2009-7-20 1
模糊逻辑控制及其应用
（ 选 修 ）
上海交通大学谢康林
2004-2005学年 第 1学期
2
第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用
3
第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用
6-1 数字单片机与模糊逻辑控制技术
6-2 数字单片机模糊逻辑控制技术的应用
4
数字单片机模糊逻辑控制技术
6-1 数字单片机与模糊逻辑控制技术数字单片微机：
体积小片内含有多种存储和外围接口部件计算机基本功能俱全适合于家电、智能仪器仪表、移动性自动化设备和通讯设备，以及许多专用的控制系统。
5
数字单片机与模糊逻辑控制相结合目前，在多种智能控制领域中，
最具有实际（现实）价值的是,
模糊逻辑控制数字单片微机与模糊逻辑控制相结合，使模糊逻辑控制的实际应用已形成 产业化的趋势 。
6
数字单片机的选择选择数字单片机应注意：
1,对应用系统的适应性
2,可购买性
3,可开发性
4,制造商情况等
7
数字单片机模糊逻辑控制技术应用
6-2 数字单片机模糊逻辑控制技术的应用一．模糊逻辑控制微波炉二．模糊逻辑控制电冰箱
8
模糊逻辑控制微波炉一,模糊逻辑控制微波炉一般微波炉的工作过程：
① 由用户确定利用微波炉进行烹调的食品的类型和数量；
② 由用户确定微波炉所需工作时间 t 以后，予以予置；
③ 启动微波炉工作。
9
模糊逻辑控制微波炉存在问题,
根据食品的类型、数量、加热温升，
以及微波炉性能等因素来设定 微波炉的工作时间,往往需要有一定的经验。
如果：
微波炉工作时间过短：
烹调效果不好 ；
微波炉工作时间过长：
对水份少的食品可能会产生过热碳化的现象。
10
模糊逻辑控制微波炉微波炉采用模糊逻辑控制：
可以根据食品的类型、数量、
加热温升，以及微波炉性能等诸多因素，确定工作时间,以保证烹调的效果符合要求。
11
微波炉控制电路和结构框图单片微机红外检测温度检测湿度检测炉门检测按键输入磁控管控制加热丝控制炉腔照明显示电路报警电路
12
检测电路
1．控制电路和结构框图
⑴检测电路共有红外检测；
温度检测；
湿度检测三个检测电路。
13
红外检测电路
① 红外检测电路
A．作用：
用于检测被烹调食物的内部温度。
B．组成：
由红外敏感器件和放大电路组成。
由红外检测电路所测出的食物的放射能量 → 单片微机。通过处理、计算 → 得到食物的内部温度 T。
14
温度检测电路
② 温度检测电路
A．作用：
用于检测炉腔内部的温度，而不是食物的内部温度。
B．组成：
温度传感器。安装在炉腔内。
C．电路工作时间：
在加热丝进行食物保温或特殊加热时，使用温度检测器，以使炉腔内的温度能保持在一定的水平。
与红外检测电路在不同工况时工作，起互补作用。
15
湿度检测电路
③ 湿度检测电路
A．作用：
用与测定食物的含水量的多少。
B．组成：
采用湿敏电容作为传感器，安装在微波炉的排气孔附近。
在微波加热过程中，含水量不同的食物的损耗系数不同。一般情况下，含水量越多的食物的损耗系数越大，所需微波加热的时间越短，效率越高。
16
按键和炉门开关
⑵ 按键和炉门开关按键用于输入有关食物特征信号和控制信号。
炉门开关用于检测炉门的开启或关闭状态。
17
按键
1--
5
① 按键：
设有九个按键：
1--5,A,B,C，启 /仃。
A,按键 1--5：
用于输入食品的类型（按介电性质即损耗系数和比热排列）。
按键编号 1 2 3 4 5
食品类型 水 蔬菜 牛肉 肥肉 油类汤类 精肉 面 油浸品鱼蛋
18
按键AB
C
和启/
仃
B．按键 A,B,C
用于指示烹调方式：
A — 输入快煮方式。
B — 输入普通煮方式。
C — 输入慢煮方式。
C．按键 启 /仃启动微波炉。
19
炉门开关
② 炉门开关：
用于检测炉门的开启或关闭状态。
A．炉门开启时：
