6.模糊邏輯控制及其應(yīng)用(精)

1、 邏輯控制及其應(yīng)用 （選修） * 上海交通大學(xué) 謝康林 第八早 數(shù)字單片機 模糊邏輯控制技術(shù)應(yīng)用 數(shù)字單第、 第六章 數(shù)字單片機 模糊邏輯控制技術(shù)應(yīng)用 i= 數(shù)字單片機模糊邏輯控制技術(shù)應(yīng)用 6-1數(shù)字單片機與模糊邏輯控制技術(shù) 6-2數(shù)字單片機模糊邏輯控制技術(shù)的 數(shù)字單片機 模糊邏輯控制技術(shù) 6-1數(shù)字單片機與模糊邏輯控制技術(shù) 數(shù)字單片微機： 體積小 片內(nèi)含有多種存儲和外圍接口部件 計算機基本功能俱全 適合于家電、智能儀器儀表、移動 性自動化設(shè)備和通訊設(shè)備，以及許多專 用的控制系統(tǒng)。 _ _ 數(shù)字單片機與模糊邏輯 控制相結(jié)合 目前，在多種智能控制領(lǐng)域中, 最具有實際（現(xiàn)實）價值的是魁 邏輯控制。

2、 相結(jié)合，使模糊邏輯控制的實際應(yīng) 用已形成產(chǎn)業(yè)化的趨勢, 數(shù)字單片機的選擇 一. 對應(yīng)用系統(tǒng)的適應(yīng)性 二. 可購買性 三可開發(fā)性 四制造商情況等 6-2數(shù)字單片機模糊邏輯控制技術(shù)的 應(yīng)用 一. 模糊邏輯控制微波爐 二. 模糊邏輯控制電冰箱 數(shù)一般微波爐的工作過程: 由用戶二二 烹調(diào)的食品的類型和數(shù)量； 由用戶確定所需微波爐工作 時間t以后，予以予f 啟動微波爐工作。 存在問題： 根據(jù)食品的類型、數(shù)量、溫度，以 及容器等因素來設(shè)定微波爐的工作時 間，往往需要有一定的經(jīng)驗。 如果： 徴波爐工作時間過短：烹調(diào)效果 不好； 徴波爐工作時間it長：對水份少 的食品可能會產(chǎn)生過熱碳化的現(xiàn)象 模糊 O模微波

3、爐采用模糊邏輯控制: 可以根據(jù)食品的類型、數(shù) 量、溫度，以及容器等諸多因 素，確定工作時間，以保證 1控制電路和結(jié)構(gòu)框圖 檢測電路 共有紅外檢測； 溫度檢測； 濕度檢測 三個電路。控制電 紅外檢測電路 A. 作用： 用于檢測被烹調(diào)食物的內(nèi)部溫度。 B. 組成： 由紅外敏感器件和放大電路組成。 1 由紅外檢測電路所測出的食物的 放射能量 T 單片微機。通過處理.計 算 T 得到食物的內(nèi)部溫度T。 溫度檢測電路 A. 作用： 用于檢測爐腔內(nèi)部的溫度，而 不是食物的內(nèi)部溫度。 B. 組成： 溫度傳感器。安裝在爐腔內(nèi)。 C. 電路工作時間： 在加熱絲進行食物保溫或特殊加 熱時，使用溫度檢測器，以使?fàn)t腔

4、 內(nèi)的溫度能保持在一定的水平。 與紅外檢測電路在不同工況時工 作，III 起互補作用。 濕度檢測電路 A.作用: 采用濕敏電容作為傳感器，安裝在 微波爐的排氣孔附近。 在微波加熱過程中，含水量不同的 食物的損耗系數(shù)不同。一般情況下，含 水量越多的食物的損耗系數(shù)越大，所需 微波加熱的時間越短，效率越高。濕度檢測電路 用與 測定 食按鍵和按鍵和爐門開關(guān) 按鍵 用于輸入和控制信號。 爐門開關(guān) 狀態(tài)。 按鍵： 設(shè)有九個按鍵： 15, A, B, C,啟/仃。 A.按鍵15： 用于輸入食品的類型（按介電性質(zhì) 即損耗系數(shù)和比熱排列）。 按鍵編號12345 食品類型水蔬菜牛肉肥肉油類 湯類 精肉面油浸品 蛋

