試析模糊控制技術在家用電器中的應用

祝賀 馬超 陳常山 王泉 韓昱 金寧

【摘要】只要是很難建立數學模型的場所或者不能建立數學模型的都可以采用模糊控制技術來進行操作，模糊控制技術能夠把專家或者操作者的知識及控制經驗轉化成用語言變量解釋的控制規則，接下來就可以用規則去控制系統。模糊控制技術是智能控制的一個重要分支，是模仿人的思維的一種控制技術，是基于模糊推理和語言規劃的一種高級控制決策，也是智能控制的一種最高級階段。現在，模糊控制技術的理論正日趨成熟，模糊控制技術的應用也在迅速發展，模糊控制技術能夠極大地提升家用電器的自動化水平和智能化水平。本文主要探討模糊控制技術在家用電器中的應用。

關鍵詞：模糊控制理論;模糊控制技術;家用電器

隨著現代科學技術的發展，人們對家用電器的需求越來越多，對家用電器的要求也越來越高，家用電器的功能逐漸完善，家用電器的操作也越來越復雜，模糊技術進一步與家用電器進行融合，不但縮短了產品周期，而且使產品更具實用性和獨特性，使人們的生活更加的便利。家用電器的工作模式、運行狀態、環境條件的差異非常大，操作者的現有知識水平有很大的差異，操作意識有極大的隨意性和很大的經驗成分，這些現實情況決定了家用電器的應用模糊技術具有很大的優越性。

模糊控制也就是讓人們把實踐經驗進行形象化的描述和總結，用語言表達為不精準的決策規則和一組定性的條件語句[1]。模糊控制技術在嵌入式控制系統和家用電器產品中的應用越來越多的一個主要的原因是：單片機上的外圍器件和接口對于許多的嵌入式系統來說已經足夠使用，所有的模糊編碼一般不會給儲存空間及處理空間帶來問題，大多數的模糊控制技術應用都能夠使用較為廉價的標準單片機得到實現，除了少數的有特定要求的應用必須要專用的模糊集成芯片外。

1. 模糊控制理論

1.1 模糊控制的概念

模糊控制技術就是“模糊理論”應用在具體的控制技術上。1965年，首先提出模糊理論的是美國的控制專家L、A扎德，模糊論是把事物具有某一屬性的程度用隸屬度來描述，并不是把事物用精確的量來描述，例如用二值邏輯中的“1”來表示事物完全具有某一屬性，用二值邏輯中的“0”來表示完全不具有某一屬性，用0或者1之間的某一實數來表示介于兩者之間[2]。一般把扎德教授認為是模糊理論的開山鼻祖，1974年，把模糊理論應用到蒸汽機的控制上是倫敦大學的梅登民教授，從而證實了模糊理論的有效性，從此模糊理論開始應用到各個領域。

模糊控制也就是模糊邏輯控制，不同于工業技術中的精確控制，而是通過對模糊邏輯運算、模糊邏輯判斷、模糊集合及模糊邏輯推理等技術措施進行處理后，得到的對特定對象進行控制的一種方法。也就是對一些難以精確計算的系統來說，為了使復雜的控制過程簡單化，可以使用數字電路進行實施。

1.2 模糊控制的原理

由傳感器進行輸入量的采樣保持（此輸入量一般是精確量），把這個輸入量進行模糊化處理為模糊信息輸入，同時把人的經驗總結為若干條模糊規則，經過相關的模糊數學處理后輸入計算機中，計算機把輸入的模糊信息及已經存入的模糊規則進行推理比較，決定模糊判決，輸出這個判決去完成控制操作[3]。

（1）輸入模糊化的精確量

將傳感器收集到信息的誤差范圍設定在[-a，+a]之間連續的變化量，接著把連續的精確量進行離散化處理;確定這個論域的量化因子和級數，讓每一級相對應一個模糊的子集，也就是進行模糊化的處理[4]。選取量化因子和級數的時候要看控制的精度，級數太多，就會使控制程序復雜，級數太少，不能達到控制精度。

（2）進行模糊控制規則的建立

這個過程就是把人的相關經驗進行總結，成為可操作性的控制規則，由此制定出總的控制表進行存儲，這個控制表已經給出了各種條件下的相對應的模糊判決關系。在進入模糊化的輸入信息之后，用微處理器將其和總控制表的行列相比較，然后做出判斷輸出。