停止磁控管工作。
B．炉门关闭时：
在磁控管工作时接通炉腔内的照明灯，便于观察炉腔内的情况。
20
磁控管控制电路
⑶ 输出控制电路
① 磁控管控制电路磁控管在固定的磁感应强度和稳定的阳极电压下工作，保持 输出功率 恒定,保持效率基本不变 。
磁控管控制电路：
采用占空比调节磁控管输出功率平均值的方法。
21
加热丝和炉腔照明控制电路
② 加热丝控制电路对加热丝的控制，可以采用移相调压电路，也可以采用占空比调节的方法。
③ 炉腔照明控制电路是一个十分简单的开关电路。
22
显示和报警电路
⑷ 显示和报警电路
①时间显示电路
A,四个发光二极管（七段显示）。
两位显示“分”,两位显示
“秒”。
B,指示灯一个：
指示微波炉处于工作或停止状态。
②报警电路由陶瓷喇叭组成。可用于在微波炉工作倒计时为零时，或在微波炉空载时报警。
23
单片微机
⑸ 单片微机它是一个控制器。
根据输入的检测结果（温度、湿度、
红外检测的结果）
→ 经过模糊逻辑推理
→ 分别控制磁控管、加热器、报警电路等。
单片微机应具有能满足性能要求的 CPU，足够的 A/D转换器，相应的
I/O口，一定的内存容量等。
24
模糊量与推理规则
2,模糊量与推理规则在模糊控制微波炉中，需要考虑的因数有五个：
食物类型，食物重量，食物温升，工作功率和工作时间。
模糊控制微波炉要求能自动推断：
（ A） 被烹调食物重量 ；
（ B） 烹调工作时间。
25
模糊量
（ 1） 模糊量在模糊控制微波炉中，应考虑六个物理量：
工作时间 t、食物重量 m、
食物比热 C、输出功率 P、
加热效率 η和食物温昇 ΔT。
26
食物比热和重量模糊化
*加热效率 η：
本对固定的微波炉可近似为常数；
*食物（烹调）温昇 ΔT：
一般为 100℃ 左右。
*其余的物理量模糊化,
① 食物比热 C（ J/kg*℃ ）：
小（ S）、中小（ MS）、中
（ M）、中大（ MB）、大（ B）。
② 食物重量 m（ kg）：
很轻（ VL）、轻（ L）、中
（ M）、重（ H）、很重（ VH）。
27
输出功率和工作时间模糊化
③ 输出功率 P（ Kw）：
小（ S）、中小（ MS）、中
（ M）、中大（ ML）、大（ L）。
④ 微波炉 工作时间 t（ min）：
极短（ VS）,短（ S）、
中短（ MS）、中（ M）、
中长（ ML）、长（ L）、
极长（ VL）。
28
食物重量的推理
1
（ 2） 食物重量 m的模糊逻辑推理模糊逻辑推理的输入量：
食物比热 C；
食物被加热后的温昇 ΔT。
模糊逻辑推理的输出量：
食物重量 m。
29
食物重量的推理
2
模糊逻辑推理食物比热 C
食物被（ 短时 ）
加热后的温昇
ΔT1
食物重量
m
30
食物重量的推理
3
输出功率 P 和加热效率 η 可认为是一个不变量。
取微波炉工作时间 t# = 20秒。
食物加热 t#（ = 20秒）后的温昇
ΔT1,其模糊量为：
很小 （ VS）,小 （ S）、
中小 （ MS）,中 （ M）、
中大 （ ML）,大 （ L）、
很大 （ VL） 共七个。
31
食物重量的推理
4
模糊逻辑 推理条件语句,
if C and ΔT then m
最多可有 35条规则 。
模糊逻辑 推理结果,
得到食物重量的模糊量 m*；再经过解模糊判决，得到食物重量的精确量 m。
32
烹调工作时间的推理
1
（ 3） 烹调工作时间 t的推理烹调工作时间是微波炉工作的关键参数，其正确与否将直接影响食物烹调的效果。 应防止食物因烹调不足而不熟，或因过度而焦化。
烹调工作时间 t：
t ∝ m CΔT / Pη
33
烹调工作时间的推理
2
模糊逻辑推理的输入量：
食物比热 C
食物重量 m
加热输出功率 P
模糊逻辑推理的输出量：
烹调工作时间 t
可认为：
加热效率 η是一个不变量；
一般烹调时 ΔT= 100℃,
解冻时 ΔT = 25℃ 。
34
烹调工作时间的推理
3
输出功率 P
