中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 基于模糊控制的全自动洗衣机 刘宁宁，娄奔月* （中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008） 摘要： 本文主要阐述了模糊控制在全自动洗衣机中的应用，具体阐述了模糊控制在其中的 应用机理。并且运用 MATLAB 对其进行了仿真，能够看出它可以模拟现实中的全自动洗衣机， 又因运用了模糊控制，使其在性能上有了较大的改进，具有操作简单、节省时间、节能和减 少对衣物的损害等性能。 关键词：自动控制技术；模糊控制；洗衣机；机理 中图分类号：TP Automatic Washing Machine based on Fuzzy Control Liu Ningning, Lou Benyue (School of Information and Electrical Engineer of CUMT, JiangSu XuZhou 221008) Abstract: This paper expounds the fuzzy control in the application of automatic washing machine, and expounds definitely the application mechanism of the fuzzy control in the washing machine.And through MATLAB simulation, it can simulate the realistic automatic washing machine, and using fuzzy control make it improvement in the performance.Simple operation, saving time and decrease of washing clothes damage effect are its advantages. Keywords:Control technology; Fuzzy Control; Washing Machine;Application 0 引言 传统洗衣机在工作之前，都需要人工选择洗涤程序和衣量等，这些选择是根据所洗的衣 服及用户对洗涤要求而做出的。即使是全自动洗衣机，其实也只是在用户选择的条件下完成 洗衣及脱水工作。这种全自动洗衣机只是在原半自动洗衣机的功能上加上脱水功能[1]。由于 使用者往往经验不足，不能掌握其正确的操作方法，就可能造成一些资源的浪费或达不到洗 涤干净的目的。随着人们生活水平的提高和近年来对低碳生活的倡导，人们希望省去一些不 必要的浪费。 模糊洗衣机是在传统洗衣机基础上采用模糊控制的洗衣机，可以自动判别衣质、衣量， 自动选择洗涤时间等，是在无需在任何设置的条件下，自动完成洗衣的全过程。由于采用了 模糊控制，这种洗衣机和传统洗衣机相比较在性能方面有了突破性的提高。人们只需要把衣 物放入机内即可，至于衣物量、洗涤程序等都是由洗衣机自动执行的。这就把人们从每次洗 衣时按衣量选择用水量和洗涤时间等繁琐工作中彻底解脱了出来。 1 模糊控制的介绍 模糊控制（Fuzzy Control）采用模糊集合理论和模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合， 模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施的一种智能控制方法[2]。 模糊控制既是专家控制的前身，又是专家控制的一个特例[2]。模糊控制理论具有一些明 显的特点： 1，模糊控制是一种基于规则的控制，它依据经验知识，而不需要精确的数学模型。 作者简介：刘宁宁（1987-），女，硕士，复杂过程控制. E-mail: liuningningok@163.com - 1 - 

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 2，模糊控制由工业过程的定性知识出发，比较容易建立控制规则[3]。 3，鲁棒性和适应性好。一些模糊规则可以对比较复杂的对象进行有效的控制。 4，模糊控制是反映人类智慧的一种智能控制方法。 模糊控制的基本原理框图[3]如图 1-1 所示。 图 1-1 模糊控制的基本原理框图 模糊控制器的组成如图 1-2 所示。 图 1-2 模糊控制器的组成框图 模糊控制系统的设计步骤如下： （1） 确定模糊控制的输入量和输出量； （2） 输入量和输出量的模糊化； （3） 模糊推理决策算法的设计； （4） 解模糊化。 2 模糊洗衣机的应用机理 以洗衣机洗涤时间和用水量的模糊控制系统设计为例，具体描述模糊控制在洗衣机中的 应用机理。 1. 确定模糊控制的输入量和输出量：选用两输入两输出模糊控制器。控制器的输入量 为衣量（衣物的重量）和脏污程度，输出量为洗涤时间和用水量。 2. 输入量和输出量的模糊化：将衣物多少分为三个模糊集： LC（衣量轻），MC（衣 量适中），HC（衣量重）；将脏污程度也分为三个模糊集：LD（脏污轻），MD（脏污中）， HD（脏污重）；将洗涤时间分为五个模糊集：VST（很短时间），ST（短时间），MT（中 - 2 - 

