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1、Modern Control Engineering第第 11 章章 模糊控制模糊控制教材：教材：王万良，现代控制工程，高等教育出版社，王万良，现代控制工程，高等教育出版社，2011o模糊控制已经得到非常广泛的应用，被公认为是简单而有效的控制技术。第11章 模糊控制如果如果“温度温度偏高偏高”则则“加入加入较多较多冷水冷水”103/h2o本章围绕模糊控制系统的组成，非常简要、实用地介绍了模糊控制的基本方法。分别介绍模糊控制器的输入输出变量及其模糊化方法、模糊控制规则、模糊推理与模糊判决等主要环节。第11章 模糊控制3第11章 模糊控制o11.1 模糊控制的发展模糊控制的发展 o11.2 模糊集
2、合模糊集合o11.3 模糊控制系统的组成模糊控制系统的组成o11.4 模糊控制规则模糊控制规则o11.5 模糊关系与合成模糊关系与合成o11.6 模糊推理与模糊决策模糊推理与模糊决策o11.7 模糊控制算法的工程实现模糊控制算法的工程实现o11.8 模糊模糊PID复合控制复合控制o11.9 酚醛树脂聚合反应温度模糊控制酚醛树脂聚合反应温度模糊控制o11.10 全自动洗衣机的模糊控制全自动洗衣机的模糊控制4o 1965年，美国L.A.Zadeh发表了“fuzzy set”的论文，首先提出了模糊理论。o从1965年到20世纪80年代，在美国、欧洲、中国和日本，只有少数科学家研究模糊理论。o 197
3、4年，英国Mamdani首次将模糊理论应用于热电厂的蒸汽机控制。1976年，Mamdani又将模糊理论应用于水泥旋转炉的控制。o 1983年日本Fuji Electric公司实现了饮水处理装置的模糊控制。o1987年日本Hitachi公司研制出地铁的模糊控制系统。11.1 模糊控制的发展5o1987年1990年在日本申报的模糊产品专利就达319种。o目前，各种模糊产品充满日本、西欧和美国市场，如模糊洗衣机、模糊吸尘器、模糊电冰箱和模糊摄像机等。o常规控制一般都要求系统有精确的数学模型。大多数工业过程具有不确定性，采用常规控制很难实现有效控制，而模糊控制可以利用语言信息却不需要精确的数学模型，从
4、而可以实现对不确定性系统较好的控制。11.1 模糊控制的发展6o热交换过程的控制o暖水工厂的控制o污水处理过程控制o交通路口控制o水泥窑控制o飞船飞行控制n 机器人控制机器人控制n 模型小车的停靠和转弯控制模型小车的停靠和转弯控制n 汽车速度控制汽车速度控制n 水质净化控制水质净化控制n 电梯控制电梯控制n 电流和核反应堆的控制电流和核反应堆的控制 模糊控制的应用模糊控制的应用 11.1 模糊控制的发展7 论域：所讨论的全体对象，用 U 等表示。元素：论域中的每个对象，常用a,b,c,x,y,z表示。集合：论域中具有某种相同属性的确定的、可以彼此区别的元素的全体，常用A，B等表示。元素a和集合
5、A的关系：a属于A或a不属于A，即只有两个真值“真”和“假”。模糊逻辑给集合中每一个元素赋予一个介于0和1之间的实数，描述其属于一个集合的强度，该实数称为元素属于一个集合的隶属度。集合中所有元素的隶属度全体构成集合的隶属函数。11.2 模糊集合11.2.1 模糊集合的模糊集合的定义定义8例如，“成年人”集合：“成年人成年人”隶属度函数图隶属度函数图 “成年人成年人”特征函数图特征函数图 0011.2.1 模糊集合的定义9当论域中元素数目有限时，模糊集合 的数学描述为 ：元素 属于模糊集 的隶属度，是元素 的论域。11.2.2 模糊集合的表示方法一般表示一般表示当论域中元素数目有限时，经典集合
6、的数学描述为 10（1）Zadeh表示法表示法（1）论域是离散且元素数目有限）论域是离散且元素数目有限:或或（2）论域是连续的，或者元素数目无限：）论域是连续的，或者元素数目无限：11.2.2 模糊集合的表示方法1111.2.2 模糊集合的表示方法年青与年老的隶属度函数12（2）序偶表示法序偶表示法（3）向量表示法向量表示法 11.2.2 模糊集合的表示方法13（1）模糊集合的）模糊集合的包含包含关系关系 若若 ，则，则（2）模糊集合的）模糊集合的相等相等关系关系 若若 ，则，则（3）模糊集合的）模糊集合的交并补交并补运算运算 交运算交运算(intersection)11.2.3 模糊集合的运
