采用模糊控制的电饭锅原理分析

王建荣 杨海侠

文章摘要：采用模糊逻辑控制装置的电饭锅能准确检测到电饭锅的水是否已烧干，准确地切断加热的电源，使得煮出的米饭松软、不烧焦，微电脑模糊自动控制系统具有自动数据存储自动跟随参数的变化的功能。

关键词：电饭锅;模糊控制

模糊逻辑控制，简称模糊控制。模糊控制实质上是一种非线性控制。从属于智能控制的范畴。近20多年来，模糊控制不论在理论上还是技术上都有了巨大的进步，成为自动控制领域一个非常活跃而又硕果累累的分支，其典型应用设计生产和生活的许多方面。采用模糊控制的电饭锅就是一种新兴的多功能家用烹饪器具。它集微机技术、自动控制技术、食品工程技术和工业造型设计等与一体。与传统的电饭锅相比，模糊控制的电饭锅具有许多优点，首先它能自动的判定饭量、水/米比例等信息，从而做出合适的控制决策，达到省时省电的目的。其次是煮出来的米饭颗粒均匀，有光泽、口感好、营养价值高，便于人体吸收，最后是外型美观功能多，操作使用安全方便。

米饭的炊饭过程实质上是使大米由难以为人体所消化吸收的β淀粉，转化为人体容易吸收的α淀粉过程。需要经过吸水、加热、沸腾、焖饭、保温五个阶段。在这个转化过程中，米饭的糖化程度、粘度、口感等指标，都与炊饭的加热过程情况有关。

普通电饭锅能完成吸水、沸腾、焖饭、保温等工序，但是不能很好地完成加热这道工序，这就势必影响炊饭的质量。由于饭量是影响加热工序的重要因素，而饭量又是受室温、初始水温、饭温、电源电压高低、加热器性能、电饭锅的机械误差等众多因素影响的输入量，因此，加热工序的重要控制量饭量是不宜用常规的控制方法求得的。此外，加热过程应准确控制在10分钟，方能保证炊饭质量，在这10分钟内一边推算饭量，一边进行加热控制，是无法保证理想的温控效果的。显然电饭锅炊饭过程是一个受众多因素影响，不宜建立数学模型的控制系统，所以采用模糊控制方法是有必要的。

模糊电饭锅的锅体结构包括盛米的内锅、内盖、外锅、外壳，加热板、锅底传感器等。金属内锅层与有保温功能的外壳紧密结合成一个可以保温的外锅体，它能保证电热板的热量绝大多数用于对米饭的加热，只有少量被锅体吸收或泄漏于外界环境。锅底传感器用于检测温度，它可以检测室温水温的初始值、水温在加热时的随机值、内锅的温度变化率等。

有些模糊電饭锅有多个加热器，这些电饭煲除了锅底加热板之外，还有锅侧加热器和锅盖加热器，锅侧加热器是一个低功率的辅助加热器，其目的在于使内锅在加热时上部和底部的温度比较均匀;另外，在保温时也使内锅中的饭受热均匀，使保温效果更好。锅盖加热器是为了是锅盖有一定的温度，这样饭面上升来的蒸汽不能冷却凝结化掉，从而防止水蒸汽冷凝成水滴，下滴到饭面形成局部漩涡型稀饭，影响米饭的质量。

有的电饭锅有多个传感器，除了锅底传感器之外，还有锅盖传感器。锅盖传感器用于检测室温和蒸汽温度，它可以判别米饭所处的工艺阶段，特别可以判别在闷饭阶段中米饭的温度上。实际上，一个能够巧妙地进行各种模糊推理的电饭煲控制系统。即使只有锅底加热板和锅底传感器，也就可以在模糊控制下煮出松软可口的米饭。问题的关键在于米饭量的推理，以及根据不同的米饭量自动调节煮饭工艺中各个阶段的时间及温度。模糊电饭煲控制系统结构下图所示：

电饭锅模糊控制系统的核心是模糊控制器。控制过程是通过键盘进行设定，有温度检测电路得到测量温度，将温度偏差及偏差变化率输入给模糊控制器，作为模糊推理的依据，根据模糊控制器输出的控制量去控制功率驱动电路，使锅内温度按最佳烹调状态变化，以达到最佳烹调效果。在模糊控制的电饭锅中，控制过程的各段时间是和米饭量有关的。因此米饭量的测定是第一个关键步骤，其后的过程则依据米饭量进行相应的控制。米饭量的测定是在吸水阶段进行的，并通过模糊推理实现。在此系统中有两个模糊推理过程，模糊推理1：以锅盖给及锅底温度传感器提供的信息作为输入量通过模糊推理自动判断出炊饭量。模糊推理2：以饭量多少、锅底温度及其变化率为输入量，应用模糊推理，给出加热功率的控制决策。

在模糊电饭锅中，温度模糊控制有两种情况：一种是恒温控制，另一种是匀速升温控制。恒温控制用于沸腾和保温阶段，匀速升温控制，用于加热阶段。无论采用哪种控制，都要对有关量进行模糊化

总之，电饭锅采用模糊逻辑控制，模仿人的思维方式，准确检测判断，使得煮出的米饭松软、不烧焦。在模糊逻辑的基础上，再加上时间控制，就使这种模糊控制电饭锅具有预约定时煮饭、煲汤、煲粥等功能。这种微电脑模糊控制技术，在电饭锅中的广泛应用，对改善人们的生活有着深远的意义。