智能控制应用(家电产品中)33512.pptx
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1、1智能控制在家电产品中的应用智能控制在家电产品中的应用 在世界上,日本首先将模糊逻辑和模糊控制技术应用于开发新一代家电产品。1990年2月,日本松下电器率先推出模糊控制全自动洗衣机产品。以此为开端,日本许多电器公司相继将模糊控制技术应用于吸尘器、空调器、电饭煲、微波炉、电冰箱、摄像机等新型家用电器产品上,并打入和占领了国际市场2 模糊控制电饭锅模糊控制电饭锅模糊电饭锅是一种多功能家用烹任器具,与传统的电饭锅相比具有许多优越性。能自动地判定饭量、水/米比等信息,从而做出合适的控制决策,达到省时、省电的目的;煮出来的米饭颗粒均匀,富有光泽,口感好,可提高人的食欲,营养价值高,便于人体吸收外形美观,
2、功能多,操作使用安全、方便。3智能控制在家电产品中的应用智能控制在家电产品中的应用 在世界上,日本首先将模糊逻辑和模糊控制技术应用于开发新一代家电产品。1990年2月,日本松下电器率先推出模糊控制全自动洗衣机产品。以此为开端,日本许多电器公司相继将模糊控制技术应用于吸尘器、空调器、电饭煲、微波炉、电冰箱、摄像机等新型家用电器产品上,并打入和占领了国际市场模糊控制的家电产品的生产和制造,可以有效地使用厂家多年积累下的技术,而且用过去的方法设计很困难的性能,也能按用户的期望赋予给产品了。这类产品操作简单,同时能把老工人和熟练操作者的长年经验和技术赋予给产品,用户就能像熟练者一样巧妙地操作和控制,使
3、它能够在很大程度上富有人情味地满足人的需要,这就是模糊控制家电产品的魅力。41吸水过程(t0t1)p 把米洗好后浸泡在水中,使大米吸足水分,若吸水不足,则米粒内部容易形成硬心。一般情况下,大米本身含有14左右的水分。在开始大功率加热之前,让大米的含水率达到25左右,这样就可使米的内部均匀地受热,使大米变成膨胀状。水温越高,米吸水的速度就越快p但是,水温一旦超过60,米中含有的淀粉就会转化为淀粉,变成糊状。保持水温在60以下。实验表明,最佳温度为35。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 理想的烹任米饭过程分为几个阶段51吸水过程(t0t1)p 把米洗好后浸泡在水中,使大米吸足水分,若吸水不足,则米粒内
4、部容易形成硬心。一般情况下,大米本身含有14左右的水分。在开始大功率加热之前,让大米的含水率达到25左右,这样就可使米的内部均匀地受热,使大米变成膨胀状。水温越高,米吸水的速度就越快p但是,水温一旦超过60,米中含有的淀粉就会转化为淀粉,变成糊状。保持水温在60以下。实验表明,最佳温度为35。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 理想的烹任米饭过程分为几个阶段62升温煮饭过程(tlt2)p把已吸足水分的米饭采用大功率加热,使水温较快地上升到100。升温速度要适当,不然在大米的糊化温度(大约63)进行第二次吸水时,升温速度过快,也会造成火生饭。p实验发现,升温时间和米饭的味道及质量有很密切的关系。升温时
5、间在10min左右时,烧出的米饭综合效果最佳。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 73维持沸腾阶段(t2t3)p在水温上升到100后,应在此温度下维持一段时间,以促进米粒中的淀粉转化为淀粉。在此阶段中,加热功率可以适当减少,只要维持沸腾状态即可。直到内锅中的水完全被米吸收或蒸发掉,此时内锅底部的温度上升,产生出香味,应停止加热。实验发现,保持米饭的温度在98以上达20min左右,米饭的味道较好。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 84补炊过程(t3t4)p在断电之后,温度将慢慢下降,当温度降到100左右时,再通电加热一段时间,可以把米粒上多余的水分蒸发掉并且使米饭的内部也受到加热。在补炊结束时,米饭已经成