烹调工作时间 t
食物比热 C
食物重量 m
模糊逻辑推理
35
模糊逻辑推理条件语句模糊逻辑推理条件语句,
if C and m and P then t
为减少规则数目，简化设计，可在烹调过程中可 将,输出功率 P固定为某个数值 。 仅考虑食物比热 C和食物重量 m两个输入变量，进行模糊逻辑推理。则：
if C and m then t
（ P = Constant）
例如,P = 1000W
P = 600W
P = 200W 等。
36
模糊逻辑推理结果模糊逻辑推理的结果,
得到烹调时间 t*；
再经过解模糊判决，得到烹调时间的精确量 t`。
烹调时间的精确量 t` 减去食物重量 m推理时的工作时间 t#（ = 20秒），
才是尚需的烹调时间 t。
t = t`- t# = t` - 20 (秒 )
(在显示器上显示 )
37
控制软件及其框图
3．控制电路结构原理（略）
4,控制软件及其框图控制软件：
由主控程序和过零中断程序组成 。
主控程序,
进行模糊推理，微波加热，
加热丝保温的过程控制；
过零中断程序,
周波记数；
磁控管占空比控制；
加热丝占空比控制。
38
主控程序
（ 1） 主控程序由五大部分组成：
初始化不定类型食物推理特定类型食物推理磁控管工作控制加热丝工作控制
39
初始化
① 初始化设置堆栈、
置 I/O初态、
无数字显示的代码等。
40
不定类型食物推理
② 不定类型食物推理
（以中等比热、中等功率情况进行推理）
用户将食品放入炉腔
→ 关上炉门
→ 按启动按键
→ 不定类型食物推理程序段
41
特定类型食物推理
③ 特定类型食物推理在用户键入“食物类型（即食物比热）”和“烹煮方法
（烹调功率）”后，启动微波炉 。
→ 进行特定类型食物推理。
42
磁控管工作控制
④ 磁控管工作控制磁控管工作参数有：
输出功率 P和工作时间 t。
输出功率 P 是由用户以键盘入，
工作时间 t 则由推理结果给出。
对磁控管控制采用占空比控制方式。
43
加热丝工作控制
⑤ 加热丝工作控制加热丝工作用于保温控制。
根据温度检测器测出的炉腔实际温度与保温温度的偏差,对加热丝进行占空比控制。
44
过零中断程序
（ 2） 过零中断程序将交流电源变压器次级的交流低压信号整流，通过反向放大，得到过零正脉冲信号。经再次反向，得到过零中断请求信号。
过零中断一经响应，进入过零中断程序。
用于时间显示、周波计数、磁控管占空比控制，和加热丝占空比控制 。
45
模糊逻辑控制电冰箱二,模糊逻辑控制电冰箱家用电冰箱一般是双门冰箱，分为 冷冻室 和 冷藏室 两个部分。
冷冻室 用于冷冻食品和制冰。长时间存放，食品中的水份也会凝结成冰。冷冻室的温度为 -6 — -18℃ 。
冷藏室 用于在较低的温度中存放食品。要求有一定的保鲜而不冻伤食物的功能。冷藏室的温度一般为 0 —
10℃ 。
对家用电冰箱的要求是：较高的温度控制精度和最优的节能效果。
46
系统结构框图
1,家用电冰箱系统结构单片微机冷藏室温度检测霜厚度检测冷冻室温度检测温 度 给 定电 源 检 测压缩机控制电热丝控制风 门 控 制温 度 显 示
47
输入部件
（ 1）输入部件、输出部件和单片微机
①输入部件输入电冰箱内部状态、电源状态和用户设定的温度值等。
输入部件包括,
冷冻室温度检测电路 ;
冷藏室温度检测电路 ;
霜厚度检测电路 ;
电源检测电路 ;
温度给定电路等。
48
输出部件
② 输出部件用于对压缩机、电热丝和风门的控制，以及温度显示。
包括,
压缩机通断控制电路 ;
电热丝控制电路 ;
风门控制电路 ;
以及温度显示电路。
49
单片微机
③ 单片微机应能满足控制功能的要求。
（运算速度、存储容量、接口电路的种类及数量等）。
50
除霜控制
（ 2）除霜及温度控制
① 除霜控制包括霜厚度检测和对电热丝的控制，
用于冷冻室除霜。
除霜控制过程,
当冷冻室的霜的厚度凝结到一定程度时，开始进行加热除霜