7、算14 并运算并运算(union)补运算补运算(complement)或者或者 11.2.3 模糊集合的运算例例11.1 设论域 ，A及B是论域上的两个模糊集合，已知：BABABA、求1511.2.3 模糊集合的运算解解：16（4）模糊集合的代数运算）模糊集合的代数运算 代数积：代数积：代数和：代数和：有界和：有界和：有界积：有界积：11.2.3 模糊集合的运算17 例例 设论域设论域 ，A 及及 B 是论域上的是论域上的两个模糊集合，已知两个模糊集合，已知：11.2.3 模糊集合的运算解：解：18o11.3.1模糊控制系统的结构o模糊控制是以模糊数学为基础，运用语言规则表示方法和先进的计算机
8、技术，由模糊推理进行决策的一种高级计算机控制策略。11.3 模糊控制系统的组成19o与一般的计算机控制系统不同的是，模糊控制系统的控制器是模糊控制器。o模糊控制器是模糊控制系统的核心。它是基于模糊条件语句描述的语言控制规则，所以又称为模糊语言控制器。o本章以一个典型的二维模糊控制器为例，扼要介绍模糊控制器的工程设计及应用方法。实际上，二维模糊控制器本身具有相当的普遍性和实用性。11.3 模糊控制系统的组成2011.3 模糊控制系统的组成11.3.2 模糊控制器的输入输出变量模糊控制器的输入变量通常取 E或 E、EC或 E、EC、ER，分别构成所谓一维、二维、三维模糊控制器。一般选择控制量的增量
9、作为模糊控制器的输出变量。描述模糊控制器的输入、输出变量的状态 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大 NB，NM，NS，O，PS，PM，PB 描述误差变量的词集一般取为：负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大 NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB 2111.3.3 模糊控制器的输入输出变量的模糊化o 1.变量的模糊化(Fuzzification)：将输入模糊控制器的精确量转换为模糊量。o 比较实用的模糊化方法是将基本论域分为 n个档次，即取变量的模糊子集论域为:-n,-n+1,0,n-1,n 从基本论域a,b到模糊子集论域-n,n的转换公式 (11.10)22o 2.变量的
10、隶属度：为了实现模糊化，要在上述离散化了的精确量与表示模糊语言的模糊量之间建立关系，即确定论域中的每个元素对各个模糊语言变量的隶属度。o 确定隶属度要根据实际问题的具体情况。o实验研究结果表明，人进行控制活动时的模糊概念一般可以用正态型模糊变量描述。11.3.3 模糊控制器的输入输出变量的模糊化23 3.隶属函数隶属函数常常见见的的隶隶属属函函数数有有正正态态分分布布、三三角角分分布布、梯梯形形分分布布等。等。隶属函数确定方法：隶属函数确定方法：（1）模糊统计法）模糊统计法（2）专家经验法）专家经验法（3）二元对比排序法）二元对比排序法（4）基本概念扩充法）基本概念扩充法11.3.3 模糊控制
11、器的输入输出变量的模糊化24 3隶属函数隶属函数 例如：以年龄作论域，取例如：以年龄作论域，取 ，扎德给出了，扎德给出了“年老年老”O 与与“年青年青”Y 两个模糊集合的隶属函数为两个模糊集合的隶属函数为 采用采用Zadeh表示法表示法:11.3.3 模糊控制器的输入输出变量的模糊化25o表11.1 模糊变量 E 的赋值表 11.3.3 模糊控制器的输入输出变量的模糊化-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.10.40.81.0PM0000000000.20.71.00.70.2PS00000000.30.81.00.50.100PO00000001
