发布时间 : 星期五 文章【完整版】电饭煲单片机智能控制系统毕业论文设计更新完毕开始阅读9baf32a2f021dd36a32d7375a417866fb84ac0f8
第2章 电饭煲的模糊控制的设计
2.1引言
电饭锅作为一个模糊控制对象，其特性的影响因素是多方面的，如结构、材料、发热盘的形状、甚至是顶盖出气孔的大小对其吸热散热特性都有影响。当然，在电饭锅煮饭的过程中，米量的大小对其吸热散热特性的影响是最大的。米量的大小甚至影响到烹调的工艺过程。换句话说，电饭锅必须对不同的米量采取相应的不同的控制方案和工艺过程，才能达到期望中的效果。所以，在其
它因素(如结构、材料、发热盘的形状、顶盖出气孔的大小等)一定的情况下，对米量进行模糊判断是决定控制效果好坏的关键.为了选取合适的输入量进行米量的判断，首先必须了解模糊电饭锅的煮饭工艺曲线.
2.2模糊电饭煲的工作过程
从煮饭专家的角度来看，米饭的成熟需要经过如下八个阶段:稳定、吸水、集中加热、落水、沸腾、间歇加热、炯饭和保温。在上述八个阶段中电饭锅底部温度曲线的变化过程如图2-1所示。
图2-1电饭煲底部温度曲线图 Fig.2-1The temperature curve of cooker
大量的实验研究表明，电饭煲中的米水混合物在经过下面的几个阶段后将能够最终成为无论硬度和戮度都令人满意的米饭。以下对各阶段进行简要介绍。 (1)稳定阶段 这一阶段的目的是对开始煮饭时电饭锅的初始状态进行判定。开始煮饭时水和锅的状态并不一定是一致的，有可能是热锅冷水，或是热水冷锅。这一阶段就是采用记时等待的办法，等待大约3,4分钟的时间，使锅和水的状态达到一致，以便对初始的煮饭状态做出准确的判断。在稳定阶段结束的时候读出底部温度、顶部温度的值，值的高低，将对以后的过程产生不同的影响。
(2)吸水阶段 大米在正常状态的含水量较低，吸水阶段的工作目的就是使大米的含水量升高，以便在加热阶段能够使大米的加热趋于均匀，热量透到大米的芯部，提高米饭的质量。这一阶段的水温应该低于55℃，否则会使大米中的淀粉a化，影响吸水的效果。
(3)集中加热阶段和落水阶段 集中加热阶段是对锅进行全功率的加热，使锅底的温度迅速上升，但在米量较大的情况下，锅内上表面的水温远远低于锅
底的温度.落水阶段就是停止加热使锅内上部的水和下部的水形成充分的对流，使锅内上下温度基本达到一致，所有的米都能均匀受热。在这个阶段中，大米继续吸收水分，并且在较高的温度下开始了淀粉的a化。
(4)沸腾阶段 沸腾阶段使电饭锅内的温度保持在100℃的水平。这个过程使大米做深度吸水，并且在较高的温度下促使大米中的淀粉a化。大米充分吸水后，锅内的水进一步减少，锅底渐渐趋于干燥，当锅底的水分减少到一定程度，锅底温度就会迅速上升，这时沸腾过程结束。
(5)间歇加热和炯饭阶段 炯饭阶段的目的就是使热量透到米饭的芯部，使之充分受热而内外质量趋于一致。也就是使米芯的淀粉a化。炯饭阶段还使大米外部的水分一部分深透入米芯，促使内部的成熟变化，另一部分蒸发掉。这样就使得整粒米饭内外一样。间歇加热的目的就是使锅内的温度达到炯饭的温度，当达到一定的温度时，停止加热或小功率加热，由饭锅利用余热对米饭进行热炯，炯饭结束后，米饭将完全成熟，无论硬度或薪度都令人满意。 (6)保温阶段 保温阶段的目的是在人们尚未准备食用的情况下，将电饭锅中的米饭保持在72℃的水平。实验研究表明，这样的一条曲线作为温度控制的标准可以煮出质量优良的米饭。而这样一条曲线是机械式电饭锅不可能实现的，在电饭锅煮饭过程中实现这样一条曲线本身就是借鉴了煮饭专家的经验，模仿了人的行为，这本身就是智能化的，模糊化的。
2.3模糊控制的基本思想
模糊控制是一种计算机数字控制，所以其控制系统框架同一般的数字控制系统一样，只不过它的控制器是模糊控制器。模糊控制器的控制规律由程序实现，在实现的过程中要经过以下三个步骤:输入量的模糊化、模糊推理和输出量的解模糊。在模糊控制过程中，将测到的过程精确量转化为模糊量，再经过根据经验总结成的若干模糊规则和必要的模糊处理后，模糊判断系统根据输入的模糊信息按照控制规则和推理法则，做出模糊决策，然后输出解模糊后的控制量并作用于执行系统，完成控制动作，且这种动作是以精确量表现出来的。 (1)模糊化
模糊化是将模糊控制器输入量的确切值转换为相应模糊语言变量值的过程，此相应语言变量值均由对应的隶属度来定义。在实际应用中，常常选择三角形作为语言变量的隶属度曲线。在模糊化的过程中，一般利用最大隶属度原则，
即在语言集中选择该元素对应的隶属度最大的语言变量，作为该项确切值的模糊子集。 (2)模糊推理
模糊推理包括三个组成部分:大前提、小前提和结论。大前提是多个模糊条件语句，构成规则库;小前提是一个模糊判断句，又称事实。模糊推理就是以已知的规则库和输入变量为依据，基于模糊变换推出新的模糊命题作为结论的过程。 (3)解模糊
解模糊是将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值的过程。它的目标是产生确切的控制动作，应该能够最好的反映出推理出的模糊控制动作分配的可能性。常用的方法有最大隶属度法、加权平均法和重心法。
目前，实用模糊逻辑控制常用的方法有查表法和软件模糊推理等。查表法是
将输入的隶属度函数、模糊控制规则和输出隶属度函数都用表格来表示，从输入量的模糊化、模糊推理和模糊判决都通过查表来实现。软件模糊推理的模糊化、模糊推理和模糊判决三个过程都用软件来实现。对于本文研究的米量和加热功率模糊推理机来说，其推理过程是开环的，模糊推理机只包含输入量的模糊化、利用规则的模糊推理及输出量的解模糊，隶属度函数、模糊控制规则可以用表格来表示，模糊推理机的最终输出量为具体米量的值和加热功率的值。 2.3.1炊饭量的模糊推理
因为影响炊饭量检测的因素众多，所以不能采用称重传感器或其它直接测量的方法，而只能用温度传感器测出饭温信号，利用模糊推理，组成测定饭量的软传感器，最后通过模糊决策来判断米量的值。其结构框图如图2.5所示。
图2-2 饭量测量软传感器框图
通过实验和分析，发现几种有代表性的电饭煲均在预热段进行米量推理过
程。但是，若在预热段对米量进行推理，会受到初始水温和环境温度的严重影