CN1157866A - 用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数的设定方法 - Google Patents

Abstract

能够减少设计机器需要的时间和人力，而且能够可靠地设计机器，提供用于可以提高机器性能的洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法，其特征是包括：构成通过N^M次试验，生成上述辅助模糊逻辑控制器的模糊化规则的步骤；通过上述试验，求输出曲线与基准曲线之间的误差的步骤；利用上述输出曲线与基准曲线之间的误差、进行第1次感应电子运算，同时从属度函数的中间变数成为最佳的步骤；通过对中间变数进行第2次感应电子运算、求出使上述输出曲线与基准曲线之间的误差最小的中间变数的步骤。

Description

用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数的设定方法

本发明涉及用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数的设定方法，特别是涉及通过感应电子算法求从属度函数的中间变数的用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数的设定方法。

过去，要对洗衣机的电机进行模糊控制时，为了设定从属度函数的中间变数，必须反复进行多次试验。因此，存在设计机器要用很多时间、以及需要很多人力的问题。

这就是说，如图1所示，当检测洗衣机电机的转动霍耳效应传感器通过检测固定在电机轴上的磁铁片的磁通来检测电机的转速时，就是根据新希望的速度与现在的电机的转速之差来检测现在的速度，并将该现在速度作为控制模糊逻辑系统中的一个值进行输入。另外根据现在速度与从前速度之间的差值检测出现在速度的增减量，并将该增减量作为控制模糊逻辑系统中的另一个值进行输入。于是，在控制模糊逻辑系统中在对上述2个输入进行模糊运算之后，将其作为相位调节值输出，用来对洗衣机的电机进行控制。

如图2所示，对于控制模糊逻辑系统的输入v及d，根据由专家或有经验的人形成的模糊规则，能够构成输入输出从属度函数。模糊规则和输出值如下所示：

if v＝NB and d＝IB then O＝ONB  -mo＜M1＜-m1

if v＝NB and d＝IS then O＝ONB  -m2＜M2＜-m3

    if v＝NS and d＝IB then O＝ONB

if v＝NS and d＝IS then O＝ONS输出值f(0)＝ $\frac{{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{nb}}\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{ib}}\left(M2\right).O_o+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NB}}\left(\mathrm{ml}\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{IS}}\left(M2\right).O_o+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NS}}.\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{IBb}}\left(m2\right).O_o+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NnS}}\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{IS}}(9}{{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NB}\left(\mathrm{Mml}\right)}.{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{IBB}}\left(M2\right)+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NB}}\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{NB}}\left(M2\right)+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NS}}\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{Ib}}\left(M2\right)+{\mathrm{\μv}}^{\mathrm{NS}}\left(M1\right).{\mathrm{\μd}}^{\mathrm{IS}}\left(M2\right)}$

上述输出值是每单位时间内的电机供给电流的相位变化量，利用该值控制洗衣机的电机。

图2A是表示在模糊逻辑控制器中对电动机的现在速度V的模糊集合的曲线。图2B是表示在模糊逻辑控制器中对现在速度的增减量d的集合的曲线。图2C是表示对从模糊逻辑控制器输出的每单位时间的供给电流的相位变化量O的集合。

在图2A中，NB表示电机的现在速度‘大大慢于’基准速度，NS表示现在速度‘略慢于’基准速度，ZO表示现在速度‘等于’基准速度，PS表示现在速度‘略快于’基准速度，PB表示现在速度‘大大快于’基准速度。

在图2B中，IB表示电机的速度变化量‘大大增加’，IS表示速度变化量‘略有增加’，DO表示速度变化量‘不变’，DS表示速度变化量‘略有减少’，DB表示速度变化量‘大大减少’。

在图2C中，ONB表示相对于供给电动机的供给电流的相位变化量，‘输出大大减少’，ONS表示相对于供给电动机的供给电流的相位变化量，‘输出略有减少’，OZO表示相对于供给电动机的供给电流的相位变化量，‘输出不变’，OPS表示相对于供给电动机的供给电流的相位变化量，‘输出略有增加’，OPB表示相对于供给电动机的供给电流的相位变化量，‘输出大大增加’。

另一方面，为了利用控制模糊逻辑系统将洗衣机的电动机保持为所希望的速度，应形成与环境相适应的规则。但是，如果在单位时间内输出函数有显著变化时，就难以通过通常的试验确定上述规则。这就是说，如洗衣机的电机那样，确定时间延迟系统中确定的规则和确定输入从属度函数的中间变数m0-m3是极其困难的。结果，为了准确地控制电机而准确地获得模糊规则和输入从属度函数的中间变数，在现实中是不可能的。