12、.00.60.10000NO00000.10.61.00000000NS000.10.51.00.80.30000000NM0.20.71.00.70.2000000000NB1.00.80.40.1000000000026o对于模糊不确定性知识可采用模糊知识表示法。o例如，我们用三元组（张三，体型，（胖，0.9）表示命题“张三比较胖”，其中的0.9就代替“比较”而刻划了张三“胖”的程度。o这种隶属度表示法，一般是一种针对对象的表示法。其一般形式为（，（，）o这种方法还可广泛用于产生式规则、谓词逻辑、框架、语义网络等多种知识表示方法中。11.4 模糊控制规则27o 人类思维判断的基本形式是：如
13、果（条件）则（结论）其中的条件和结论常常是模糊的。o例如，模糊知识如果 压力较高且温度在缓慢上升 则 阀门略开（锅炉,工况,（压力,0.80）（锅炉,工况,（温度,0.3）（阀门,状态,（开,0.2）11.4 模糊控制规则28o模糊控制是语言控制，要用语言归纳专家的手动控制策略，从而建立模糊控制规则表。o条件语句的基本类型为 if A or B and C or D then Eo例如水温控制规则之一为：若 水温高或偏高，且温度上升快或较快，则 加大冷水流量；o用条件语句表达为：if E=NB or NM and EC=NB or NM then U=PB;11.4 模糊控制规则29o推荐一种
14、根据系统输出的误差及误差的变化趋势，消除误差的模糊控制规则，用下述21条模糊条件语句来描述，基本总结了众多的被控对象手动操作过程中，各种可能出现的情况和相应的控制策略。1.if E=NB or NM and EC=NB or NM then U=PB 2.if E=NB or NM and EC=NS or O then U=PB 3.if E=NB or NM and EC=PS then U=PM。21.if E=PM or PB and EC=PM or PB then U=NB 11.4 模糊控制规则3011.5 模糊关系与合成11.5.1模糊关系模糊关系身高与体重的模糊关系表身高与体
15、重的模糊关系表 从从X到到Y的一个模糊关系的一个模糊关系R，用模糊矩阵表示用模糊矩阵表示：普通关系普通关系:两个集合中的元素之间是否有关联，两个集合中的元素之间是否有关联，模糊关系模糊关系:两个模糊集合中的元素之间关联程度的多少。两个模糊集合中的元素之间关联程度的多少。例例11.2 某地区人的身高论域某地区人的身高论域X=140,150,160,170,180（单位：单位：cm），），体重论域体重论域 Y=40,50,60,70,80。3111.5.1 模糊关系 模糊关系的定义模糊关系的定义：A、B：模糊集合，模糊关系用叉积模糊集合，模糊关系用叉积(cartesian product)表示：表
16、示：叉积常用最小算子运算：叉积常用最小算子运算：A、B：离散模糊集，其隶属函数分别为：离散模糊集，其隶属函数分别为：则其叉积运算：则其叉积运算：32 例例11.3 已知输入的模糊集合已知输入的模糊集合A和输出的模糊集合和输出的模糊集合B：求求A到到B的模糊关系的模糊关系R。解：解：11.5.1 模糊关系0.02.05.08.00.1oo=BTABARmm3311.5.1 模糊关系3411.5.2 模糊关系的合成 设设 Q：U到到V的模糊关系，的模糊关系，R：V到到W的模糊关系，的模糊关系，则则Q与与R的合成的合成 为为U到到W的一个模糊关系，其隶属函数：的一个模糊关系，其隶属函数：例例11.4
17、 设模糊集合设模糊集合3511.5.2 模糊关系的合成 解：解：3611.6 模糊推理与模糊决策 1.模糊知识表示模糊知识表示 人类思维判断的基本形式：人类思维判断的基本形式：如果如果（条件）（条件）则则（结论）（结论）例如：如果例如：如果 压力较高且温度在慢慢上升压力较高且温度在慢慢上升 则则 阀门略开阀门略开 模模糊糊规规则则：从从条条件件论论域域到到结结论论论论域域的的模模糊糊关关系系矩矩阵阵 R。通通过过条条件件模模糊糊向向量量与与模模糊糊关关系系 R 的的合合成成进进行行模模糊糊推推理理，得得到到结结论论的的模模糊糊向向量量，然然后后采采用用“清清晰晰化化”方方法法将将模模糊糊结结论
