化纤识别之前，测量该时刻的水位W1，在识别过程中洗衣机运转32s，使衣物进一步吸水而使水位下降。在识别出棉质后，再测量水位值W2，利用W1和W2的差值，可以判别出棉织品是软质还是硬质。水位差

WS=W1-W2，如果WS较大，则说明是硬质棉，反之则是软质棉。如下图2（b）所示。六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测依据原理：在第一步衣量测定时，洗衣机已经执行了一次32s的启停运转，软质棉织品以基本吸满水，到第二步衣服质地测定时，虽然洗衣机又执行一次32s的启停运转，但软质棉织品已不可能再吸多少水，因此软质棉织品使WS的值较小。相反，衣物量测定时硬质棉织品吸水不足，因而在衣物质地测定时会进一步吸水，所以硬质棉织品使WS较大。质地大小化纤

混纺棉质脉冲数图2（a）高低质地测定前质地测定后水位软质棉织品硬质棉织品图2（b）六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测第三步：水温的检测水温的检测相对简单，直接利用温度传感器分别测量室温和水温，温度传感器可用热电偶、铂电阻或者AD590

等。传感器输出的电压信号送入单片机的A/D口线。六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测第四步：脏污度的检测衣物的脏污度无法直接检测，较好的方法是把衣物放入洗衣机中，使其脏污物溶解于水，再对水的混浊度进行检测，以水的浑浊度来确定衣物的脏污度（包括脏污程度和脏污性质）。水的浑浊度的检测是利用安装在排水口的红外线传感器器来完成。利用红外线在水中的透光和时间的关系来得出检测结果。透光度

透光度 透光度

透光度tttt轻污重污油污泥污液体洗涤剂固体洗涤剂六、衣物重量、衣质、以及水位水温的检测七、洗衣机的模糊控制器设计模糊洗衣机是一个多输入多输出的模糊推理控制系统，输入主要是衣物重量、质地、水温、脏污程度及性质，而输出包括水位、洗衣时间、洗衣修正时间、水流强度和洗涤剂量。1.模糊控制的输入量衣物重量：定义在论域上的语言值有“重”、“中”、“轻”、“少量”4个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图3（a）。衣物质地：定义在论域上的语言值有“化纤”、“混纺”、“棉布”3个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图3（b）。水温：定义在论域上的语言值有“低”、“中”、“高”3个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图3（c）。七、洗衣机的模糊控制器设计脏污程度：定义在论域上的语言值有“重”、“中”、“轻”3个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图3（d）。脏污性质：定义在论域上的语言值有“油性”、“中性”、“泥性”3个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图3（e）。1u（x）少量

轻

中重布量/kg图3（a）1u（x）化纤混纺 棉布含棉量/%图3（b）1u（x）

低

中高温度/℃图3（c）1轻中u（x）重脏污程度/%图3（d）1u（x）泥性中性油性脏污性质图3（e）七、洗衣机的模糊控制器设计2.模糊控制的输出量水位：定义在论域上的语言值有“极少”、“少”、“低”、“中”、

“高”5个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图4（a）。洗衣时间设定：定义在论域上的语言值有“很短”、“短”、“较短”、“中”、“较长”、“长”、“很长”7个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图4（b）。洗衣修正时间：定义在论域上的语言值有“负多”、“负少”、“零”、“正少”、“正多”5个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图4（c）。水流：定义在论域上的语言值有“很强”、“强”、“中”、“弱”、“很弱”5个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图4（d）。洗涤剂量：定义在论域上的语言值有“大量”、“适中”、“少量”3个，与之对应的模糊子集隶属度函数见图4（e）。七、洗衣机的模糊控制器设计1u（x）很短短较短中较长长 很长洗衣时间/min图4（b）1u（x）极少

少

低

中

高水位/mm图4（a）u（x）负多

负少

0

正少

正多1洗衣修正时间/min图4（c）水流1u（x）很弱

弱

中 强

很强图4（d）洗涤剂量1u（x）大量 适中 少量图4（e）七、洗衣机的模糊控制器设计3.模糊控制规则由于模糊控制洗衣机是一个多输入多输出的模糊控制器，如果用单一的规则表来表示，则规则数可多达200多条，这将占用太多的单片机资源，推理也变得复杂。因此实际系统中把规则表分为两个，其一是以布量、布质、温度为前件，以水位、洗涤剂量、水流、洗涤时间为后件。推算出主要控制参数；其二以脏污程度和脏污性质为前件，以洗涤时间的修正量为后件，第二张规则表的输出再综合第一张规则表的输出，得出实际洗衣时间。模糊推理布量布质水温脏污度水位洗涤时间洗涤修正时间洗涤剂量水流七、洗衣机的模糊控制器设计附表一：洗衣时间、水流控制规则表布质水温布量

