經(jīng)順林 藍雯靜 陳 紅

（柳州津晶電器有限公司，廣西 柳州545001）

隨著我國高新科技的快速發(fā)展和人們物質(zhì)生活的不斷富足，智能化、自動化及機械化逐步成為我國家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全新趨勢，洗衣機作為家電行業(yè)的重要發(fā)展方向同樣如此。近年來，隨著越來越多家電制造企業(yè)對智能洗衣機關注度與重視度的不斷提高，智能洗衣機品牌戰(zhàn)略布局進一步完善，我國智能洗衣機迎來了飛速發(fā)展階段。在此過程中，智能洗衣機控制系統(tǒng)設計與研究必須隨著洗衣機智能化與自動化程度的不斷提升進一步加強，充分為智能洗衣機各項功能目標的達成奠定堅實的技術基礎。因此，模糊控制理論及模糊控制系統(tǒng)分析受到了越來越多專家學者的關注與重視。在此背景下，對智能洗衣機設計研發(fā)過程中的模糊控制理論及其模糊控制系統(tǒng)進行深度探討與研究，也就具備重要理論意義和戰(zhàn)略價值。

1 智能洗衣機的模糊控制原理

在智能洗衣機的模糊控制過程中，模糊控制原理主要是在控制洗衣機按照人類日常洗衣經(jīng)驗所總結(jié)出的模糊控制相關規(guī)則，在采用數(shù)量化模型模糊量的基礎上，利用單片機設備將相關模糊控制規(guī)則以及洗滌經(jīng)驗按照模糊規(guī)則賦值成為決策變量，自動反映在智能洗衣機模糊自動過程控制中。在智能洗衣機衣物洗滌過程中，衣物量的多少、面料種類等作為智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)模糊量，必須采用大量實驗驗證，總結(jié)出人為洗滌方式所得到的相關經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進一步轉(zhuǎn)化為模糊控制規(guī)則，再借助智能洗衣機傳感器設備接收數(shù)據(jù)信息，使智能洗衣機快速判斷洗滌衣物量的多少、臟污程度甚至面料類別等，以此推測出模糊決策，實現(xiàn)對整個智能洗衣機注水量、洗滌時間、水流強弱、洗滌方式選擇甚至脫水時間、排水時間等相關參數(shù)的輸入與輸出，確保智能洗衣機能在適當?shù)目刂菩阅茏兓昂喕绦蛏系玫礁咝У南礈煨Ч?。同時，也使智能洗衣機輸入與輸出過程中的模糊特性詞集以模糊集合方式表示，轉(zhuǎn)化為求取模糊集合隸屬度函數(shù)這一現(xiàn)實問題，實現(xiàn)智能洗衣機洗滌衣物控制過程科學化。

2 應用于智能洗衣機的模糊控制算法

2.1 模糊控制算法的參數(shù)說明

在智能洗衣機模糊控制算法的參數(shù)選擇過程中，為最大限度降低智能洗衣機模糊控制算法復雜程度，主要將智能洗衣機相關輸入?yún)?shù)進一步簡化，利用衣物重量、衣物臟污程度兩大參數(shù)進一步得到洗衣機水位傳感器測量數(shù)據(jù)的參數(shù)信息，換算得出智能洗衣機洗滌時間、洗滌次數(shù)以及凈水量、補水量等相關數(shù)據(jù)，再利用測量值進一步推演得到確定數(shù)值，減少智能洗衣機模糊控制過程中相關算法的參數(shù)輸入。與此同時，智能洗衣機洗滌過程總用水量及預估初始用水量，則借助衣物總量獲得，已用水量則借助實際用水量與預估用水量求差值的方式取得。

2.2 模糊集與模糊規(guī)則的建立

在初步確定智能洗衣機模糊控制算法相關參數(shù)的基礎上，確定洗衣機模糊控制基于模糊規(guī)則的對應關系。在此過程中，主要將模糊詞集分為輸入量、輸出量以及過程量三大類別，輸入量主要借助智能洗衣機設備中的傳感器設備得到衣物重量以及衣物臟污程度，輸出量則作為待定參數(shù)，包括智能洗衣機實際洗滌時間、洗滌次數(shù)以及補水量的多少，利用少、中、多等諸多模糊詞表示。過程量是在模糊控制算法推理過程中所需使用的幫助最終得出輸出參數(shù)信息的數(shù)據(jù)，主要以用水量的多、少、中為表示詞集，在結(jié)合人類洗滌經(jīng)驗和相關試驗數(shù)據(jù)的基礎上，利用輸入量、輸出量和過程量相互匹配的方式得到智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)設計過程中的模糊集與模糊規(guī)則對應表如表1。

