智能控制应用(家电产品中)

1智能控制在家电产品中的应用在世界上，日本首先将模糊逻辑和模糊控制技术应用于开发新一代家电产品。1990年2月，日本松下电器率先推出模糊控制全自动洗衣机产品。以此为开端，日本许多电器公司相继将模糊控制技术应用于吸尘器、空调器、电饭煲、微波炉、电冰箱、摄像机等新型家用电器产品上，并打入和占领了国际市场2模糊控制电饭锅模糊电饭锅是一种多功能家用烹任器具，与传统的电饭锅相比具有许多优越性。能自动地判定饭量、水/米比等信息，从而做出合适的控制决策，达到省时、省电的目的;煮出来的米饭颗粒均匀，富有光泽，口感好，可提高人的食欲，营养价值高，便于人体吸收外形美观，功能多，操作使用安全、方便。3智能控制在家电产品中的应用在世界上，日本首先将模糊逻辑和模糊控制技术应用于开发新一代家电产品。1990年2月，日本松下电器率先推出模糊控制全自动洗衣机产品。以此为开端，日本许多电器公司相继将模糊控制技术应用于吸尘器、空调器、电饭煲、微波炉、电冰箱、摄像机等新型家用电器产品上，并打入和占领了国际市场模糊控制的家电产品的生产和制造，可以有效地使用厂家多年积累下的技术，而且用过去的方法设计很困难的性能，也能按用户的期望赋予给产品了。这类产品操作简单，同时能把老工人和熟练操作者的长年经验和技术赋予给产品，用户就能像熟练者一样巧妙地操作和控制，使它能够在很大程度上富有人情味地满足人的需要，这就是模糊控制家电产品的魅力。41．吸水过程(t0~t1)把米洗好后浸泡在水中，使大米吸足水分，若吸水不足，则米粒内部容易形成硬心。一般情况下，大米本身含有14％左右的水分。在开始大功率加热之前，让大米的含水率达到25％左右，这样就可使米的内部均匀地受热，使大米变成膨胀状。水温越高，米吸水的速度就越快但是，水温一旦超过60℃，米中含有的β淀粉就会转化为α淀粉，变成糊状。保持水温在60℃以下。实验表明，最佳温度为35℃。米饭的烹饪过程理想的烹任米饭过程分为几个阶段51．吸水过程(t0~t1)把米洗好后浸泡在水中，使大米吸足水分，若吸水不足，则米粒内部容易形成硬心。一般情况下，大米本身含有14％左右的水分。在开始大功率加热之前，让大米的含水率达到25％左右，这样就可使米的内部均匀地受热，使大米变成膨胀状。水温越高，米吸水的速度就越快但是，水温一旦超过60℃，米中含有的β淀粉就会转化为α淀粉，变成糊状。保持水温在60℃以下。实验表明，最佳温度为35℃。米饭的烹饪过程理想的烹任米饭过程分为几个阶段62．升温煮饭过程(tl~t2)把已吸足水分的米饭采用大功率加热，使水温较快地上升到100℃。升温速度要适当，不然在大米的糊化温度(大约63℃)进行第二次吸水时，升温速度过快，也会造成火生饭。实验发现，升温时间和米饭的味道及质量有很密切的关系。升温时间在10min左右时，烧出的米饭综合效果最佳。米饭的烹饪过程73．维持沸腾阶段(t2~t3)在水温上升到100℃后，应在此温度下维持一段时间，以促进米粒中的β淀粉转化为α淀粉。在此阶段中，加热功率可以适当减少，只要维持沸腾状态即可。直到内锅中的水完全被米吸收或蒸发掉，此时内锅底部的温度上升，产生出香味，应停止加热。实验发现，保持米饭的温度在98℃以上达20min左右，米饭的味道较好。米饭的烹饪过程84．补炊过程(t3~t4)在断电之后，温度将慢慢下降，当温度降到100℃左右时，再通电加热一段时间，可以把米粒上多余的水分蒸发掉并且使米饭的内部也受到加热。在补炊结束时，米饭已经成形，并且有一股香味。米饭的烹饪过程5．焖饭过程(t4~t5)在补炊结束后，米粒上基本没有多余的水分，应停止加热，利用余热可使米饭膨胀变得松软可口，也可促使米粒的全部淀粉α化。94．补炊过程(t3~t4)在断电之后，温度将慢慢下降，当温度降到100℃左右时，再通电加热一段时间，可以把米粒上多余的水分蒸发掉并且使米饭的内部也受到加热。