輸入的時候用一維可以，用多維也可以，一般多用一維輸出[5]。當進行多維輸入、多維輸出的時候，為了簡化程序及減少控制規則的條數，多采用分開處理的辦法。

（3）模糊判決的輸出

模糊指令反映語言的終極目標是按照不同的模糊子集內容來進行的。控制對象要根據不同的取值組合進行靈活的操作，接著進行更加精準的表達和控制，由此推出一個普通集合的映射，對控制變量進行分析和決斷，再通過取中位數算法、隸屬全度算法、加權平均算法等，接著進行智能化的判斷對于模糊控制的結果。

2.? 模糊控制技術的應用

2.1 應用范圍

隨著社會經濟的不斷發展，模糊控制技術也越來越完善，許多的家用電器像炒菜機、洗衣機、空調、電飯煲、微波爐、吸塵器等智能家用電器上，這種模糊控制技術模型都已經得到了應用，對于微處理器的處理精度的提高主要是通過智能化的傳感進行。現代化智能家電的設計和應用都離不開模糊控制技術的隨機適應性。在未來的家電發展進程中，只有不停的滿足消費者的實際需要，做好流程建設和路徑分析，實行場景化的智能操作控制，才能夠提升控制等級，簡化操作流程，實現智能操作的全面覆蓋，對人類的雙手進一步的解放，創建更大的社會效應和經濟價值。本文以熱水器為例，探討模糊控制技術在家用電器中的應用。

2.2 電熱水器的模糊控制

（1）原理的應用

使用模糊控制的智能電熱水器，能夠在獨立測溫的過程中，運用智能化的測控軟件進行智能傳感工作[6]。第一，在使用智能傳感器控制溫度的過程中，能夠按照人的指令進行溫度的調節，保證水溫和設定的溫度偏差在正0.5℃和負0.5℃之間的位置。第二，運用模糊控制指令算法能夠自動化的檢測漏電系統，還能夠提供自動控制的防干燒功能，技術人員根據可預約自檢工作系統、獨立編程系統遙控進行實時的分析電熱水器的運行狀態，業主按照這種實現約定的方法，能夠遠程操控電熱水器，實現自動開機并且按時供應熱水。第三，使用模糊控制的智能電熱水器能夠有效的減少業主因為等待熱水而浪費掉的時間，也能夠使保溫的時效延長，這樣既節省了資源，又達到了預約使用熱水、即燒即熱的效果。

（2）流程的應用

在使用的過程中，要現用模糊控制軟件進行初始溫差的收集，也就是環境溫度和水溫設定值兩者之間的差值，對水溫變化的速率進行計算，預定用水時間應人為的進行設置并輸入，傳感器進行模糊化的數據收集，其相對應的模糊量轉化為DA/DC，在設定的時間到達時馬上預定開機設計，作為一個定量的輸出量DT[7]。當熱水器運行的過程中，能夠進行合理化的調控這個輸出量和輸入量，可以分為大、中、小三級，再對具體的時間和溫度范圍通過量化控制模型進行靈活的控制，根據邏輯列表、經驗排布規則，在微控制器中進行輸入，當輸入量進入后，提前計算出時間輸出，計時器就能夠到時連通電路，將熱水燒好，更加便捷的為業主服務。

3.? 結論

研究模糊控制技術在家用電器中的應用，能夠提升家用電器的控制水平，有利于提高模糊控制理論研究的科學化程度。模糊控制技術的理論正日趨成熟，模糊控制技術的應用也在迅速發展，模糊控制技術能夠極大地提升家用電器的自動化水平和智能化水平。

參考文獻：

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[2] 王沂蒙，王敏，朱澳英，杜書寧.基于單片機的多用途定時器的設計[J].河北農機，2020（1）：60-60.

[3] 劉揚波 ， 陳俊生 . 基于模糊控制的智能微電網電池儲能系統調頻控制技術 [J]. 廣東科技 ， 2019， 28（10） ： 61-64.

[4] 郭保衛 . 家用電器設備電子故障檢測方法研究 [J]. 電子測試 ，2017（18） ： 75-76

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[6]金巖，劉晶，楊志華.模糊度算法融入新型結構實現輸變電設備油溫監測[J].自動化與儀表，2020，35（1）：71-75.