模糊逻辑控制及其应用

1、17.06.2020,.,1,模糊逻辑控制及其应用,2,第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用,第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用,3,第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用,第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用6-1数字单片机与模糊逻辑控制技术6-2数字单片机模糊逻辑控制技术的应用,4,数字单片机模糊逻辑控制技术,6-1数字单片机与模糊逻辑控制技术数字单片微机：体积小片内含有多种存储和外围接口部件计算机基本功能俱全适合于家电、智能仪器仪表、移动性自动化设备和通讯设备，以及许多专用的控制系统。,5,数字单片机与模糊逻辑控制相结合,目前，在多种智能控制领域中，最具有实际（现实）价值的是模糊逻辑控制

2、。数字单片微机与模糊逻辑控制相结合，使模糊逻辑控制的实际应用已形成产业化的趋势。,6,数字单片机的选择,一.对应用系统的适应性二.可购买性三.可开发性四.制造商情况等,7,数字单片机模糊逻辑控制技术应用,6-2数字单片机模糊逻辑控制技术的应用一模糊逻辑控制微波炉二模糊逻辑控制电冰箱,8,模糊逻辑控制微波炉,一模糊逻辑控制微波炉一般微波炉的工作过程：由用户确定利用微波炉进行烹调的食品的类型和数量；由用户确定所需微波炉工作时间t以后，予以予置；启动微波炉工作。,9,模糊逻辑控制微波炉,存在问题：根据食品的类型、数量、温度，以及容器等因素来设定微波炉的工作时间，往往需要有一定的经验。如果：微波炉工作

3、时间过短：烹调效果不好；微波炉工作时间过长：对水份少的食品可能会产生过热碳化的现象。,10,模糊逻辑控制微波炉,微波炉采用模糊逻辑控制：可以根据食品的类型、数量、温度，以及容器等诸多因素，确定工作时间，以保证烹调的效果符合要求。,11,控制电路和结构框图,单片微机,红外检测,温度检测,湿度检测,炉门检测,按键输入,磁控管控制,加热丝控制,炉腔照明,显示电路,报警电路,12,检测电路,1控制电路和结构框图检测电路共有红外检测；温度检测；湿度检测三个电路。,13,红外检测电路,红外检测电路A作用：用于检测被烹调食物的内部温度。B组成：由红外敏感器件和放大电路组成。由红外检测电路所测出的食物的放射能

4、量单片微机。通过处理、计算得到食物的内部温度T。,14,温度检测电路,温度检测电路A作用：用于检测炉腔内部的温度，而不是食物的内部温度。B组成：温度传感器。安装在炉腔内。C电路工作时间：在加热丝进行食物保温或特殊加热时，使用温度检测器，以使炉腔内的温度能保持在一定的水平。与红外检测电路在不同工况时工作，起互补作用。,15,湿度检测电路,湿度检测电路A作用：用与测定食物的含水量的多少。B组成：采用湿敏电容作为传感器，安装在微波炉的排气孔附近。在微波加热过程中，含水量不同的食物的损耗系数不同。一般情况下，含水量越多的食物的损耗系数越大，所需微波加热的时间越短，效率越高。,16,按键和炉门开关,按键

5、和炉门开关按键用于输入有关食物特征信号和控制信号。炉门开关用于检测炉门的开启或关闭状态。,17,按键1-5,按键：设有九个按键：1-5，A，B，C，启/仃。A按键1-5：用于输入食品的类型（按介电性质即损耗系数和比热排列）。按键编号12345食品类型水蔬菜牛肉肥肉油类汤类精肉面油浸品鱼蛋,18,按键ABC和启/仃,B按键A、B、C用于指示烹调方式：A输入快煮方式。B输入普通煮方式。C输入慢煮方式。C按键启/仃启动微波炉。,19,炉门开关,炉门开关：用于检测炉门的开启或关闭状态。A炉门开启时：停止磁控管工作。B炉门关闭时：在磁控管工作时接通炉腔内的照明灯，便于观察炉腔内的情况。,20,磁控管控制

6、电路,输出控制电路磁控管控制电路磁控管在固定的磁感应强度和稳定的阳极电压下工作，其输出功率恒定，效率也保持基本不变。磁控管控制电路：采用占空比调节磁控管输出功率平均值的方法。,21,加热丝和炉腔照明控制电路,加热丝控制电路对加热丝的控制，可以采用移相调压电路，也可以采用占空比调节的方法。炉腔照明控制电路是一个十分简单的开关电路。,22,显示和报警电路,显示和报警电路显示电路A.四个发光二极管（七段显示）。两位显示“分”，两位显示“秒”。B.指示灯一个：指示微波炉处于工作或停止状态。报警电路由陶瓷喇叭组成。可用于在微波炉工作倒计时为零时，或微波炉空载时报警。,23,单片微机,单片微机它是一个控制