18、论转换为精确量。转换为精确量。372.对对 IF A THEN B 类型的模糊规则的推理类型的模糊规则的推理 若若已已知知输输入入为为 A，则则输输出出为为 B；若若现现在在已已知知输输入入为为 ，则输出则输出 用合成规则求取用合成规则求取 其中模糊关系其中模糊关系R:控制规则库的控制规则库的N 条规则有条规则有N 个模糊关系：个模糊关系：对于整个系统的全部控制规则所对应的模糊关系对于整个系统的全部控制规则所对应的模糊关系R：11.6.1 模糊推理 382.对对 IF A THEN B 类型的模糊规则的推理类型的模糊规则的推理 例例11.5 已知输入已知输入的模糊集合的模糊集合A和输出的模糊集
19、合和输出的模糊集合B：前面已经求得模糊关系为：前面已经求得模糊关系为：11.6.1 模糊推理 392.对对 IF A THEN B 类型的模糊规则的推理类型的模糊规则的推理 则：则：当输入：当输入：11.6.1 模糊推理 403.对对 IF x is A and and y is B THEN z is C 类类型的模糊规则的推理型的模糊规则的推理 MIMO系统，专家知识的一般形式：系统，专家知识的一般形式：11.6.1 模糊推理 413.对对 IF x is A and and y is B THEN z is C 类类型的模糊规则的推理型的模糊规则的推理 两个输入一个输出的模糊系统两个输入
20、一个输出的模糊系统：输入：输入：输出：输出：11.6.1 模糊推理 42 模糊控制规则 “”其模糊蕴含关系：条模糊控制规则的总的模糊蕴含关系：推理的结论：3.对对 IF x is A and and y is B THEN z is C 类类型的模糊规则的推理型的模糊规则的推理 11.6.1 模糊推理 43 例例11.6 已已知知双双输输入入单单输输出出的的模模糊糊系系统统的的输输入入量量为为 x和和 y，输输出量为出量为 z，其输入输出关系如模糊规则描述：其输入输出关系如模糊规则描述：3.对对 IF x is A and and y is B THEN z is C 类类型的模糊规则的推理型
21、的模糊规则的推理 现已知现已知 x is and y is ，求输出量，求输出量 z。11.6.1 模糊推理 44例例 11.6（续）（续）已知已知:11.6.1 模糊推理3.对对 IF x is A and and y is B THEN z is C 类类型的模糊规则的推理型的模糊规则的推理 45解：（解：（1）求每条规则的蕴含关系）求每条规则的蕴含关系 11.6.1 模糊推理 46同样求得同样求得:11.6.1 模糊推理 47（2）求总的模糊蕴含关系）求总的模糊蕴含关系 R 11.6.1 模糊推理 48（3）计算输入量的模糊集合）计算输入量的模糊集合 11.6.1 模糊推理 49 11.
22、6.1 模糊推理 输出量的模糊集合输出量的模糊集合:50 例如，得到模糊向量：取结论：U5。11.6.2 模糊决策o“模模糊糊决决策策”(“模模糊糊判判决决”、“解解模模糊糊”或或“清清晰晰化化”）：由由模模糊糊推推理理得得到到的的结结论论或或者者操操作作是是一一个个模模糊糊向量，转化为确定值的过程。向量，转化为确定值的过程。1.最大隶属度法最大隶属度法 例如，得到模糊向量：例如，得到模糊向量：取结论：取结论：512.加权平均判决法加权平均判决法11.6.2 模糊决策 例如例如则则 5211.6.2 模糊决策 3.中位数法中位数法 例如例如5311.6.2 模糊决策 3.中位数法中位数法 例如
23、例如用线性插值处理，即用线性插值处理，即所以所以5411.6.3 模糊推理的应用例例 设有模糊控制规则：设有模糊控制规则：“如如果果温温度度低低，则则将将风风门门开开大大”。设设温温度度和和风风门门开开度度的的论论域为域为1，2，3，4，5。“温度低温度低”和和“风门大风门大”的模糊量：的模糊量：“温度低温度低”=1/1+0.6/2+0.3/3+0.0/4+0/5 “风门大风门大”=0/1+0.0/2+0.3/3+0.6/4+1/5已知事实已知事实“温度较低温度较低”，可以表示为，可以表示为 “温度较低温度较低”=0.8/1+1/2+0.6/3+0.3/4+0/5试用模糊推理确定风门开度。试用