5、 B.按鍵A、B、C 用于指示烹調(diào)方式： A輸入快煮方式。 B輸入普通煮方式。 C輸入慢煮方式。按鍵C按鍵 爐門開關(guān)： 用于檢測爐門的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。 A.爐門開啟時： 停止磁控管工作。 B.爐門關(guān)閉時: 在磁控管工作時接通爐腔內(nèi)的 照明燈，便于觀察爐腔內(nèi)的情況。 輸出控制電路 磁控管控制電路 磁控管在固定的磁感應(yīng)強度和 穩(wěn)定的陽極電壓下工作，其輸出功 率恒定，效率也保持基本不變。 磁控管控制電路： 采用占空比調(diào)節(jié)磁控管輸出 功率平均值的方法。 加熱絲和爐腔照明 加熱絲控制電路 對加熱絲的控制，可以釆用 移相調(diào)壓電路，也可以采用占空 比調(diào)節(jié)的方法。 爐腔照明控制電路 是一個十分簡單的開關(guān)電路。

6、 顯示和報警電路 顯示電路 A.四個發(fā)光二極管（七段顯示）。 兩位顯示“分”,兩位顯示 “秒”。 B.指示燈一個： 指示微波爐處于工作或停止?fàn)顟B(tài)o 密報警電路 由陶瓷喇叭組成。可用于在微波 爐工作倒計時為零時.或微波爐空載 時報警。 單片微機 它是一個控制器。 根據(jù)輸入的檢測結(jié)果(溫度、濕度、 紅外檢測的結(jié)果) T 經(jīng)過模糊推理 T 分別控制磁控管、加熱器、報警 電路等。 單片微機應(yīng)具有能滿足性能要求 的CPU,足夠的A/D轉(zhuǎn)換器， 相應(yīng)的 I/O口，一定的內(nèi)存容量等。 2.2.模糊量與推理規(guī)則 在模糊控制微波爐中，需要考 慮的因數(shù)有五個： 食物類型，食物重量，食物溫 升，工作功率和工作時間

7、模糊控制微波爐要求能自動推 斷： (A)被茨調(diào)貸物 (B)黛調(diào)工作時間。 (1)模糊量 在模糊控制微波爐中，應(yīng)考慮 六個物理量: 工作時間t、食物重量m、 食物比熱C、輸出功率P、 加熱效率耳和食物溫昇AT。 *加熱效率 對固定的微波爐可看作常數(shù): *食物(烹調(diào))溫昇AT： ill 一般為100 *C左右。 *其余的物理量模糊化： 食物比熱C (J/kgP)： 小(S)、中小( (MS)、中 (M)、中大( (MB)、大( (B)。 食物重量m (kg)： 很輕(VL).輕( (L八中 (M)、重( (H)、很重( (VH)。 輸出功率和工作時間 輸出功率P (Kw): 小(S)、中小(MS)

8、、中 (M)、中大( (ML)、大( (L) o 工作時間t (min ): 極短(VS)、短( (S)、 中短( (MS)、 中( (M)、 中長( (ML).長$巳 極長(VL) o (2)食物重量m的推理 模糊推理的輸入量: 食物比熱C； 食物被加熱后的溫昇AT。 模糊推理的輸出量: 食物重量m。 輸出功率P和加熱效率H可 認(rèn)為是一個不變量。 取工作時間t#=20秒。 食物加熱t(yī)#（=20秒）后的 溫昇AT,其模糊量為: III 很?。╒S）、?。⊿）、 中?。∕S）、 中 （M）、 中大（ML）、大（L）、 很大（VL）共七個。 推理條件語句： if C and AT then m 推