因此，本发明就是为了要解决上述各种问题而产生的。本发明的目的是为了能够减少设计机器所需的时间和人力，而且能够准确地进行机器的设计，提供一种能提高机器的性能的用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数的设定方法。

为了达到上述目的，本发明的用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法的特征是包括：构成具备输入模糊逻辑控制器的从属度函数的M个中间变数、以及输出洗衣机电机的转速与基准速度之间的误差的辅助模糊逻辑控制器的步骤；在将上述M个的多个中间变数分别划分为N个区段后、通过NM次试验生成上述辅助模糊逻辑控制器的模糊规则的步骤；为了建立模糊计算所必需的规则、通过上述试验求出由采样时间电机转速的曲线即输出曲线与基准曲线之间的误差的步骤；利用上述输出曲线与基准曲线之间的误差、进行第1次感应电子运算，同时使在上述辅助模糊逻辑控制器中构成的新的模糊从属度函数的中间变数成为最佳的步骤；通过对上述辅助模糊逻辑控制器的中间变数进行第2次感应电子运算、求出使从上述辅助模糊逻辑控制器输出的上述输出曲线与基准曲线之间的误差成为最小的上述模糊逻辑控制器的中间变数的步骤。

图1是一般的感应电子算法模糊系统的结构图。图2A～2C是表示图1的模糊集合的曲线图。图3是本发明的一个实施例的用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法的结构图。图4A，4B是用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法的控制框图。图5A，5E是表示在图4的洗衣机电机的控制装置中的辅助模糊逻辑控制器中的模糊集合的曲线图。

符号说明

2...洗衣机                 4...电机

14...模糊逻辑控制器        32...辅助模糊逻辑控制器

34...第一感应电子算法部    36...第二感应电子算法部

以下，根据附图详细说明本发明的一个实施例。

图3是用于本发明的一个实施例的洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法的构成图。

如图3所示，将设在洗衣机2内部的电机4的转动频率变换为电压的频率电压变换器6、将从上述频率电压变换器6输出的模拟电压变换为数字信号的多输入输出接口8和从输入输出接口8接收与上述洗衣机2内的电动机4的转动状态对应的数据并设定用于上述电机4的模糊控制的从属度函数的中间变数值的模糊化计算机10与洗衣机2连接。

图4用于图3所示的洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定装置的控制框图。

如图4所示，为了使上述洗衣机2内的脱水槽和震荡器旋转，在设在上述洗衣机2内的电机4的周围设置检测电机4的转速的转速检测装置12。在该转速检测装置12是通过从设在上述电机4的转轴上的图中未示出的磁铁片接受磁力而检测上述电机4的转数的霍耳传感器。

将从该转速检测装置12输出的旋转频率转变为电压的上述频率电压变换器6与上述转速检测装置12连接。

上述模糊化计算机10是由下列部分组成的：以理想的速度控制上述电机4的速度的模糊逻辑控制器14；接收从模糊逻辑控制器14输出的控制信号、向电动机驱动装置16输出相位控制信号的相位控制部18；从上述模糊逻辑控制器14接收基准速度并存储上述电机4的基准速度的基准速度存储部20；将与从上述基准速度存储部20输出的基准速度对应的电压和与从上述频率电压变换器6输出的电机4的现在速度对应的电压进行比较、计算上述基准速度与电动机4的现在速度之间的误差的第一比较部22；根据从该第一比较部22输出的上述基准速度与电机4的现在速度的误差检测上述电机4的现在速度用的现在速度检测部24；储存从上述模糊逻辑控制器14输出的电机4的从前速度的从前速度存储部26；将从该从前速度存储部26输出的电机4的从前速度与从上述现在速度检测部24输出的电动机4的现在速度进行比较、计算从前速度与现在速度之差的第二比较部28；根据从该第二比较部28输出的电机4的从前速度与现在速度之差检测出电机4的现在速度的增加和减少状态的现在速度增减检测部30；根据从上述模糊逻辑控制器14输出的与模糊控制对应的从属度函数的中间变数、输出用于设定上述中间变数的辅助中间变数的辅助模糊逻辑控制器32；根据该辅助模糊逻辑控制器32输出的辅助中间变数、为了使上述辅助中间变数达到最佳化而对辅助中间变数进行感应电子算法运的第一感应电子算法部34；以及根据从该第一感应电子算法部34输出的最佳的辅助中间变数、为了使电动机4的基准速度与现在速度之间的误差成为最小而对从上述第一感应电子算法部34输出的最佳的辅助中间变数进行感应电子算法并设定上述模糊逻辑控制器14的中间变数的第二感应电子算法部36。