→ 加热丝通电，进行全电压加热除霜
→ 霜的厚度下降
→ 降低加热丝的控制电压
→ 霜的厚度继续下降
……
→ 直到除霜结束
→ 断开加热丝电源。
51
除霜控制框图模糊控制器加热丝霜厚度偏差
e0
e0
霜厚度偏差变化率
ch
给定霜厚度
52
温度控制
② 温度控制该系统是一个二输入二输出模糊控制系统：
两个输入量：
冷冻室温度；
冷藏室温度。
两个输出量：
对压缩机的控制量对风门的控制量。
53
温度控制框图模糊控制器压缩机风门冷冻室温度设定冷 藏 室温度设定
e1
△ e1
e2
△ e2
cp
cf
+
+
–
–
54
冷冻室温度控制冷冻室温度控制,
通过对压缩机的控制来实现。
(模糊控制系统接收冷冻室的温度偏差 e1 和温度偏差变化率 Δe1后，进行模糊逻辑推理。然后，根据模糊逻辑推理的结果，对压缩机的工作进行控制 Cp)。
55
冷藏室温度控制冷藏室温度控制,
通过对风门的控制来实现。
既与压缩机的工作状态有关，
也和冷冻室的温度有关。
（模糊逻辑控制系统接收冷藏室的温度偏差 e2、温度偏差变化率 Δe2，同时也要考虑冷冻室的温度偏差 e1，经过模糊逻辑推理，
决定对风门的控制 Cf）。
56
注意
**注意,
在对压缩机进行控制时，
必须注意压缩机停机时间超过 3分钟后，才能允许压缩机重新启动！
57
除霜控制
2,模糊量和模糊控制规则
（ 1） 除霜控制霜厚度检测器将检测得来的霜厚度与给定的霜厚度相比较：
得到霜厚度偏差 e0和霜厚度偏差变化率 Δe0
→ 模糊控制器
→ 控制信号 Ch
→ 控制加热丝工作。
58
霜厚度偏差
、
偏差变化率
① 霜厚度偏差 e0的模糊量取四个模糊量：
零（ Z）小（ S）中（ M）大（ L）。
全是正模糊量 。
实际上一般霜厚度的给定值为零，采样检测出的厚度即为霜厚度偏差 e0。
② 霜厚度偏差变化率 Δe0的模糊量三个模糊量：
小（ S） 中（ M） 大（ L）。
也是正模糊量 。
59
加热丝控制
③ 加热丝控制模糊量隶属函数采用单点形式：
零（ Z）
低（ L）
中（ M）
高（ H）
60
除霜控制规则
④ 除霜控制规则
if e0 and Δe0 then Ch
e0
Ch Z S M L
S Z M H H
Δe0 M Z L M H
L Z Z M H
例：
if e0 = M and Δe0 = L then Ch = M；
61
冷冻室温度控制
（ 2） 冷冻室温度控制
① 冷冻室温度控制的模糊量和控制规则模糊化划分,
A,冷冻室的温度偏差 e1和温度偏差变化率 Δe1，都取五个模糊量：
负大（ NB），负小（ NS），
零（ Z）,正小（ PS），
正大（ PB）。
B,压缩机电机的控制信号 Cp：
只需取
,通,（ On）和,断,（ Off）
两种状态。
62
冷冻室温度控制规则冷冻室温度 控制规则,
if e1 and Δe1 then Cp
实际上，
在压缩机停机三分钟以内不准重新启动,
以防止因压缩机的输入、输出两端压力不平衡，
从而导致压缩机动力矩过大而烧毁压缩机电动机。
为此，凡使压缩机电机接通电源的语句，均应有停压缩机时间的约束条件。
设压缩机停机时间约束条件为 Toff≥3分钟，
则：凡使压缩机电机接通电源的语句（ Cp =
ON）的语句，其规则应为：
if e1 and Δe1 and Toff then Cp
（ Cp = On ）
63
冷藏室温度控制
② 冷藏室温度控制的模糊量和控制规则模糊量,
A,冷藏室的温度偏差 e2和温度偏差变化率 Δe2，都取五个模糊量：
负大（ NB），负小（ NS），零（ Z），
正小（ PS），正大（ PB）。
B,风门的控制量 Cf 取单点输出，
也取五个模糊量：
零（ Z），小（ S），中（ M），
大（ B），极大（ VB）。
它们分别是在风门控制范围中的平均值。
64
冷藏室控制规则控制规则,
分别考虑 Cp = On
和 Cp = Off的两种情况。
