智能洗衣机的模糊控制系统分析

经顺林 蓝雯静 陈 红

（柳州津晶电器有限公司，广西 柳州545001）

随着我国高新科技的快速发展和人们物质生活的不断富足，智能化、自动化及机械化逐步成为我国家电产业发展的全新趋势，洗衣机作为家电行业的重要发展方向同样如此。近年来，随着越来越多家电制造企业对智能洗衣机关注度与重视度的不断提高，智能洗衣机品牌战略布局进一步完善，我国智能洗衣机迎来了飞速发展阶段。在此过程中，智能洗衣机控制系统设计与研究必须随着洗衣机智能化与自动化程度的不断提升进一步加强，充分为智能洗衣机各项功能目标的达成奠定坚实的技术基础。因此，模糊控制理论及模糊控制系统分析受到了越来越多专家学者的关注与重视。在此背景下，对智能洗衣机设计研发过程中的模糊控制理论及其模糊控制系统进行深度探讨与研究，也就具备重要理论意义和战略价值。

1 智能洗衣机的模糊控制原理

在智能洗衣机的模糊控制过程中，模糊控制原理主要是在控制洗衣机按照人类日常洗衣经验所总结出的模糊控制相关规则，在采用数量化模型模糊量的基础上，利用单片机设备将相关模糊控制规则以及洗涤经验按照模糊规则赋值成为决策变量，自动反映在智能洗衣机模糊自动过程控制中。在智能洗衣机衣物洗涤过程中，衣物量的多少、面料种类等作为智能洗衣机模糊控制系统模糊量，必须采用大量实验验证，总结出人为洗涤方式所得到的相关经验数据，进一步转化为模糊控制规则，再借助智能洗衣机传感器设备接收数据信息，使智能洗衣机快速判断洗涤衣物量的多少、脏污程度甚至面料类别等，以此推测出模糊决策，实现对整个智能洗衣机注水量、洗涤时间、水流强弱、洗涤方式选择甚至脱水时间、排水时间等相关参数的输入与输出，确保智能洗衣机能在适当的控制性能变化及简化程序上得到更高效的洗涤效果。同时，也使智能洗衣机输入与输出过程中的模糊特性词集以模糊集合方式表示，转化为求取模糊集合隶属度函数这一现实问题，实现智能洗衣机洗涤衣物控制过程科学化。

2 应用于智能洗衣机的模糊控制算法

2.1 模糊控制算法的参数说明

在智能洗衣机模糊控制算法的参数选择过程中，为最大限度降低智能洗衣机模糊控制算法复杂程度，主要将智能洗衣机相关输入参数进一步简化，利用衣物重量、衣物脏污程度两大参数进一步得到洗衣机水位传感器测量数据的参数信息，换算得出智能洗衣机洗涤时间、洗涤次数以及净水量、补水量等相关数据，再利用测量值进一步推演得到确定数值，减少智能洗衣机模糊控制过程中相关算法的参数输入。与此同时，智能洗衣机洗涤过程总用水量及预估初始用水量，则借助衣物总量获得，已用水量则借助实际用水量与预估用水量求差值的方式取得。

2.2 模糊集与模糊规则的建立

在初步确定智能洗衣机模糊控制算法相关参数的基础上，确定洗衣机模糊控制基于模糊规则的对应关系。在此过程中，主要将模糊词集分为输入量、输出量以及过程量三大类别，输入量主要借助智能洗衣机设备中的传感器设备得到衣物重量以及衣物脏污程度，输出量则作为待定参数，包括智能洗衣机实际洗涤时间、洗涤次数以及补水量的多少，利用少、中、多等诸多模糊词表示。过程量是在模糊控制算法推理过程中所需使用的帮助最终得出输出参数信息的数据，主要以用水量的多、少、中为表示词集，在结合人类洗涤经验和相关试验数据的基础上，利用输入量、输出量和过程量相互匹配的方式得到智能洗衣机模糊控制系统设计过程中的模糊集与模糊规则对应表如表1。