24、模糊推理确定风门开度。5511.6.3 模糊推理的应用o解：（解：（1）确定模糊关系）确定模糊关系 R 5611.6.3 模糊推理的应用o解：解：（2）模糊推理）模糊推理 =(0.0，0.0，0.3，0.6，0.8)（3）模糊决策）模糊决策 用最大隶属度法进行决策得风门开度为用最大隶属度法进行决策得风门开度为5。用加权平均判决法和中位数法进行决策得风门开度为用加权平均判决法和中位数法进行决策得风门开度为4。=0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.03.03.03.00.00.06.06.03.00.00.00.16.03.00.00.00.03.06.00.18.0ooTR
25、AB57o在大型的模糊控制系统中常采用软件模糊推理法。o为了提高模糊控制的实时性，在许多成熟的产品中采用模糊控制器专用芯片。o在许多实际模糊控制系统中，特别是象采用单片机实现的模糊控制器中，通常采用查表法。o 模糊关系、模糊推理以及模糊判决的运算可以离线进行，最后得到模糊控制器输入量的量化等级 E、EC与输出量即系统控制量的量化等级U之间的确定关系，这种关系通常称为“控制表”。11.7 模糊控制算法的工程实现58表表11.6 11.6 模糊控制表模糊控制表-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6-67676777442000-56666666442000-47676777442000
26、-37666666320-1-1-1-24445444100-1-1-1-14445441000-3-2-1-04445110-1-1-1-4-4-4+04445110-1-1-1-4-4-4+1222200-1-4-4-3-4-4-4+212120-3-4-4-4-3-4-4-4+30000-3-3-6-6-6-6-6-6-6+4000-2-4-4-7-7-7-6-7-6-7+5000-2-4-4-6-6-6-6-6-6-6+6000-2-4-4-7-7-7-6-7-6-75911.8 模糊模糊PID复合控制复合控制o模糊控制实际上相当于PD控制，具有很强的鲁棒性，但它的稳态精度相对较差。o
27、一种容易实现的改进方法是与PID控制算法相结合，形成模糊PID复合控制。6011.9 酚醛树脂聚合反应温度模糊控制6111.9.1 酚醛树脂聚合反应过程特性分析o聚合反应的放热速率与反应温度之间是一种正反馈自激的关系，聚合反应的放热速率与反应温度之间存在着强烈的非线性特性。o聚合度是衡量酚醛树脂产品质量的指标，但由于传感器的限制，选取与聚合度密切相关的反应温度作为被控制量，冷却流量阀门开度作为控制量。o考虑到恒温度有非线性、时变等特点，采用模糊控制理论。6211.9.2 模糊控制器设计o选用二维输入、单维输出结构模式的模糊控制器。o取实际温度与设定温度值偏差E、偏差变化率EC作为输入oE、EC
28、都采用模糊语言变量表示为负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，负零(NO)，正零(PO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)。o控制变量U为冷却水阀门开度，采用全开(PB)，中开(PM)，小开(PS)，全关夹套闷水(PO)，全关夹套放空(NO)几个语言变量描述。63NBNMNSNO POPSPMPB-151.00.2000000-140.90.4000000.-1000.40.90000-0000.21.00000+000001.00.200+100000.90.400.+140000000.40.9+150000000.21.0表11.7 模糊变量E的赋值表 11.9.2 模糊控制