在压缩机电机通电（ Cp = On）时,
if e2 and Δe2 then Cf （ Cp = On）
此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷所得的冷气。
在压缩机电机断电（ Cp = Off）时,
if e2 and Δe2 then Cf （ Cp = Off）
此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷后的余冷及冷冻室的冷气。
65
控制系统的电路结构
3．控制系统的电路结构
（ 1） 电源部分
① 5V稳压电源：
对控制系统及单片微机供电。
② 电源过零检测电路：
在电源的交流电压信号过零时产生负脉冲。对晶闸管进行移相控制时，
作为同步信号用。
③ 电路电压检测：
检测电源电压过低或过高，以便采取相应控制措施。
66
状态检测电路
（ 2）状态检测电路
① 冷冻室温度检测：
通过温度传感器 （ -4℃ — -20℃ ）
② 冷藏室温度检测：
通过温度传感器 （ -4℃ — +14℃ ）
③ 霜厚度检测电路：
由红外线发射管和光敏接收管组成。
67
温度给定和显示电路
（ 3） 温度给定和显示电路
① 温度给定电路
② 温度显示电路
68
功率输出电路
（ 4）功率输出电路
① 压缩机控制用功率输出电路：
单片机输出信号
→ 经反相、驱动
→ 功放 → 压缩机电机。
② 加热丝控制用功率输出电路：
加热丝控制电压有三种：
175V,200V和 220V。
采用占空比控制方式。
③ 风门控制用功率输出电路：
用一个小型步进马达。
（例如：三相步进马达）
69
控制规则的自调整
4．控制规则的自调整（略）。
模糊逻辑控制及其应用
（ 选 修 ）
上海交通大学谢康林
2004-2005学年 第 1学期
2
第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用
3
第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用第六章数字单片机模糊逻辑控制技术应用
6-1 数字单片机与模糊逻辑控制技术
6-2 数字单片机模糊逻辑控制技术的应用
4
数字单片机模糊逻辑控制技术
6-1 数字单片机与模糊逻辑控制技术数字单片微机：
体积小片内含有多种存储和外围接口部件计算机基本功能俱全适合于家电、智能仪器仪表、移动性自动化设备和通讯设备，以及许多专用的控制系统。
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数字单片机与模糊逻辑控制相结合目前，在多种智能控制领域中，
最具有实际（现实）价值的是,
模糊逻辑控制数字单片微机与模糊逻辑控制相结合，使模糊逻辑控制的实际应用已形成 产业化的趋势 。
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数字单片机的选择选择数字单片机应注意：
1,对应用系统的适应性
2,可购买性
3,可开发性
4,制造商情况等
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数字单片机模糊逻辑控制技术应用
6-2 数字单片机模糊逻辑控制技术的应用一．模糊逻辑控制微波炉二．模糊逻辑控制电冰箱
8
模糊逻辑控制微波炉一,模糊逻辑控制微波炉一般微波炉的工作过程：
① 由用户确定利用微波炉进行烹调的食品的类型和数量；
② 由用户确定微波炉所需工作时间 t 以后，予以予置；
③ 启动微波炉工作。
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模糊逻辑控制微波炉存在问题,
根据食品的类型、数量、加热温升，
以及微波炉性能等因素来设定 微波炉的工作时间,往往需要有一定的经验。
如果：
微波炉工作时间过短：
烹调效果不好 ；