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 等时间），LT（长时间），VLT（很长时间）；将用水量分为三个模糊集：SW（水少）， MW（水中等），LW（水多）。 1) 输入变量的模糊化：由 MATLAB 仿真可得，图 1-3(a)表示衣量的隶属函数，图 1-3(b) 表示脏污程度的隶属函数。 2) 输出变量的模糊化：由 MATLAB 仿真可得，图 1-4(a)表示洗涤时间的隶属函数，图 1-3(b)表示用水量的隶属函数。 (a) (b) 图 1-3 输入变量的隶属函数 (a)衣量 (b)脏污程度 (a) (b) 图 1-4 输出变量的隶属函数 (a)洗涤时间 (b)用水量 3. 模糊推理决策算法的设计： 模糊控制结构可由 MATLAB 仿真得到，如图 1-5 所示。 - 3 - 

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 图 1-5 模糊控制结构 它将衣量，脏污程度等信息进行分段估算，使其模糊化，再根据控制规则进行推理，最 后根据所使用的规则进行解模糊化，以此决定最合适的洗涤时间和用水量。 模糊规则：根据输入变量和输出变量的分级组合，对于洗涤时间和用水量就可以用以下 的 9(=3*3)条模糊规则表示,如表 1-1 所示。 表 1-1 模糊控制规则 脏 污 LD MD HD 洗涤时间 用水量 洗涤时间 用水量 洗涤时间 用水量 LC VS S S S M M 衣量 MC S S M M L L HC M M L L VL L 规则 1：“IF 衣量轻 且 脏污程度轻 THEN 洗涤时间很短 且 用水量少”。 4. 解模糊化：经过模糊推理得到的并不是精确的结果，需要进行解模糊化，才可以得 到精确的洗涤时间和用水量。 MATLAB 提供 5 种解模糊化的方法： mom 最大隶属度平均法，som 最大隶属度取小 法，lom 最大隶属度取大法，centroid 面积重心法，bisector 面积等分法。 在 MATLAB 中，可以通过 setfis()设置解模糊化方法，通过 defuzz()执行解模糊化。 我们可以通过 MATLAB 仿真实例来观察各种解模糊化方法所得的不同结果。利用 ruleview()可实现模糊控制的动态仿真，如图 1-6 为采用 mom 方法得到的动态仿真，取 c=4， d=60，得到结果为洗涤时间 t=41.1min，用水量 w=165L。采用 som 方法，得到结果为洗涤 时间 t=34.2min，用水量 w=149L；采用 bisector 方法，得到结果为洗涤时间 t=37.2min，用 水量 w=110L。可以看出采用的解模糊化方法不同，得到的结果不同。 - 4 - 

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 图 1-6 动态仿真结果 3 总结 本文详细介绍了模糊控制在洗衣机中的应用机理，设计步骤。模糊洗衣机可以自动判别 衣物的重量，脏污程度，自动选择洗涤时间和用水量，完成自动洗衣全过程，减少了人们的 劳动量，具有实际应用价值。 [参考文献] (References) [1] 余永权.模糊控制技术与模糊专家电器.北京航空航天大学出版社.2000 [2] 刘金琨.智能控制.电子工业出版社.2009 [3] 刘曙光，魏俊民，竺志超.模糊控制技术.中国纺织出版社.2001 [4] 汤兵勇，路林吉，王文杰. 模糊控制理论与应用技术.清华大学出版社.2002 [5] 吴斌，涂序彦，吴亚东.最经济智能控制系统研究及应用.科学出版社.2009 [6] 涂承宇等.模糊控制理论与实践.地震出版社.1998 [7] 黄布毅，崔光照.模糊控制技术在家用电器中的应用.中国轻工业出版社.1998 [8] 林钢.模糊控制及其在家用电器中的应用.机械工业出版社.2006 - 5 -