另一方面，上述辅助模糊逻辑控制器32的结构是控制用模糊逻辑控制器的代表。其输入是控制模糊逻辑控制器的中间变数m0-m3，输出是电机的输出速度与基准速度之间的误差值。为了用这样的辅助模糊逻辑控制器32可以代表控制用模糊逻辑控制器，使用将中间变数的代表值应用于实际的控制模糊逻辑控制器的从属度函数而得到的电机转速与基准曲线之间的误差值作成模糊计算所需要的规则。构成辅助模糊逻辑控制器32之后，使用第一感应电子算法部34使在辅助模糊逻辑控制器32中构成的新的模糊从属度函数的中间变数成为最佳，增强从前设定的辅助模糊逻辑控制器32。

图5所示是辅助模糊逻辑控制器32的从属度函数。

第1次感应电子算法是使p00，p01-p33，p34的辅助模糊逻辑控制器的从属度函数的中间变数成为最佳的算法。利用由第1次感应电子算法的结果而增强的辅助模糊逻辑控制器32进行第2次感应电子算法处理。第2次感应电子算法具有使输出值为最小的输入值m0-m3。

另外，图5A所示是表示在辅助模糊逻辑控制器32中对模糊逻辑控制器14的从属度函数的中间变数m0的集合的曲线图。图5B所示是表示在辅助模糊逻辑控制器32中对模糊逻辑控制器14的从属度函数的中间变数m1的模糊集合的曲线图。图5CA所示是表示在辅助模糊逻辑控制器32中对模糊逻辑控制器14的从属度函数的中间变数m2的模糊集合的曲线图。图5D所示是表示在辅助模糊逻辑控制器32中对模糊逻辑控制器14的从属度函数的中间变数m3的模糊集合的曲线图。图5E所示是表示在辅助模糊逻辑控制器32中对模糊逻辑控制器14的从属函数的中间变数m1，m1，m2，m3的模糊集合的曲线图。

这里，对用三个区段的代表值分割图5的辅助模糊逻辑控制器32的从属度函数而得到的四个输入变数进行3481次试验，试验数据是根据对洗衣机的电机改变上述区段的代表值并代入的控制模糊逻辑控制器的中间变数值而得到输出波形(电动机的转速波形)；得到的数据就是用与基准曲线的差值表示的误差值。这些试验生成一个模糊规则，该模糊规则就成为辅助模糊逻辑控制器32的规则。

第1次感应电子算法是根据上述生成的模糊规则和误差值使图5的输入从属度函数的中间变数p00，p01-p33，p34值成为最佳。这就意味着通过使p00-p34成为最佳，辅助模糊逻辑控制器32就代表成为更可靠的控制用模糊逻辑控制器。进行第1次感应电子逻辑运算时的拟合度函数及再生时的再生概率如下所列：

$F_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{8I}{\mathrm{\Σ}}}M\stackrel{-}{e}i}{\underset{i=1}{\overset{8I}{\mathrm{\Σ}}}M}\left(5\right),M=\∏$

第2次感应电子算法使用由第1次感应电子算法使之成为最佳的辅助模糊逻辑控制器32得到使输出值成为最小的辅助模糊逻辑控制器的输入值m0-m3。此时的拟合度函数如下所示。

以下，对用于与上述结构的洗衣机的电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定装置相关的用于本发明的一个实施例的洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法进行说明。

首先，假定已经在模糊逻辑控制器14中设定了电机4的基准速度，作为说明运作的初期条件。

上述基准速度，例如，为2000rpm。

在运作开始时，由电源向洗衣机2，频率电压变换器6多输入输出8、以及模糊化计算机10供电，由模糊逻辑控制器14向基准速度存储部20及现在速度检测部24输出电机4的基准速度，从模糊逻辑控制器14向以前速度存储部26输出电机4的从前速度，例如，0rpm。

以后，当用户通过操作键盘装置38输入开始运转的命令时，就从键盘装置38向模糊逻辑控制器14输出开始运转的命令。

于是，从模糊逻辑控制器14向相位控制部18输出控制信号，从相位控制部18通过多输入输出接口8向电动机驱动装置16输出电机驱动用控制信号，便从上述电动机驱动装置16向电动机4施加驱动电压，从而使电机4转动，该电机4的现在速度由l述转速检测装置12进行检测。

然后，从上述转速检测装置12向频率电压变换器6输出与电动机4的现在速度对应的频率，由上述频率电压变换器6将上述频率变换成与之相对应的电压并向上述第一比较部输22出，与此同时，从上述基准速度存储部20向上述第一比较部22输出上述电机4的基准速度。

这样，便由上述第一比较部22将电机4的基准速度与现在速度进行比较，并将根据该比较结果而产生的基准速度与现在速度之间的差值输出到上述现在速度检测部24。

在此状态下，从上述现在速度检测部24分别向第二比较部28以及模糊逻辑控制器14输出电机4的现在速度，与此同时，由从前速度存储部26向第二比较部28输出电机4的从前速度。

