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1、工业洗衣机模糊控制系统技术策略及实现摘要]介绍了模糊控制这一被称为“21世纪的核心技术”的研究背景;提出了工业洗衣机模糊控制系统开发的技术策略和设计框架;综述了模糊控制知识库的建立和模糊控制器的设计以及系统的硬件设计和软件设计.[关键词]工业洗衣机;模糊控制;模块化设计;多任务编程1研究的背景和意义模糊数学和模糊控制的概念是加利福尼亚大学教授扎德(LAZadeb)在他的《FuzzySets》、《Algo-rithm》和《ARationaleForFuzzyControl》等论著中首先提出[1].1974年英国伦敦大学教授EHMan
2、idani首先应用模糊控制逻辑研制成功模糊控制器.1979年,英国IJProcyk和EHManidani研制成功自组织模糊控制器,标志着模糊控制器“智能化”程度的进一步提高.1984年年底国际模糊系统学会成立.模糊控制理论从提出至今虽然只有20多年,但是无论在模糊理论的算法、模糊推理决策、工业控制应用、模糊系统集成,以及自学习、自适应和工程应用方面都取得了长足的进步[2].模糊控制是智能控制领域的重要发展方向,模糊控制技术被称为“21世纪的核心技术”.模糊控制技术进入商品化,使产品的自动化和智能化水平不断提高.工业洗衣机广泛应用于
3、宾馆、饭店、医院、部队、学校、车站、客运码头等洗涤衣物量大的场所,由于洗涤容量大、洗涤效率高以及洗净度高等特点,赢得了越来越大的市场.对工业洗衣机模糊控制系统的研制与开发,旨在进一步提高其自动化、智能化程度,将给工业洗衣机以更强大的生命力.系统的研制开发是以XGQ-25型全自动洗涤脱水机为原型机,实现洗涤过程的模糊控制.原型机是程序控制洗涤脱水机,用户根据不同洗涤物的布质、布量、脏污状况凭经验选择多个功能键,决策因人而异,洗涤效果自然有差别.采用模糊控制技术的全自动洗涤脱水机,用电脑全部或部分代替人脑进行洗涤过程的决策,由计算机进
4、行模糊判断、推理和决策,并自动生成优化的洗涤方案,使整个洗涤过程在无需人工干预的情况下自动完成,而且可以节水、节电、省时、省心.经文献检索确认,迄今,模糊控制工业洗衣机研制在国内外尚属空白.因此,笔者的研制成果不仅具有重大的科学意义,而且可以增强国产工业洗衣机的国内外市场竞争力.2工业洗衣机模糊控制系统开发的技术框架 本系统是一个多输入多输出的控制系统.主要输入量(模糊量)有洗涤物的布质、布量、脏污程度、脏污性质等.系统的输出量有电机转速、进水量、水位、洗涤时间(包括过清和脱水时间)和洗涤剂投放量等.总的设计思路是利用相应的传感
5、器检测各种输入量,通过转换和处理,运用各种控制模块和模糊控制规则,经模糊计算和推理决策,确定洗涤程序和洗涤过程中的输出量.2.1模糊控制器设计的框架构思模糊控制器设计利用主要因素推理和间接推理等方法.主要因素推理即是抓住主要因果关系,放弃次要因果关系.例如,用布质、布量的监测数据来推理决策水位、转速、洗涤时间等工作参数.间接推理亦称顺序推理,即将前一种推理作为本次推理的前提,从而引申出新的结果.例如,若洗涤剂投放量大时,洗涤时间会相应延长.本系统对以上两种推理方法进行综合应用而得出模糊控制规则,配以模糊计算和推理,根据输入信息而自
6、动生成受控的输出量,通过正交法对原型机进行反复试验,建立和完善知识库(包括数据库和规则库),确立理想的模糊控制模型.模糊控制器的基本结构框图如图1所示.模糊控制器的控制过程分三个步骤:模糊化、模糊逻辑推理、解模糊化判决.以上三个步骤分别在模糊控制器状态接口(模糊化器)、模糊推理机和控制接口(解模糊化判决)完成,从而在专家的经验或在大量实验数据的基础上,建立被控对象的模糊控制模型.2.2工业洗衣机模糊控制系统硬件结构方案硬件设计方案采用主从双CPU控制方式,由两个CPU分别进行合理的功能分配.主机负责管理显示模块(LED/LCD)、
7、键盘(面板)、信号输入/输出模块、变频器;从机负责管理温度传感器、水位传感器、混浊度传感器.采用主从双CPU控制方式,有利于系统运行稳定可靠并保证响应实时性及实现系统功能.硬件设计遵循“模块化设计”思想,每个功能模块在定型前都必须进行验证性实验,方案可行后再实施,然后将各个功能模块有机地合并起来.在硬件设计中充分考虑内外环境的干扰,采用多种抗干扰的技术处理,保证系统的可靠性[3].如图2所示,该系统由一块主控制板和一块信号输入输出(I/O)板组成.其中主控制板由主CPU、EPROM、NVRAM、键盘、指示灯和大屏液晶显示模板组成;
8、信号输入输出接口控制板则由电源模块、从CPU、温度转速模块、布质布量处理模块、水位采样处理模块、混浊度采样模块、变频器通讯和各种状态信号输入及继电器信号输出模块组成.2.3系统软件的编程思想2.3.1在单片机控制系统中引入基于消息的多任务编程机制由
