试析模糊控制技术在家用电器中的应用

祝贺 马超 陈常山 王泉 韩昱 金宁

【摘要】只要是很难建立数学模型的场所或者不能建立数学模型的都可以采用模糊控制技术来进行操作，模糊控制技术能够把专家或者操作者的知识及控制经验转化成用语言变量解释的控制规则，接下来就可以用规则去控制系统。模糊控制技术是智能控制的一个重要分支，是模仿人的思维的一种控制技术，是基于模糊推理和语言规划的一种高级控制决策，也是智能控制的一种最高级阶段。现在，模糊控制技术的理论正日趋成熟，模糊控制技术的应用也在迅速发展，模糊控制技术能够极大地提升家用电器的自动化水平和智能化水平。本文主要探讨模糊控制技术在家用电器中的应用。

关键词：模糊控制理论;模糊控制技术;家用电器

随着现代科学技术的发展，人们对家用电器的需求越来越多，对家用电器的要求也越来越高，家用电器的功能逐渐完善，家用电器的操作也越来越复杂，模糊技术进一步与家用电器进行融合，不但缩短了产品周期，而且使产品更具实用性和独特性，使人们的生活更加的便利。家用电器的工作模式、运行状态、环境条件的差异非常大，操作者的现有知识水平有很大的差异，操作意识有极大的随意性和很大的经验成分，这些现实情况决定了家用电器的应用模糊技术具有很大的优越性。

模糊控制也就是让人们把实践经验进行形象化的描述和总结，用语言表达为不精准的决策规则和一组定性的条件语句[1]。模糊控制技术在嵌入式控制系统和家用电器产品中的应用越来越多的一个主要的原因是：单片机上的外围器件和接口对于许多的嵌入式系统来说已经足够使用，所有的模糊编码一般不会给储存空间及处理空间带来问题，大多数的模糊控制技术应用都能够使用较为廉价的标准单片机得到实现，除了少数的有特定要求的应用必须要专用的模糊集成芯片外。

1. 模糊控制理论

1.1 模糊控制的概念

模糊控制技术就是“模糊理论”应用在具体的控制技术上。1965年，首先提出模糊理论的是美国的控制专家L、A扎德，模糊论是把事物具有某一属性的程度用隶属度来描述，并不是把事物用精确的量来描述，例如用二值逻辑中的“1”来表示事物完全具有某一属性，用二值逻辑中的“0”来表示完全不具有某一属性，用0或者1之间的某一实数来表示介于两者之间[2]。一般把扎德教授认为是模糊理论的开山鼻祖，1974年，把模糊理论应用到蒸汽机的控制上是伦敦大学的梅登民教授，从而证实了模糊理论的有效性，从此模糊理论开始应用到各个领域。

模糊控制也就是模糊逻辑控制，不同于工业技术中的精确控制，而是通过对模糊逻辑运算、模糊逻辑判断、模糊集合及模糊逻辑推理等技术措施进行处理后，得到的对特定对象进行控制的一种方法。也就是对一些难以精确计算的系统来说，为了使复杂的控制过程简单化，可以使用数字电路进行实施。

1.2 模糊控制的原理

由传感器进行输入量的采样保持（此输入量一般是精确量），把这个输入量进行模糊化处理为模糊信息输入，同时把人的经验总结为若干条模糊规则，经过相关的模糊数学处理后输入计算机中，计算机把输入的模糊信息及已经存入的模糊规则进行推理比较，决定模糊判决，输出这个判决去完成控制操作[3]。

（1）输入模糊化的精确量

将传感器收集到信息的误差范围设定在[-a，+a]之间连续的变化量，接着把连续的精确量进行离散化处理;确定这个论域的量化因子和级数，让每一级相对应一个模糊的子集，也就是进行模糊化的处理[4]。选取量化因子和级数的时候要看控制的精度，级数太多，就会使控制程序复杂，级数太少，不能达到控制精度。

（2）进行模糊控制规则的建立

这个过程就是把人的相关经验进行总结，成为可操作性的控制规则，由此制定出总的控制表进行存储，这个控制表已经给出了各种条件下的相对应的模糊判决关系。在进入模糊化的输入信息之后，用微处理器将其和总控制表的行列相比较，然后做出判断输出。