29、器设计6411.9.2 模糊控制器设计-3-2-1-0+0+1+2+3NB1.0 0.2000000NM0.2 1.00.200000NS00.21.00.20000NO000.21.00.2000PO0000.21.00.200PS00000.21.00.20PM000000.21.00.2PB0000000.21.0表11.8 模糊变量EC的赋值表 6511.9.2 模糊控制器设计12345NO1.00.2000PO0.21.00.200PS00.21.00.20PM000.21.00.2PB0000.21.0表11.9 模糊变量U的赋值表 66NBNMNSNOPOPSPMPBNB*POP
30、OPOPOPO*NMNOPOPOPOPOPOPOPONSNOPOPOPOPOPOPOPONONOPOPOPOPOPOPOPOPOPSPMPBPBPBPBPBPBPSPSPMPBPBPBPBPBPBPMPMPMPBPBPBPBPBPBPB*PBPBPB*表11.10 模糊控制规则表 11.9.2 模糊控制器设计6711.9.2 模糊控制器设计-3-2-1-0+0+1+2+3-1531113345.-122225555-022225555+022225555+122225555.+1522225555表11.11 模糊控制表 6811.10 全自动洗衣机的模糊控制o11.10.1 模糊控制洗衣机的
31、检测模糊控制洗衣机的检测6911.10.1 模糊控制洗衣机的检测o1衣物量检测：以决定洗涤缸里的水位。衣物量检测：以决定洗涤缸里的水位。o一般通过检测电动机的负载来间接测量所洗衣物的多少。一般通过检测电动机的负载来间接测量所洗衣物的多少。o测测量量电电动动机机断断电电后后的的反反电电动动势势大大小小及及波波形形测测量量电电动动机机负负载载：当当衣衣服服投投入入洗洗涤涤缸缸中中后后，先先加加入入适适量量的的水水，然然后后启启动动电电动动机机旋旋转转若若干干圈圈后后断断电电，测测量量电电动动机机线线圈圈两两端端的的反反电电动动势势，经经A/D转转换换器器变变换换成成数数字字量量后后送送入入计计算算
32、机机处处理理判判断断，以以决决定定洗洗涤涤缸缸里里衣衣物物的的多多少少。衣衣物物重重，负负载载大大，反反电电动动势势也也大大，但但是是跌落也快，即惯性转动的时间也短；反之亦然。跌落也快，即惯性转动的时间也短；反之亦然。o另另一一种种测测量量衣衣物物量量的的方方法法：放放入入待待洗洗衣衣物物后后，放放水水并并启启动动电电动动机机，反反复复用用脉脉冲冲电电压压（如如开开0.3s、关关0.7s）驱驱动动电电动动机机很很短短时时间间（如如32s）。用用光光耦耦合合器器发发送送和和接接收收的的脉脉冲冲计计量量在在关关断断期期间间轮轮盘盘的的惯惯性性转转动动的的圈圈数数。由由于于衣衣物物越越多多转转动动时
33、时间间越越短短，计量的脉冲数计量的脉冲数M也越少，反之则越多。也越少，反之则越多。7011.10.1 模糊控制洗衣机的检测2质质料料检检测测：区区分分衣衣物物是是棉棉制制品品还还是是化化纤纤制制品品，是是柔柔软软布布料料还还是是粗厚布料。粗厚布料。（1）区区分分棉棉制制品品与与化化纤纤制制品品方方法法：放放入入待待洗洗衣衣物物后后，放放水水并并启启动动电电机机，同同时时用用脉脉冲冲电电压压驱驱动动电电机机很很短短时时间间。用用光光耦耦合合器器发发送送和和接接收收的的脉脉冲冲数数来来计计量量在在关关断断期期间间轮轮盘盘的的惯惯性性转转动动的的圈圈数数。由由于于衣衣物物越越多多惯惯性性转转动动时时
34、间间越越短短，计计量量的的脉脉冲冲数数M也也越越少少。在在负负载载检检测测基基础础上上，把把水水放放掉掉一一点点，同同样样用用脉脉冲冲电电压压驱驱动动电电动动机机很很短短时时间间，记记下下脉脉冲冲数数为为N；根根据据N-M值值就就可可判判断断质质料料分分布布比比例例的的大体情况。棉制品越多，大体情况。棉制品越多，N-M的值越大，反之越小。的值越大，反之越小。（2）区区分分柔柔软软布布料料与与牛牛仔仔布布类类硬硬厚厚布布料料制制品品的的方方法法：在在注注水水进进行行脉脉冲冲驱驱动动很很短短时时间间后后，比比较较起起动动前前后后水水的的变变化化量量。若若变变化化量量较较小小，说说明明布布料料容容易