6、形,并且有一股香味。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 5焖饭过程(t4t5)p在补炊结束后,米粒上基本没有多余的水分,应停止加热,利用余热可使米饭膨胀变得松软可口,也可促使米粒的全部淀粉化。94补炊过程(t3t4)p在断电之后,温度将慢慢下降,当温度降到100左右时,再通电加热一段时间,可以把米粒上多余的水分蒸发掉并且使米饭的内部也受到加热。在补炊结束时,米饭已经成形,并且有一股香味。米饭的烹饪过程米饭的烹饪过程 5焖饭过程(t4t5)p在补炊结束后,米粒上基本没有多余的水分,应停止加热,利用余热可使米饭膨胀变得松软可口,也可促使米粒的全部淀粉化。6保温过程(t5之后)p在焖饭结束后,进入保温阶段
7、。在此阶段,加热器断断续续地工作,使内锅温度保持在70左右。10模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 1普通自动电饭锅的不足 p利用常规的控制方式可以实现充分吸水及沸腾后保温,但是要保持升温至沸腾的时间为10min左右,实现起来存在一些困难,原因是:如果要加热工序所经历的时间在10min左右,在第一吸水阶段就应该推断出饭量。但是,环境温度、初始水温、米的温度、电源电压的波动、加热板及内锅形状、控制回路的有关特性对推断饭量均有影响。11模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 1普通自动电饭锅的不足 p利用常规的控制方式可以实现充分吸水及沸腾后保温,但是要保持升温至沸腾的时间为10min左右,实现起
8、来存在一些困难,原因是:如果要加热工序所经历的时间在10min左右,在第一吸水阶段就应该推断出饭量。但是,环境温度、初始水温、米的温度、电源电压的波动、加热板及内锅形状、控制回路的有关特性对推断饭量均有影响。p在短短的10min内,一边推断饭量,一边进行控制,很难达到期望的温度控制要求。这就希望在吸水阶段来完成饭量的确定问题。12模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 2模糊控制电饭锅的基本思想 p(1)模糊电饭锅的结构 模糊控制电饭锅的结构分为内锅和外锅。以放米的内锅为中心,在其周围分别安置了锅底加热板(大功率)、锅身电热丝(小功率)以及锅顶电热丝(小功率)三个加热器。此外,在锅底中心和锅顶出
9、汽口分别设置了两个温度传感器(NTC),其中锅底温度传感器用于检测初期水温和内锅温度的上升情况,锅顶传感器负责检测室温和蒸汽温度。13模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 2模糊控制电饭锅的基本思想 p(1)模糊电饭锅的结构 模糊控制电饭锅的结构分为内锅和外锅。以放米的内锅为中心,在其周围分别安置了锅底加热板(大功率)、锅身电热丝(小功率)以及锅顶电热丝(小功率)三个加热器。此外,在锅底中心和锅顶出汽口分别设置了两个温度传感器(NTC),其中锅底温度传感器用于检测初期水温和内锅温度的上升情况,锅顶传感器负责检测室温和蒸汽温度。p(2)吸水过程中饭量的推算 室温和初始水温是在开始烧饭至开始加热前
10、一个很短的时间内检测出来并加以贮存的。然后,在内锅加热至接近淀粉化温度时停止加热。随后,通过检测锅底温度的变化来推算饭量的大小。由于锅底温度受外界因素影响较大,故以初期水温T0、温度变化Td以及室温Tr做为输入变量,根据这三个信息来综合推算饭量Q。锅锅顶顶传传感感器器锅锅底底传传感感器器模模糊糊推推理理室温室温Tr初期水温初期水温T0温度变化温度变化Td饭量饭量Q14模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 p关于模糊推理法则的例子,假设室温为一定值,比如:初期水温为“普通”,温度变化为“小”,则饭量为Ql。p初期水温和温度变化的隶属度函数分别定义 p饭量的隶属度函数定义 15模糊控制技术的应用模