输入的时候用一维可以，用多维也可以，一般多用一维输出[5]。当进行多维输入、多维输出的时候，为了简化程序及减少控制规则的条数，多采用分开处理的办法。

（3）模糊判决的输出

模糊指令反映语言的终极目标是按照不同的模糊子集内容来进行的。控制对象要根据不同的取值组合进行灵活的操作，接着进行更加精准的表达和控制，由此推出一个普通集合的映射，对控制变量进行分析和决断，再通过取中位数算法、隶属全度算法、加权平均算法等，接着进行智能化的判断对于模糊控制的结果。

2.  模糊控制技术的应用

2.1 应用范围

随着社会经济的不断发展，模糊控制技术也越来越完善，许多的家用电器像炒菜机、洗衣机、空调、电饭煲、微波炉、吸尘器等智能家用电器上，这种模糊控制技术模型都已经得到了应用，对于微处理器的处理精度的提高主要是通过智能化的传感进行。现代化智能家电的设计和应用都离不开模糊控制技术的随机适应性。在未来的家电发展进程中，只有不停的满足消费者的实际需要，做好流程建设和路径分析，实行场景化的智能操作控制，才能够提升控制等级，简化操作流程，实现智能操作的全面覆盖，对人类的双手进一步的解放，创建更大的社会效应和经济价值。本文以热水器为例，探讨模糊控制技术在家用电器中的应用。

2.2 电热水器的模糊控制

（1）原理的应用

使用模糊控制的智能电热水器，能够在独立测温的过程中，运用智能化的测控软件进行智能传感工作[6]。第一，在使用智能传感器控制温度的过程中，能够按照人的指令进行温度的调节，保证水溫和设定的温度偏差在正0.5℃和负0.5℃之间的位置。第二，运用模糊控制指令算法能够自动化的检测漏电系统，还能够提供自动控制的防干烧功能，技术人员根据可预约自检工作系统、独立编程系统遥控进行实时的分析电热水器的运行状态，业主按照这种实现约定的方法，能够远程操控电热水器，实现自动开机并且按时供应热水。第三，使用模糊控制的智能电热水器能够有效的减少业主因为等待热水而浪费掉的时间，也能够使保温的时效延长，这样既节省了资源，又达到了预约使用热水、即烧即热的效果。

（2）流程的应用

在使用的过程中，要现用模糊控制软件进行初始温差的收集，也就是环境温度和水温设定值两者之间的差值，对水温变化的速率进行计算，预定用水时间应人为的进行设置并输入，传感器进行模糊化的数据收集，其相对应的模糊量转化为DA/DC，在设定的时间到达时马上预定开机设计，作为一个定量的输出量DT[7]。当热水器运行的过程中，能够进行合理化的调控这个输出量和输入量，可以分为大、中、小三级，再对具体的时间和温度范围通过量化控制模型进行灵活的控制，根据逻辑列表、经验排布规则，在微控制器中进行输入，当输入量进入后，提前计算出时间输出，计时器就能够到时连通电路，将热水烧好，更加便捷的为业主服务。

3.  结论

研究模糊控制技术在家用电器中的应用，能够提升家用电器的控制水平，有利于提高模糊控制理论研究的科学化程度。模糊控制技术的理论正日趋成熟，模糊控制技术的应用也在迅速发展，模糊控制技术能够极大地提升家用电器的自动化水平和智能化水平。

参考文献：

[1] 陈艳东 ， 李雪辉 . 基于智能控制工程在机械电子工程中的应用探讨 [J]. 湖北农机化 ， 2019（21） ： 57.

[2] 王沂蒙，王敏，朱澳英，杜书宁.基于单片机的多用途定时器的设计[J].河北农机，2020（1）：60-60.

[3] 刘扬波 ， 陈俊生 . 基于模糊控制的智能微电网电池储能系统调频控制技术 [J]. 广东科技 ， 2019， 28（10） ： 61-64.

[4] 郭保卫 . 家用电器设备电子故障检测方法研究 [J]. 电子测试 ，2017（18） ： 75-76

[5]刘谋广.智能技术在电力系统自动化中的应用分析[J].智能城市，2019，5（23）：56-57.

[6]金岩，刘晶，杨志华.模糊度算法融入新型结构实现输变电设备油温监测[J].自动化与仪表，2020，35（1）：71-75.