35、易吸吸水水，倾倾向向于于是是毛毛巾巾类类布布料料，反反之之可可能能是是牛牛仔仔布布类类厚厚布布料料。因因为为厚厚布布料料吸吸水水慢慢，往往往往要要搅搅动动一一段段时时间间后后才才能充分吸水，这就会使水位变化量大。能充分吸水，这就会使水位变化量大。7111.10.1 模糊控制洗衣机的检测o3水位检测水位检测o水水位位检检测测是是用用一一种种专专用用水水位位传传感感器器实实现现的的。这这种种水水位位传传感感器器是是一一根根与与缸缸体体等等高高的的空空管管，它它与与缸缸体体构构成成一一个个连连通通器器。空空管管的的上上端端有有一一个个用用压压力力膜膜隔隔开开的的差差动动电电感感器器，当当缸缸中中有有
36、水水注注入入时时，管管内内的的空空气气被被压压缩缩使使压压力力膜膜上上压压力力增增大大，继继而而推推动动与与它它联联动动的的铁铁心心移移动动，引引起起线线圈圈的的电电感感量量变变化化。用用此此电电感感器器构构成成的的LC振荡器的频率就能反映水位的高低。振荡器的频率就能反映水位的高低。o4水温检测水温检测 o可可以以采采用用热热电电阻阻或或者者热热电电偶偶测测量量水水温温。它它把把洗洗衣衣机机启启动动时时的的温温度度作作为为当当时时的的室室温温，然然后后再再检检测测供供水水的的温温度度，以以作作为为洗洗衣衣条件之一。根据需要可以对水加热控温。条件之一。根据需要可以对水加热控温。7211.10.1
37、 模糊控制洗衣机的检测o5衣物污垢的检测衣物污垢的检测 o用用光光电电传传感感器器测测量量水水的的透透光光率率间间接接检检测测衣衣物物的的污污垢垢程程度度。发发光光二二极极管管和和光光敏敏管管分分别别相相对对放放在在管管子子两两边边。发发光光二二极极管管发发出出的的光光经经聚聚焦焦后后，透透过过水水被被光光敏敏管管接接收收，接接收收到到的的光光的的强强度度反反映映水水的的透明度，从而反映水的污浊程度。透明度，从而反映水的污浊程度。o这这是是一一种种间间接接测测量量衣衣物物污污垢垢的的方方法法。因因为为衣衣物物脏脏的的程程度度与与洗洗涤涤水水的的污污浊浊度度有有关关。开开始始注注入入清清水水时时
38、，水水的的透透明明度度很很高高，随随着着污污垢垢析析出出，透透明明度度下下降降，最最后后达达到到一一个个饱饱和和稳稳定定值值。根根据据透透光光率率变化形态和过程，可以知道污垢的性质和程度。变化形态和过程，可以知道污垢的性质和程度。o对对于于泥泥污污类类，一一般般分分离离得得快快，较较早早进进入入水水中中，透透光光率率进进入入饱饱和和状状态态的的时时间间较较短短；而而油油污污类类分分离离得得相相对对较较慢慢，因因此此透透光光率率的的变变化速率小，达到饱和值的时间也较长。化速率小，达到饱和值的时间也较长。o饱饱和和值值的的高高低低反反映映了了衣衣物物脏脏的的程程度度；透透光光率率下下降降到到饱饱和
39、和值值的的时时间长短反映了污垢的性质。间长短反映了污垢的性质。7311.10.2 洗衣机的模糊控制图11.5 模糊控制洗衣机电路框图74图11.6 模糊控制洗衣机的控制结构11.10.2 洗衣机的模糊控制75o1.输入、输出语言变量的隶属度函数 图11.7 输入变量的隶属度函数 a)负载量 b)水 c)质料图11.8 输出变量的隶属度函数11.10.2 洗衣机的模糊控制76o2模糊控制规则模糊控制规则 规则规则1：如果如果衣物量少，质料化纤品多且水温高，衣物量少，质料化纤品多且水温高，则则水流为弱，洗涤时间为短水流为弱，洗涤时间为短规则规则2：如果如果衣物量多，质料棉织品多且水温低，衣物量多，