表1 模糊集与模糊规则对应表

2.3 模糊量化

在智能洗衣机的模糊控制系统设计与分析过程中，模糊程序输入与输出利用输入量、输出量和过程量的隶属度函数表示，而各类隶属度函数大多选择三角函数方式，在以人类基本洗涤经验和实验数据信息经验值作为隶属度函数的中心参考值的基础上，借助查阅相关文献资料以及实验记录的方式，设定三角函数中心数值。在此过程中，衣物的重量隶属度函数如图1所示，而衣物用水量隶属度函数则如图2 所示。

图1 衣物重量隶属度函数

图2 衣物用水量隶属度函数

3 智能洗衣机的模糊控制系统设计与应用

3.1 模糊控制器设计

在设计智能洗衣机模糊控制系统的过程中，重点在于模糊控制器的设计与应用。一般情况下，模糊控制系统模糊控制器工作首先是将已确定完毕的输入量进行模糊化处理，将相关数据信息转变为模糊词集，根据模糊规则的对应关系，将其进一步转化为模糊数据信息，应用模糊推理与程序算法得到控制器实际的输出模糊控制量，再将其输出控制量进行精确化处理，确保智能洗衣机模糊控制系统设计能达成对整个衣物洗涤过程的科学控制，图3 即为模糊控制器原理框架图。

考虑到智能洗衣机模糊控制系统实践工作时，应能自动判别所洗涤衣物的重量和衣物所属类别，自动选择最佳洗涤方式、洗涤时间和洗涤次数，全智能化和自动化完成衣物洗涤的整个过程。因此，在智能洗衣机模糊控制系统设计过程中，模糊控制器必须考虑待洗涤衣物质地、重量、洗涤水温度以及衣物脏污程度等诸多参数，根据该类条件求得智能洗衣机所需洗涤用水量、洗涤时间和洗涤方式甚至脱水时间等其他参数。在此过程中，智能洗衣机模糊控制系统设计为二输入与多输出的推理过程和控制过程，也就是说，在输入变量的基础上得到所有输出变量和过程变量的相关数据信息。

图3 模糊控制器原理框架图

3.2 仿真应用

在智能洗衣机模糊控制系统仿真应用过程中，以待洗衣物脏污程度、重量为基础参数和模糊控制器主要输入量，推理得出洗涤时长、水流强度以及洗涤方式等诸多输出变量，利用MATLAB 中的界面设计研究出智能洗衣机模糊控制系统过程图，利用多输入和多输出的界面编辑方式对输入量与输出量进行界面编辑，进一步设置智能洗衣机模糊控制系统逻辑算法模糊集、模糊输入量以及模糊规则等，再进一步对智能洗衣机模糊控制理论推理过程进行探究，在待洗涤衣物重量与脏乱污程度固定的基础上，采用平均值算法求得的洗涤时间和实际进水强度与计算结果一致，整个过程呈现出动态连接与变化趋势。

图4 模糊控制系统仿真界面

利用编辑器中相关参数改变，进一步探究智能洗衣机模糊控制系统仿真应用过程可知（图4），观测窗口的诸多参数信息会随编辑窗口参数变化而变化，也就为研究智能洗衣机模糊控制系统其他参数变化情况下输出量变化影响提供了重要条件。在此基础上，进一步对智能洗衣机模糊控制系统进行调试研究，将实际所取得的模糊控制效果与观测窗口的相关数据信息结合，可强化对整个智能洗衣机模糊控制系统设计参数的改进。与此同时，还可利用智能洗衣机模糊控制系统相关参数信息编辑的方式，不断简化各观测窗口设计效果，优化智能洗衣机模糊控制系统的设计过程。

4 结论

模糊控制理论为智能洗衣机中模糊控制系统的设计与应用提供了重要支撑，不断拓宽了智能洗衣机家电产业的运用前景，使智能洗衣机逐步成为模糊控制技术创新的重要发展领域。本文在给出智能洗衣机模糊控制系统相关原理、参数选择、模糊规则建立以及模糊控制器基本设计原理的基础上，对智能洗衣机模糊控制系统进行仿真和应用，在节约大量时间的基础上，完善了智能洗衣机模糊控制系统控制效果，为智能洗衣机中模糊控制理论的进一步推广应用提供了更多思考。