9、理結(jié)果： 得到食物重量的模糊量m*；再 經(jīng)過解模糊判決， 得到食物重量的 精確ftm.最多可有(3)烹調(diào)工作時間t的推理 烹調(diào) 工作 時間 是烹調(diào)工作3 模糊推理的輸入量: 食物比熱C； 食物重量01； 加熱輸出功率P。 模糊推理的輸出量： 烹調(diào)工作時間- I 加熱效率耳是一個不變量; 一般烹調(diào)時AT=1()O*C, 解凍時AT=25*Co烹調(diào)工作時間的推理2 可認(rèn)為: 調(diào)工作時間的推理 糊推理 烹調(diào)工作 時間t 推理條件語句: 為減少規(guī)則數(shù)目，簡化設(shè)計，在 烹調(diào)過程中可將：輸出功率P固定為 某個數(shù)值。僅考慮食物比熱c和食物 重量m兩個輸入變量，進行模糊邏輯 推理。則： if C and m

10、then t （P = Constant） 馳I： P= 1000W _ P = 600W P = 200W 等。 推理的結(jié)果： 得到烹調(diào)時間 再經(jīng)過解模糊判決，得到烹調(diào)時間 的精確量 烹調(diào)時間的精確量減去食物重 量m推理時的工作時間側(cè)（ = 20秒）， 才是尚需的烹調(diào)時間t。 t = t t# = f - 20 （秒） （在顯示器上顯示）推理 3控制電路結(jié)構(gòu)原理(略) 4.控制軟件及其框圖 控制軟件： 由主控程序和過零中斷程序組成。 主控程序: 進行模糊推理，微波加熱, 加熱絲保溫的過程控制; 過零中斷程序: 周波記數(shù); 磁控管占空比控制; 加熱絲占空比控制。 (1)主控程序 由五大部分組成

11、: 初始化 不定類型食物推理 特定類型食物推理 磁控管工作控制 加熱絲工作控制 初始化 不定類型食物推理 初始化 設(shè)置堆棧、 置I/O初態(tài)、 無數(shù)字顯示的代碼等。 不定類型食物推理 （以中等比熱.中等功率情況進行推理） 用戶將食品放入爐腔 T 關(guān)上爐門 -按啟動按鍵 -不定類型食物推理程序段 特定類型食物推理 在用戶鍵入“食物類型（即 食物比熱）”和“烹煮方法 （烹調(diào)功率）”后，啟動微波 爐。 T 進行特定類型食物推理。 磁控管工作控制 磁控 :工作參數(shù)有: 輸出功率P和工作時間仁 輸出功率P是由用戶以鍵盤入, 工作時間t則由推理結(jié)果給出。 對磁控管控制釆用占空比控制方式 (2)過零中斷程序

12、將交流電源變壓器次級的交流低 壓信號整流，通過一級反向放大，得 到過零正脈沖信號。經(jīng)再次反向，得 到過零中斷請求信號。 過零中斷一經(jīng)響應(yīng)，進入過零中 斷程序。 _ _ 用于時間顯示、周波計數(shù)、磁控 管占空比控制，和加熱絲占空比控制。加熱絲工作控制 加熱絲工作用于保溫控制。 根據(jù)溫度檢測器測出的爐腔 對加熱絲進行占空比控制。 二.棋糊遭輯控制電冰箱 家用電冰箱一般是雙門冰箱，分 為冷凍室和冷藏室兩個部分。 冷凍室用于冷凍食品和制冰。長 時間存放，食品中的水份也會凝結(jié)成 冰。冷凍室的溫度為-6 -18-Co 冷藏室用于在較低的溫度中存放 食品。要求有一定的保鮮而不凍傷食 物的功能。冷藏室的溫度一般為0 idr o 對家用電冰箱的要求是：較高的 溫度控制精度和最優(yōu)的節(jié)能效果。 i系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Ill (1)輸入部件、輸出部件和單片微機 輸入部件 設(shè)宀卑金霽綣齧內(nèi)部狀態(tài)、電源狀態(tài)和用戶 輸入部件包聶： 冷凍室溫度檢測電路; 冷藏室溫度檢測電路; 霜厚度檢測電路; 電源檢測電路； 溫度給定電路等。 輸出部件 用于對壓縮機、電熱絲和風(fēng)門 的控制，以及溫度顯示。 包括: 壓縮機通斷控制電路; 電熱絲控制