这样，便第二比较部28将电动4的从前速度与现在速度进行比较，并将根据该比较结果而产生的电机4的从前速度与现在速度之间的差值输出到现在速度增减检测部30。

然后，从上述现在速度增减检测部30向上述模糊逻辑控制器14输出上述电动机4的现在速度的增加及减少状态。

根据上述电机4的现在速度的增减状态，为了减少上述电动机4的基准速度与电机4的现在速度之间的差值，从上述模糊逻辑控制器14向上述相位控制部18输出控制信号，与此同时，从上述模糊逻辑控制器14向上述辅助模糊逻辑控制器32输出用于电机4的模糊控制的从属度函数的中间变数m0，m1，m2，m3的初始值。

这样，上述辅助模糊逻辑控制器32将上述的M个多个中间变数分别划分成N个区段后，通过N^M次的Z试验便生成上述辅助模糊逻辑控制器32的模糊规则。在本实施例中，例如上述M取为4，上述N，例如，取为3。

然后，由上述辅助模糊逻辑控制器32通过试验求采样时间对电机转速的曲线即输出曲线与基准曲线之间的误差。

然后，从上述辅助模糊逻辑控制器32向上述第一感应电子算法部34及第二感应电子算法部36输出用于设定上述中间变数0m，1m，2m，3m的辅助中间变数(P00，P01，P02，P03，P04)(P10，P11，P12，P13，P14)(P20，P21，P22，P23，P24)(P30，P31，P32，P33，P34)的初始值，同时从上述辅助模糊逻辑控制器32向上述第一感应电子算法部34及第二感应电子算法部36输出上述电机4的基准速度与现在速度之间的差值。

在这种状态下，上述第一感应电子算法部34通过对上述辅助中间变数进行感应电子运算，使上述辅助中间变数(P00，P01，P02，P03，P04)(P10，P11，P12，P13，P14)(P20，P21，P22，P23，P24)(P30，P31，P32，P33，P34)成为最佳。

然后，从上述第一感应电子算法部34输出在上述第二感应电子算法部36中成为最佳的辅助中间变数(P00，P01，P02，P03，P04)(P10，P11，P12，P13，P14)(P20，P21，P22，P23，P24)(P30，P31，P32，P33，P34)的值。

然后，为了使上述电机4的基准速度与现在速度之间的误差成为最小，上述第二感应电子算法部36通过对上述成为最佳的辅助中间变数(P00，P01，P02，P03，P04)  (P10，P11，P12，P13，P14)  (P20，P21，P22，P23，P24)(P30，P31，P32，P33，P34)进行感应电子运算，对上述模糊逻辑控制器14的中间变数0m，1m，2m，3m设定最佳值。

然后，从上述第二感应电子算法部36向上述辅助模糊逻辑控制器32输出上述模糊逻辑控制器14的中间变数0m，1m，2m，3m的设定值。

接着，从上述辅助模糊逻辑控制器32向上述模糊逻辑控制器14输出上述中间变数0m，1m，2m，3m的设定值。

于是，上述辅助模糊逻辑控制器32就利用上述中间变数0m，1m，2m，3m控制上述电机4的速度。

如上所述，按照本发明的用于洗衣机电机的模糊控制的，从属度函数的中间变数设定方法通过利用感应电子算法求算模糊逻辑控制器的从属度中间变数，就能够减少设计机器所需要的时间和人力，能够可靠地设计机器，并且具有可以提高机器性能的极佳的效果。

Claims (1)

1.一种用于洗衣机电机的模糊控制的从属度函数的中间变数设定方法，其特征是包括：构成具备输入模糊逻辑控制器的从属度函数的M个中间变数、以及输出洗衣机电机转速与基准速度之间的误差的辅助模糊逻辑控制器的步骤；在将上述M个的多个中间变数分别划分为N个区段后、通过N^M次试验生成上述辅助模糊逻辑控制器的模糊化规则的步骤；为了建立模糊计算所必需的规则、通过上述试验求出采样时间对电机转速的曲线即输出曲线与基准曲线之间的误差的步骤；利用上述输出曲线与基准曲线之间的误差、进行第1次感应电子运算，同时使在上述辅助模糊逻辑控制器中构成的新的模糊从属度函数的中间变数成为最佳的步骤；通过对上述辅助模糊逻辑控制器的中间变数进行第2次感应电子运算、求出使从上述辅助模糊逻辑控制器输出的上述输出曲线与基准曲线之间的误差成为最小的上述模糊逻辑控制器的中间变数的步骤。

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