在补炊结束时，米饭已经成形，并且有一股香味。米饭的烹饪过程5．焖饭过程(t4~t5)在补炊结束后，米粒上基本没有多余的水分，应停止加热，利用余热可使米饭膨胀变得松软可口，也可促使米粒的全部淀粉α化。6．保温过程(t5之后)在焖饭结束后，进入保温阶段。在此阶段，加热器断断续续地工作，使内锅温度保持在70℃左右。10模糊控制技术的应用1．普通自动电饭锅的不足利用常规的控制方式可以实现充分吸水及沸腾后保温，但是要保持升温至沸腾的时间为10min左右，实现起来存在一些困难，原因是：如果要加热工序所经历的时间在10min左右，在第一吸水阶段就应该推断出饭量。但是，环境温度、初始水温、米的温度、电源电压的波动、加热板及内锅形状、控制回路的有关特性对推断饭量均有影响。11模糊控制技术的应用1．普通自动电饭锅的不足利用常规的控制方式可以实现充分吸水及沸腾后保温，但是要保持升温至沸腾的时间为10min左右，实现起来存在一些困难，原因是：如果要加热工序所经历的时间在10min左右，在第一吸水阶段就应该推断出饭量。但是，环境温度、初始水温、米的温度、电源电压的波动、加热板及内锅形状、控制回路的有关特性对推断饭量均有影响。在短短的10min内，一边推断饭量，一边进行控制，很难达到期望的温度控制要求。这就希望在吸水阶段来完成饭量的确定问题。12模糊控制技术的应用2．模糊控制电饭锅的基本思想(1)模糊电饭锅的结构模糊控制电饭锅的结构分为内锅和外锅。以放米的内锅为中心，在其周围分别安置了锅底加热板(大功率)、锅身电热丝(小功率)以及锅顶电热丝(小功率)三个加热器。此外，在锅底中心和锅顶出汽口分别设置了两个温度传感器(NTC)，其中锅底温度传感器用于检测初期水温和内锅温度的上升情况，锅顶传感器负责检测室温和蒸汽温度。13模糊控制技术的应用2．模糊控制电饭锅的基本思想(1)模糊电饭锅的结构模糊控制电饭锅的结构分为内锅和外锅。以放米的内锅为中心，在其周围分别安置了锅底加热板(大功率)、锅身电热丝(小功率)以及锅顶电热丝(小功率)三个加热器。此外，在锅底中心和锅顶出汽口分别设置了两个温度传感器(NTC)，其中锅底温度传感器用于检测初期水温和内锅温度的上升情况，锅顶传感器负责检测室温和蒸汽温度。(2)吸水过程中饭量的推算室温和初始水温是在开始烧饭至开始加热前一个很短的时间内检测出来并加以贮存的。然后，在内锅加热至接近淀粉α化温度时停止加热。随后，通过检测锅底温度的变化来推算饭量的大小。由于锅底温度受外界因素影响较大，故以初期水温T0、温度变化Td以及室温Tr做为输入变量，根据这三个信息来综合推算饭量Q。锅顶传感器锅底传感器模糊推理室温Tr初期水温T0温度变化Td饭量Q14模糊控制技术的应用关于模糊推理法则的例子，假设室温为一定值,比如：初期水温为“普通”，温度变化为“小”，则饭量为Ql。初期水温和温度变化的隶属度函数分别定义饭量的隶属度函数定义15模糊控制技术的应用一般情况下，第i个法则的适合度(μ)，在隶属函数为fij，输入为xij时，可设定为推论的结果是根据下式求均值(3)升温过程的功率控制升温过程中，虽然锅底传感器检测到的温度和内锅中的米饭温度有一定的关系，但因饭量的不同，这种对应关系也有变化。因此，根据在吸水过程中推定的饭量以及温度差、速度差、利用模糊控制技术实施加热功率的控制，其中温度差和速度差定义为：)(,minijijixfiiiQQ)(16模糊控制技术的应用一般情况下，第i个法则的适合度(μ)，在隶属函数为fij，输入为xij时，可设定为推论的结果是根据下式求均值(3)升温过程的功率控制升温过程中，虽然锅底传感器检测到的温度和内锅中的米饭温度有一定的关系，但因饭量的不同，这种对应关系也有变化。