输出棉布混纺化纤低中高低中高低中高重水流很强强强强强时间很长长较长长长较长长较长较长中水流强强中弱弱时间长较长中长较长较长较长较长中轻水流中弱弱弱弱弱弱很弱很弱时间较长较长中较长较长中较短少量水流弱很弱很弱很弱很弱很弱很弱很弱很弱时间中较短短较短短短短很短很短附表二：洗衣修正时间控制规则表脏污性质泥性中性油性脏污程度轻负多负少ZO中负少ZO正少重ZO正少正多七、洗衣机的模糊控制器设计4.模糊推理最终的模糊控制查询表，可以用离线计算的方法，以降低对单片机的要求；部分洗衣机也开始采用实时推理计算，在输出时，部分输出量是采用分档式的，采用最大隶属度法进行解模糊比较方便。七、洗衣机的模糊控制器设计变频模糊控制空调器第二节一、变频模糊控制空调器中涉及的低成本高性能的空调器

变频电源空调模糊控制器高性能的变频压缩机。流量控制部件（电子膨胀阀）。低成本的室内室外机通讯技术。空调测试技术。二、空调器中采用变频控制的原因节省电能：开机时，空调以大功率迅速制冷（热），达到设定温度后，以极小功率维持房间温度，由此可以避免空调频繁启动，减少了开关过程中电能的浪费。而普通空调温度调节采用的是开关方式，开关过程中电能损失很大。可以实现软启动，起动电流小，减小对电网的干扰。提高了压缩机容积效率，低速时压缩机在单位功率输入下的流量比高速时增加10%以上。驱动电机为三相电机，效率远比普通空调的单相电机高。输入功率连续可调，温度波动小，变化平滑。三、空调器中采用模糊控制的原因由于空调器自身的特点，室内机的输出往往比压缩机的输出滞后，而室内空气参数的调整则更具有很大滞后性，这些都会影响空调器温度控制的精度和舒适度的提高；制冷量与压缩机的转速之间是非线性的；电子膨胀阀的开度调节具有一定的滞后，且流量与阀开度不是完全线性；在空调器温控过程中，房间的

，人、物的多少，房间的开门此数等都是不确定因素；由此可见，空调器是一个较典型的非线性时滞系统，系统模型具有不确定性，可以充分发挥模糊控制技术的优点。四、一拖二交流变频空调循环系统为制热运行为制冷运行五、变频模糊控制空调器室外机系统框图六、变频空调模糊控制器工作原理一拖二空调器的模糊控制器是一个多输入多输出系统，输入量包括室内机A的温度偏差及其偏差变化率，室内机B的温度偏差及其偏差变化率，输出量包括压缩机的目标频率、两个室内机对应的电子膨胀阀的开度。典型的控制系统框图如下图所示：七、变频模糊控制空调器的设计上述模糊控制器输出分别为压缩机的目标频率和电子膨胀阀的开度，根据模糊控制理论可以分解为两个单输出的模糊控制器。下图一是压缩机的模糊控制规则表，图二是电子膨胀阀开度的模糊控制规则表：图一压缩机模糊控制规则表七、变频模糊控制空调器的设计图二电子膨胀阀模糊控制规则表七、变频模糊控制空调器的设计最终生成的模糊控制查询表空调模糊控制器.doc电力系统短期负荷第三节电力系统短期负荷是对未来几周、几天、几小时的电力系统负荷的变化情况所做的，是各级电力市场不可缺少的部分。主要用于安排调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、成本核算、设备检修等。传统的短期负荷方法包括回归模型、时间序列、趋势外推法等，人工智能的兴起和发展为短期负荷

提供了新的思路：模糊推理系统、神经网络和

系统已成功应用于短期负荷

中。（文献很多）1.概述2.

ANFIS在电力系统短期负荷

中的应用一个简化算例：训练数据提取时，将工作日和双休日区分开，以工作日为例，用i表示

日，j表示

时刻，选取与其相关的数据作为训练样本：[x(i

5,

j),

x(i

2,

j

1),

x(i

2,

j),

x(i

2,

j

1),x(i

1,

j

1),

x

i

1,(j),

x

i

j

1)1,,(x(i,

j)]说明：每个训练样本由8个数据组成，数据1表示

时刻前一周此刻的负荷值，数据2～4表示前两天j-1、j、j+1时刻负荷值，数据5～7表示前一天j-1、j、j+1时刻负荷值，数据8为

时刻。最终所建立的ANFIS模型有7个输入变量和1个输出变量。智能控制在电机控制中的应用第四节1.概述参考书：Power

Electronics