微波炉工作时间过长：
对水份少的食品可能会产生过热碳化的现象。
10
模糊逻辑控制微波炉微波炉采用模糊逻辑控制：
可以根据食品的类型、数量、
加热温升，以及微波炉性能等诸多因素，确定工作时间,以保证烹调的效果符合要求。
11
微波炉控制电路和结构框图单片微机红外检测温度检测湿度检测炉门检测按键输入磁控管控制加热丝控制炉腔照明显示电路报警电路
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检测电路
1．控制电路和结构框图
⑴检测电路共有红外检测；
温度检测；
湿度检测三个检测电路。
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红外检测电路
① 红外检测电路
A．作用：
用于检测被烹调食物的内部温度。
B．组成：
由红外敏感器件和放大电路组成。
由红外检测电路所测出的食物的放射能量 → 单片微机。通过处理、计算 → 得到食物的内部温度 T。
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温度检测电路
② 温度检测电路
A．作用：
用于检测炉腔内部的温度，而不是食物的内部温度。
B．组成：
温度传感器。安装在炉腔内。
C．电路工作时间：
在加热丝进行食物保温或特殊加热时，使用温度检测器，以使炉腔内的温度能保持在一定的水平。
与红外检测电路在不同工况时工作，起互补作用。
15
湿度检测电路
③ 湿度检测电路
A．作用：
用与测定食物的含水量的多少。
B．组成：
采用湿敏电容作为传感器，安装在微波炉的排气孔附近。
在微波加热过程中，含水量不同的食物的损耗系数不同。一般情况下，含水量越多的食物的损耗系数越大，所需微波加热的时间越短，效率越高。
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按键和炉门开关
⑵ 按键和炉门开关按键用于输入有关食物特征信号和控制信号。
炉门开关用于检测炉门的开启或关闭状态。
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按键
1--
5
① 按键：
设有九个按键：
1--5,A,B,C，启 /仃。
A,按键 1--5：
用于输入食品的类型（按介电性质即损耗系数和比热排列）。
按键编号 1 2 3 4 5
食品类型 水 蔬菜 牛肉 肥肉 油类汤类 精肉 面 油浸品鱼蛋
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按键AB
C
和启/
仃
B．按键 A,B,C
用于指示烹调方式：
A — 输入快煮方式。
B — 输入普通煮方式。
C — 输入慢煮方式。
C．按键 启 /仃启动微波炉。
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炉门开关
② 炉门开关：
用于检测炉门的开启或关闭状态。
A．炉门开启时：
停止磁控管工作。
B．炉门关闭时：
在磁控管工作时接通炉腔内的照明灯，便于观察炉腔内的情况。
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磁控管控制电路
⑶ 输出控制电路
① 磁控管控制电路磁控管在固定的磁感应强度和稳定的阳极电压下工作，保持 输出功率 恒定,保持效率基本不变 。
磁控管控制电路：
采用占空比调节磁控管输出功率平均值的方法。
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加热丝和炉腔照明控制电路
② 加热丝控制电路对加热丝的控制，可以采用移相调压电路，也可以采用占空比调节的方法。
③ 炉腔照明控制电路是一个十分简单的开关电路。
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显示和报警电路