因此，根据在吸水过程中推定的饭量以及温度差、速度差、利用模糊控制技术实施加热功率的控制，其中温度差和速度差定义为：)(,minijijixfiiiQQ)(温度差(e)＝实测温度值-基准温度值速度差(se)＝实测温度上升值-基准温度上升值反复进行上述推论和控制过程，直到锅顶传感器检测出米饭沸腾为止17模糊控制技术的应用(1)模糊控制系统的结构图第二阶段(升温过程)采用模糊控制方式，使温度在10min内逼近期望温度曲线，因此，设定输入信号是一条随时间的增加、温度按一定斜率上升的曲线。模糊控制器的输入变量为温度差和速度差，输出变量是负载通电的周波数变化量(50Hz，一个周期为20ms)。当负载实际通电的周波数发生变化时，通过负载的电流也将改变，电热器产生的热量也随之而变。3模糊控制的实施过程18模糊控制技术的应用(2)词集、论域、隶属函数的确定把温度差的论域量化为14挡:(e)＝{-6,-5,…,-1,-0,+0,+1,…,+5,+6}且温度差的模糊子集选取的词集(PB，PM，PS，P0，N0，NS，NM，NB)把速度差的论域量化为13档：(se)＝{-6，-5，…，-1，0，+1，…，+5，+6}且速度差的模糊子集选取的词集(PB，PM，PS，P0，N0，NS，NM，NB)19模糊控制技术的应用把周波数变化的论域量化为15档：(μ)＝{-7,-6,-5,…,-1,0,+1,+2,…,+5,+6,+7}且周波数变化的模糊子集选取的词集(PB，PM，PS，O，NS，NM，NB)周波数变化的模糊变量赋值表20模糊控制技术的应用误差变化的模糊变量赋值表误差的模糊变量赋值表21模糊控制技术的应用(3)模糊控制规则的建立通过对人们控制经验的总结，得到了有关的温度控制规则表:(4)模糊控制响应表的获取为了节省内存，提高运行速度，通过一系列的模糊运算得到了一个模糊控制响应表22模糊控制技术的应用(5)模糊控制算法的实现微机(单片机)实时采集当前的实际锅底温度，可以求得湿度差和速度差。根据E和SE查模糊控制表可以确定周波数的变化率，通过控制负载上的平均功率来达到调节温度的目的。模糊控制响应表23模糊电饭锅的硬件电路24软件系统设计主程序设计的目标是要使实际温度模拟(跟随)煮饭过程中的理想温度曲线，因此主程序的结构主要由吸水阶段控制模块、升温过程控制模块、保沸过程控制模块、补炊过程控制模块、保温过程控制模块等组成。软件系统包括主程序和各种子程序两大功能块：子程序主要有：①键盘扫描及功能散转子程序模块；②定时中断服务程序；③采样子程序；④滤波于程序；⑤饭量推理子程序；⑥显示、报警子程序；⑦升温过程模糊控制子程序。25模糊控制全自动洗衣机日本松下电器于1990年2月出售的模糊全自动洗衣机，在洗涤桶中装有洗净度传感器。它能检测洗涤液透明度，其混浊度表示脏污程度，达到最混浊所花的时间，表示脏污的性质，因为油腻严重，越不易溶解于水，所以这一时间也就越长。再根据布量、布质传感器测出洗涤物量的多少及其洗涤物的布质软硬程度。26模糊控制全自动洗衣机日本松下电器于1990年2月出售的模糊全自动洗衣机，在洗涤桶中装有洗净度传感器。它能检测洗涤液透明度，其混浊度表示脏污程度，达到最混浊所花的时间，表示脏污的性质，因为油腻严重，越不易溶解于水，所以这一时间也就越长。再根据布量、布质传感器测出洗涤物量的多少及其洗涤物的布质软硬程度。然后利用模糊推理方法，仿效洗衣技术高超的人，自动确定最佳水位、最佳水流的强度及最佳洗涤时间、甩干时间等。这种洗衣机可记忆由13名专家设计的1300多种洗衣方法资料，那些资料是专家们从50多名消费者中调查、搜集得来的。这种洗衣机真正达到了自动化洗衣的目的，在洗涤衣服这个范围内，其复杂程度几乎接近了人脑。24.1.1洗净度传感器24.1.2布量、布质传感器24.1.3基于洗净度的模糊推理24.1.4基于布量、布质的模糊控制24.1.5模糊全自动洗衣机的特点27洗净度传感器洗净度传感器由发光二极管和光敏三极管构成，安装在排水阀上端附近出口管上。发光二极管的光强用光敏三极管转换成电压，由微机读出其大小给出洗涤水的透光度。