7、器。根据输入的检测结果（温度、湿度、红外检测的结果）经过模糊推理分别控制磁控管、加热器、报警电路等。单片微机应具有能满足性能要求的CPU，足够的A/D转换器，相应的I/O口，一定的内存容量等。,24,模糊量与推理规则,2模糊量与推理规则在模糊控制微波炉中，需要考虑的因数有五个：食物类型，食物重量，食物温升，工作功率和工作时间。模糊控制微波炉要求能自动推断：（A）被烹调食物重量；（B）烹调工作时间。,25,模糊量,（1）模糊量在模糊控制微波炉中，应考虑六个物理量：工作时间t、食物重量m、食物比热C、输出功率P、加热效率和食物温昇T。,26,食物比热和重量模糊化,*加热效率：对固定的微波炉可看作常

8、数；*食物（烹调）温昇T：一般为100左右。*其余的物理量模糊化：食物比热C（J/kg*）：小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（MB）、大（B）。食物重量m（kg）：很轻（VL）、轻（L）、中（M）、重（H）、很重（VH）。,27,输出功率和工作时间模糊化,输出功率P（Kw）：小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（ML）、大（L）。工作时间t（min）：极短（VS）、短（S）、中短（MS）、中（M）、中长（ML）、长（L）、极长（VL）。,28,食物重量的推理1,（2）食物重量m的推理模糊推理的输入量：食物比热C；食物被加热后的温昇T。模糊推理的输出量：食物重量m。,29,食物重量的推理

9、2,模糊推理,食物比热C,食物被（短时）加热后的温昇T,食物重量m,30,食物重量的推理3,输出功率P和加热效率可认为是一个不变量。取工作时间t#=20秒。食物加热t#（=20秒）后的温昇T，其模糊量为：很小（VS）、小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（ML）、大（L）、很大（VL）共七个。,31,食物重量的推理4,推理条件语句：ifCandTthenm最多可有35条规则。推理结果：得到食物重量的模糊量m*；再经过解模糊判决，得到食物重量的精确量m。,32,烹调工作时间的推理1,（3）烹调工作时间t的推理烹调工作时间是微波炉工作的关键参数，其正确与否将影响食物烹调的效果。应防止食物因烹调不

10、足而不熟，或因过度而焦化。烹调工作时间t：tmCT/P,33,烹调工作时间的推理2,模糊推理的输入量：食物比热C；食物重量m；加热输出功率P。模糊推理的输出量：烹调工作时间t。可认为：加热效率是一个不变量；一般烹调时T=100，解冻时T=25。,34,烹调工作时间的推理3,输出功率P,烹调工作时间t,食物比热C,食物重量m,模糊推理,35,推理条件语句,推理条件语句：ifCandmandPthent为减少规则数目，简化设计，在烹调过程中可将：输出功率P固定为某个数值。仅考虑食物比热C和食物重量m两个输入变量，进行模糊逻辑推理。则：ifCandmthent（P=Constant）例如：P=100

11、0WP=600WP=200W等。,36,推理结果,推理的结果：得到烹调时间t*；再经过解模糊判决，得到烹调时间的精确量t。烹调时间的精确量t减去食物重量m推理时的工作时间t#（=20秒），才是尚需的烹调时间t。t=t-t#=t-20(秒)(在显示器上显示),37,控制软件及其框图,3控制电路结构原理（略）4.控制软件及其框图控制软件：由主控程序和过零中断程序组成。主控程序：进行模糊推理，微波加热，加热丝保温的过程控制；过零中断程序：周波记数；磁控管占空比控制；加热丝占空比控制。,38,主控程序,（1）主控程序由五大部分组成：初始化不定类型食物推理特定类型食物推理磁控管工作控制加热丝工作控制,3

12、9,初始化,初始化设置堆栈、置I/O初态、无数字显示的代码等。,40,不定类型食物推理,不定类型食物推理（以中等比热、中等功率情况进行推理）用户将食品放入炉腔关上炉门按启动按键不定类型食物推理程序段,41,特定类型食物推理,特定类型食物推理在用户键入“食物类型（即食物比热）”和“烹煮方法（烹调功率）”后，启动微波炉。进行特定类型食物推理。,42,磁控管工作控制,磁控管工作控制磁控管工作参数有：输出功率P和工作时间t。输出功率P是由用户以键盘入，工作时间t则由推理结果给出。对磁控管控制采用占空比控制方式。,43,加热丝工作控制,加热丝工作控制加热丝工作用于保温控制。根据温度检测器测出的炉腔实际温

13、度与保温温度的偏差，对加热丝进行占空比控制。,44,过零中断程序,（2）过零中断程序将交流电源变压器次级的交流低压信号整流，通过一级反向放大，得到过零正脉冲信号。经再次反向，得到过零中断请求信号。过零中断一经响应，进入过零中断程序。用于时间显示、周波计数、磁控管占空比控制，和加热丝占空比控制。,45,模糊逻辑控制电冰箱,二模糊逻辑控制电冰箱家用电冰箱一般是双门冰箱，分为冷冻室和冷藏室两个部分。冷冻室用于冷冻食品和制冰。长时间存放，食品中的水份也会凝结成冰。冷冻室的温度为-6-18。冷藏室用于在较低的温度中存放食品。要求有一定的保鲜而不冻伤食物的功能。冷藏室的温度一般为010。对家用电冰箱的要求