⑷ 显示和报警电路
①时间显示电路
A,四个发光二极管（七段显示）。
两位显示“分”,两位显示
“秒”。
B,指示灯一个：
指示微波炉处于工作或停止状态。
②报警电路由陶瓷喇叭组成。可用于在微波炉工作倒计时为零时，或在微波炉空载时报警。
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单片微机
⑸ 单片微机它是一个控制器。
根据输入的检测结果（温度、湿度、
红外检测的结果）
→ 经过模糊逻辑推理
→ 分别控制磁控管、加热器、报警电路等。
单片微机应具有能满足性能要求的 CPU，足够的 A/D转换器，相应的
I/O口，一定的内存容量等。
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模糊量与推理规则
2,模糊量与推理规则在模糊控制微波炉中，需要考虑的因数有五个：
食物类型，食物重量，食物温升，工作功率和工作时间。
模糊控制微波炉要求能自动推断：
（ A） 被烹调食物重量 ；
（ B） 烹调工作时间。
25
模糊量
（ 1） 模糊量在模糊控制微波炉中，应考虑六个物理量：
工作时间 t、食物重量 m、
食物比热 C、输出功率 P、
加热效率 η和食物温昇 ΔT。
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食物比热和重量模糊化
*加热效率 η：
本对固定的微波炉可近似为常数；
*食物（烹调）温昇 ΔT：
一般为 100℃ 左右。
*其余的物理量模糊化,
① 食物比热 C（ J/kg*℃ ）：
小（ S）、中小（ MS）、中
（ M）、中大（ MB）、大（ B）。
② 食物重量 m（ kg）：
很轻（ VL）、轻（ L）、中
（ M）、重（ H）、很重（ VH）。
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输出功率和工作时间模糊化
③ 输出功率 P（ Kw）：
小（ S）、中小（ MS）、中
（ M）、中大（ ML）、大（ L）。
④ 微波炉 工作时间 t（ min）：
极短（ VS）,短（ S）、
中短（ MS）、中（ M）、
中长（ ML）、长（ L）、
极长（ VL）。
28
食物重量的推理
1
（ 2） 食物重量 m的模糊逻辑推理模糊逻辑推理的输入量：
食物比热 C；
食物被加热后的温昇 ΔT。
模糊逻辑推理的输出量：
食物重量 m。
29
食物重量的推理
2
模糊逻辑推理食物比热 C
食物被（ 短时 ）
加热后的温昇
ΔT1
食物重量
m
30
食物重量的推理
3
输出功率 P 和加热效率 η 可认为是一个不变量。
取微波炉工作时间 t# = 20秒。
食物加热 t#（ = 20秒）后的温昇
ΔT1,其模糊量为：
很小 （ VS）,小 （ S）、
中小 （ MS）,中 （ M）、
中大 （ ML）,大 （ L）、
很大 （ VL） 共七个。
31
食物重量的推理
4
模糊逻辑 推理条件语句,
if C and ΔT then m
最多可有 35条规则 。
模糊逻辑 推理结果,
得到食物重量的模糊量 m*；再经过解模糊判决，得到食物重量的精确量 m。
32
烹调工作时间的推理
1
（ 3） 烹调工作时间 t的推理烹调工作时间是微波炉工作的关键参数，其正确与否将直接影响食物烹调的效果。 应防止食物因烹调不足而不熟，或因过度而焦化。
烹调工作时间 t：
t ∝ m CΔT / Pη
33
烹调工作时间的推理
2
模糊逻辑推理的输入量：
食物比热 C
食物重量 m
加热输出功率 P
模糊逻辑推理的输出量：
烹调工作时间 t
可认为：
加热效率 η是一个不变量；
一般烹调时 ΔT= 100℃,
解冻时 ΔT = 25℃ 。
34
烹调工作时间的推理
3
输出功率 P
烹调工作时间 t
食物比热 C
食物重量 m
模糊逻辑推理