表1 模糊集與模糊規(guī)則對應表

2.3 模糊量化

在智能洗衣機的模糊控制系統(tǒng)設計與分析過程中，模糊程序輸入與輸出利用輸入量、輸出量和過程量的隸屬度函數(shù)表示，而各類隸屬度函數(shù)大多選擇三角函數(shù)方式，在以人類基本洗滌經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)信息經(jīng)驗值作為隸屬度函數(shù)的中心參考值的基礎上，借助查閱相關文獻資料以及實驗記錄的方式，設定三角函數(shù)中心數(shù)值。在此過程中，衣物的重量隸屬度函數(shù)如圖1所示，而衣物用水量隸屬度函數(shù)則如圖2 所示。

圖1 衣物重量隸屬度函數(shù)

圖2 衣物用水量隸屬度函數(shù)

3 智能洗衣機的模糊控制系統(tǒng)設計與應用

3.1 模糊控制器設計

在設計智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)的過程中，重點在于模糊控制器的設計與應用。一般情況下，模糊控制系統(tǒng)模糊控制器工作首先是將已確定完畢的輸入量進行模糊化處理，將相關數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槟：~集，根據(jù)模糊規(guī)則的對應關系，將其進一步轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)據(jù)信息，應用模糊推理與程序算法得到控制器實際的輸出模糊控制量，再將其輸出控制量進行精確化處理，確保智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)設計能達成對整個衣物洗滌過程的科學控制，圖3 即為模糊控制器原理框架圖。

考慮到智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)實踐工作時，應能自動判別所洗滌衣物的重量和衣物所屬類別，自動選擇最佳洗滌方式、洗滌時間和洗滌次數(shù)，全智能化和自動化完成衣物洗滌的整個過程。因此，在智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)設計過程中，模糊控制器必須考慮待洗滌衣物質(zhì)地、重量、洗滌水溫度以及衣物臟污程度等諸多參數(shù)，根據(jù)該類條件求得智能洗衣機所需洗滌用水量、洗滌時間和洗滌方式甚至脫水時間等其他參數(shù)。在此過程中，智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)設計為二輸入與多輸出的推理過程和控制過程，也就是說，在輸入變量的基礎上得到所有輸出變量和過程變量的相關數(shù)據(jù)信息。

圖3 模糊控制器原理框架圖

3.2 仿真應用

在智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)仿真應用過程中，以待洗衣物臟污程度、重量為基礎參數(shù)和模糊控制器主要輸入量，推理得出洗滌時長、水流強度以及洗滌方式等諸多輸出變量，利用MATLAB 中的界面設計研究出智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)過程圖，利用多輸入和多輸出的界面編輯方式對輸入量與輸出量進行界面編輯，進一步設置智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)邏輯算法模糊集、模糊輸入量以及模糊規(guī)則等，再進一步對智能洗衣機模糊控制理論推理過程進行探究，在待洗滌衣物重量與臟亂污程度固定的基礎上，采用平均值算法求得的洗滌時間和實際進水強度與計算結(jié)果一致，整個過程呈現(xiàn)出動態(tài)連接與變化趨勢。

圖4 模糊控制系統(tǒng)仿真界面

利用編輯器中相關參數(shù)改變，進一步探究智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)仿真應用過程可知（圖4），觀測窗口的諸多參數(shù)信息會隨編輯窗口參數(shù)變化而變化，也就為研究智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)其他參數(shù)變化情況下輸出量變化影響提供了重要條件。在此基礎上，進一步對智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)進行調(diào)試研究，將實際所取得的模糊控制效果與觀測窗口的相關數(shù)據(jù)信息結(jié)合，可強化對整個智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)設計參數(shù)的改進。與此同時，還可利用智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)相關參數(shù)信息編輯的方式，不斷簡化各觀測窗口設計效果，優(yōu)化智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)的設計過程。

4 結(jié)論

模糊控制理論為智能洗衣機中模糊控制系統(tǒng)的設計與應用提供了重要支撐，不斷拓寬了智能洗衣機家電產(chǎn)業(yè)的運用前景，使智能洗衣機逐步成為模糊控制技術創(chuàng)新的重要發(fā)展領域。本文在給出智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)相關原理、參數(shù)選擇、模糊規(guī)則建立以及模糊控制器基本設計原理的基礎上，對智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)進行仿真和應用，在節(jié)約大量時間的基礎上，完善了智能洗衣機模糊控制系統(tǒng)控制效果，為智能洗衣機中模糊控制理論的進一步推廣應用提供了更多思考。