40、质料棉织品多且水温低，则则水流为强，洗涤时间为长水流为强，洗涤时间为长o根根据据上上面面的的模模糊糊控控制制规规则则和和隶隶属属度度函函数数可可以以离离线线计计算算模模糊糊控控制制表表，存存在在单单片片机机里里供供实实时时控控制制时查询。时查询。11.10.2 洗衣机的模糊控制7711.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制o孵化工艺及其控制要求分析孵化工艺及其控制要求分析o孵化温度控制孵化温度控制o相对湿度控制相对湿度控制o通风换气控制通风换气控制o翻蛋控制翻蛋控制7811.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制控制系统结构79o孵化过程的模糊解耦孵化过程的模糊解耦11.10.3 电脑孵化多变量
41、模糊解耦控制80o风门模糊解耦控制器风门模糊解耦控制器o输入、输出变量的模糊化输入、输出变量的模糊化o风门开度控制量的基本论域为0,90，o选择风门开度的模糊论域为X=0,1,9，o语言变量选择为全关、小半开、半开、大半开、o全开，用A,B,C,D,E表示。11.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制81o温温度度偏偏差差和和湿湿度度偏偏差差的的模模糊糊论论域域都都取取为为X=-4,-1,0,1,4语言变量选择为语言变量选择为NB,NS,ZE,PS,PB。o选择温度偏差和湿度偏差的偏差变化率选择温度偏差和湿度偏差的偏差变化率的模糊论域为的模糊论域为 X=-5,-1,0,1,5 语言变量选择为语言
42、变量选择为NB,NS,ZE,PS,PB。o含含氧氧量量偏偏差差的的模模糊糊论论域域-8,-7,-1,0，语语言言变变量量选选择择为为NL,NB,NM,NS,ZE。o含氧量偏差的变化率含氧量偏差的变化率的模糊论域为的模糊论域为 -5,-1,0,1,5 语言变量选择为语言变量选择为NL,NS,ZE,PS,PL。11.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制82o模糊变量的隶属函数都取为三角形型式模糊变量的隶属函数都取为三角形型式11.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制83o风门模糊控制规则风门模糊控制规则11.10.3 电脑孵化多变量模糊解耦控制84控制系统运行结果11.10.3 电脑孵化多变量模糊
43、解耦控制8511.11 本章小结本章小结o模糊控制器是基于模糊条件语句的语言控制规则。模糊控制器是基于模糊条件语句的语言控制规则。o模模糊糊控控制制器器一一般般采采用用被被控控量量的的误误差差E、误误差差的的变变化化EC和和误误差差变变化化的的变变化化即即误误差差变变化化的的速速率率ER进进行行决决策策，分分别别构构成成所所谓谓一一维、二维、三维模糊控制器。维、二维、三维模糊控制器。o一般选择控制量的增量作为模糊控制器的输出变量。一般选择控制量的增量作为模糊控制器的输出变量。o在在模模糊糊控控制制中中，选选择择词词汇汇描描述述输输入入输输出出变变量量，例例如如负负大大，负负中中，负负小小，零零
44、，正正小小，正正中中，正正大大，缩缩写写为为：NB，NM，NS，O，PS，PM，PBo取变量的模糊子集论域取变量的模糊子集论域:-n,-n+1,0,n-1,n o隶属度描述某个确定量隶属于某个模糊集合的程度。隶属度描述某个确定量隶属于某个模糊集合的程度。86o 模糊控制是用语言归纳专家的手动控制策略，例如模糊控制是用语言归纳专家的手动控制策略，例如oif A or B and C or D then Eo模模糊糊判判决决最最大大隶隶属属度度法法是是在在模模糊糊控控制制向向量量中中，取取隶隶属属度度最最大大的控制量作为模糊控制器的控制量。的控制量作为模糊控制器的控制量。o模糊判决加权平均判决法：模糊判决加权平均判决法：o模糊判决中位数法：模糊判决中位数法：o大大型型模模糊糊控控制制系系统统中中常常采采用用软软件件模模糊糊推推理理法法。许许多多成成熟熟的的产产品品中中采采用用模模糊糊控控制制器器专专用用芯芯片片。在在单单片片机机模模糊糊控控制制器器中中，通通常采用查表法。常采用查表法。11.11 本章小结本章小结87THE ENDModern Control Engineering88