11、糊控制技术的应用 p一般情况下,第i个法则的适合度(),在隶属函数为fij,输入为xij时,可设定为 p推论的结果是根据下式求均值p(3)升温过程的功率控制 升温过程中,虽然锅底传感器检测到的温度和内锅中的米饭温度有一定的关系,但因饭量的不同,这种对应关系也有变化。因此,根据在吸水过程中推定的饭量以及温度差、速度差、利用模糊控制技术实施加热功率的控制,其中温度差和速度差定义为:16模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用 p一般情况下,第i个法则的适合度(),在隶属函数为fij,输入为xij时,可设定为 p推论的结果是根据下式求均值p(3)升温过程的功率控制 升温过程中,虽然锅底传感器检测到的温度
12、和内锅中的米饭温度有一定的关系,但因饭量的不同,这种对应关系也有变化。因此,根据在吸水过程中推定的饭量以及温度差、速度差、利用模糊控制技术实施加热功率的控制,其中温度差和速度差定义为:温度差(e)实测温度值-基准温度值 速度差(se)实测温度上升值-基准温度上升值反复进行上述推论和控制过程,直到锅顶传感器检测出米饭沸腾为止 17模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用p(1)模糊控制系统的结构图 第二阶段(升温过程)采用模糊控制方式,使温度在10min内逼近期望温度曲线,因此,设定输入信号是一条随时间的增加、温度按一定斜率上升的曲线。模糊控制器的输入变量为温度差和速度差,输出变量是负载通电的周波数
13、变化量(50Hz,一个周期为20ms)。当负载实际通电的周波数发生变化时,通过负载的电流也将改变,电热器产生的热量也随之而变。p3 模糊控制的实施过程18模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用p(2)词集、论域、隶属函数的确定 把温度差的论域量化为14挡:(e)-6,-5,-1,-0,+0,+1,+5,+6 且温度差的模糊子集选取的词集 (PB,PM,PS,P0,N0,NS,NM,NB)把速度差的论域量化为13档:(se)-6,-5,-1,0,+1,+5,+6且速度差的模糊子集选取的词集(PB,PM,PS,P0,N0,NS,NM,NB)19模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用把周波数变化的论域量
14、化为15档:()-7,-6,-5,-1,0,+1,+2,+5,+6,+7且周波数变化的模糊子集选取的词集(PB,PM,PS,O,NS,NM,NB)周波数变化的模糊变量赋值表 20模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用误差变化的模糊变量赋值表 误差的模糊变量赋值表 21模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用p(3)模糊控制规则的建立 通过对人们控制经验的总结,得到了有关的温度控制规则表:p(4)模糊控制响应表的获取 为了节省内存,提高运行速度,通过一系列的模糊运算得到了一个模糊控制响应表 22模糊控制技术的应用模糊控制技术的应用p(5)模糊控制算法的实现 微机(单片机)实时采集当前的实际锅底温度,可
15、以求得湿度差和速度差。根据E和SE查模糊控制表可以确定周波数的变化率,通过控制负载上的平均功率来达到调节温度的目的。模糊控制响应表23 模糊电饭锅的硬件电路模糊电饭锅的硬件电路 24 软件系统设计软件系统设计 主程序设计的目标是要使实际温度模拟(跟随)煮饭过程中的理想温度曲线,因此主程序的结构主要由吸水阶段控制模块、升温过程控制模块、保沸过程控制模块、补炊过程控制模块、保温过程控制模块等组成。软件系统包括主程序和各种子程序两大功能块:子程序主要有:键盘扫描及功能散转子程序模块;定时中断服务程序;采样子程序;滤波于程序;饭量推理子程序;显示、报警子程序;升温过程模糊控制子程序。25模糊控制全自动
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