14、是：较高的温度控制精度和最优的节能效果。,46,系统结构框图,1系统结构,单片微机,冷藏室温度检测,霜厚度检测,冷冻室温度检测,温度给定,电源检测,压缩机控制,电热丝控制,风门控制,温度显示,47,输入部件,（1）输入部件、输出部件和单片微机输入部件输入电冰箱内部状态、电源状态和用户设定的温度值等。输入部件包括:冷冻室温度检测电路;冷藏室温度检测电路;霜厚度检测电路;电源检测电路;温度给定电路等。,48,输出部件,输出部件用于对压缩机、电热丝和风门的控制，以及温度显示。包括:压缩机通断控制电路;电热丝控制电路;风门控制电路;以及温度显示电路。,49,单片微机,单片微机应能满足控制功能的要求。（

15、运算速度、存储容量、接口电路的种类及数量等）。,50,除霜控制,（2）除霜及温度控制除霜控制包括霜厚度检测和对电热丝的控制，其作用是用于冷冻室除霜。除霜控制过程：当冷冻室的霜的厚度凝结到一定程度时，开始进行加热除霜加热丝通电，进行全电压加热除霜霜的厚度下降降低加热丝的控制电压霜的厚度继续下降直到除霜结束断开加热丝电源。,51,除霜控制框图,模糊控制器,加热丝,e0,e0,ch,给定霜厚度,52,温度控制,温度控制该系统是一个二输入二输出模糊控制系统：两个输入量：冷冻室温度；冷藏室温度。两个输出量：对压缩机的控制量对风门的控制量。,53,温度控制框图,模糊控制器,压缩机,风门,冷冻室温度设定,冷

16、藏室温度设定,e1,e1,e2,e2,cp,cf,+,+,54,冷冻室温度控制,冷冻室温度控制：通过对压缩机的控制来实现。(模糊控制系统接收冷冻室的温度偏差e1、温度偏差变化率e1后，进行模糊推理。然后，根据模糊推理的结果，对压缩机的工作进行控制Cp。),55,冷藏室温度控制,冷藏室温度控制：通过对风门的控制来实现。既与压缩机的工作状态有关，也和冷冻室的温度有关。（模糊控制系统接收冷藏室的温度偏差e2、温度偏差变化率e2，同时也要考虑冷冻室的温度偏差e1，经过模糊推理，决定对风门的控制Cf。）,56,注意,*注意：在对压缩机进行控制时，必须注意压缩机停机时间超过3分钟后，才能允许压缩机重新启动

17、！,57,除霜控制,2模糊量和模糊控制规则（1）除霜控制霜厚度检测器将检测得来的霜厚度与给定的霜厚度相比较：得到霜厚度偏差e0和霜厚度偏差变化率e0模糊控制器控制信号Ch控制加热丝工作。,58,霜厚度偏差、偏差变化率,霜厚度偏差e0的模糊量取四个模糊量：零（Z）小（S）中（M）大（L）。全是正模糊量。实际上一般霜厚度的给定值为零，采样检测出的厚度即为霜厚度偏差e0。霜厚度偏差变化率e0的模糊量三个模糊量：小（S）中（M）大（L）。也是正模糊量。,59,加热丝控制,加热丝控制模糊量隶属函数采用单点形式：零（Z）低（L）中（M）高（H）,60,除霜控制规则,除霜控制规则ife0ande0thenC

18、he0ChZSMLSZMHHe0MZLMHLZZMH例：ife0=Mande0=LthenCh=M；,61,冷冻室温度控制,（2）冷冻室温度控制冷冻室温度控制的模糊量和控制规则模糊化划分：A.冷冻室的温度偏差e1和温度偏差变化率e1，都取五个模糊量：负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）。B.压缩机电机的控制信号Cp：只需取“通”（On）和“断”（Off）两种状态。,62,冷冻室控制规则,控制规则：ife1ande1thenCp实际上，在压缩机停机三分钟以内不准重新启动，以防止因压缩机的输入、输出两端压力不平衡，从而导致压缩机动力矩过大而烧毁压缩机电动机。为此，凡使压缩机电机接通电源的语句，均应有停压缩机时间的约束条件。设压缩机停机时间约束条件为Toff3分钟，则：凡使压缩机电机接通电源的语句（Cp=ON）的语句，其规则应为：ife1ande1andToffthenCp（Cp=On）,63,冷藏室温度控制,冷藏室温度控制的模糊量和控制规则模糊量：A.冷藏室的温度偏差e2和温度偏差变化率e2，都取五个模糊量：负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）。B.风门的控制量Cf取单点输出，也取五个模糊量：零（Z），小（S），中（