35
模糊逻辑推理条件语句模糊逻辑推理条件语句,
if C and m and P then t
为减少规则数目，简化设计，可在烹调过程中可 将,输出功率 P固定为某个数值 。 仅考虑食物比热 C和食物重量 m两个输入变量，进行模糊逻辑推理。则：
if C and m then t
（ P = Constant）
例如,P = 1000W
P = 600W
P = 200W 等。
36
模糊逻辑推理结果模糊逻辑推理的结果,
得到烹调时间 t*；
再经过解模糊判决，得到烹调时间的精确量 t`。
烹调时间的精确量 t` 减去食物重量 m推理时的工作时间 t#（ = 20秒），
才是尚需的烹调时间 t。
t = t`- t# = t` - 20 (秒 )
(在显示器上显示 )
37
控制软件及其框图
3．控制电路结构原理（略）
4,控制软件及其框图控制软件：
由主控程序和过零中断程序组成 。
主控程序,
进行模糊推理，微波加热，
加热丝保温的过程控制；
过零中断程序,
周波记数；
磁控管占空比控制；
加热丝占空比控制。
38
主控程序
（ 1） 主控程序由五大部分组成：
初始化不定类型食物推理特定类型食物推理磁控管工作控制加热丝工作控制
39
初始化
① 初始化设置堆栈、
置 I/O初态、
无数字显示的代码等。
40
不定类型食物推理
② 不定类型食物推理
（以中等比热、中等功率情况进行推理）
用户将食品放入炉腔
→ 关上炉门
→ 按启动按键
→ 不定类型食物推理程序段
41
特定类型食物推理
③ 特定类型食物推理在用户键入“食物类型（即食物比热）”和“烹煮方法
（烹调功率）”后，启动微波炉 。
→ 进行特定类型食物推理。
42
磁控管工作控制
④ 磁控管工作控制磁控管工作参数有：
输出功率 P和工作时间 t。
输出功率 P 是由用户以键盘入，
工作时间 t 则由推理结果给出。
对磁控管控制采用占空比控制方式。
43
加热丝工作控制
⑤ 加热丝工作控制加热丝工作用于保温控制。
根据温度检测器测出的炉腔实际温度与保温温度的偏差,对加热丝进行占空比控制。
44
过零中断程序
（ 2） 过零中断程序将交流电源变压器次级的交流低压信号整流，通过反向放大，得到过零正脉冲信号。经再次反向，得到过零中断请求信号。
过零中断一经响应，进入过零中断程序。
用于时间显示、周波计数、磁控管占空比控制，和加热丝占空比控制 。
45
模糊逻辑控制电冰箱二,模糊逻辑控制电冰箱家用电冰箱一般是双门冰箱，分为 冷冻室 和 冷藏室 两个部分。
冷冻室 用于冷冻食品和制冰。长时间存放，食品中的水份也会凝结成冰。冷冻室的温度为 -6 — -18℃ 。
冷藏室 用于在较低的温度中存放食品。要求有一定的保鲜而不冻伤食物的功能。冷藏室的温度一般为 0 —
10℃ 。
对家用电冰箱的要求是：较高的温度控制精度和最优的节能效果。
46
系统结构框图
1,家用电冰箱系统结构单片微机冷藏室温度检测霜厚度检测冷冻室温度检测温 度 给 定电 源 检 测压缩机控制电热丝控制风 门 控 制温 度 显 示
47
输入部件
（ 1）输入部件、输出部件和单片微机
①输入部件输入电冰箱内部状态、电源状态和用户设定的温度值等。
输入部件包括,
冷冻室温度检测电路 ;
冷藏室温度检测电路 ;
霜厚度检测电路 ;
电源检测电路 ;
温度给定电路等。
48
输出部件
② 输出部件用于对压缩机、电热丝和风门的控制，以及温度显示。
包括,
压缩机通断控制电路 ;
电热丝控制电路 ;
风门控制电路 ;
以及温度显示电路。
49
单片微机
③ 单片微机应能满足控制功能的要求。
（运算速度、存储容量、接口电路的种类及数量等）。
50
除霜控制
（ 2）除霜及温度控制
① 除霜控制包括霜厚度检测和对电热丝的控制，
用于冷冻室除霜。
除霜控制过程,
当冷冻室的霜的厚度凝结到一定程度时，开始进行加热除霜
→ 加热丝通电，进行全电压加热除霜
→ 霜的厚度下降
→ 降低加热丝的控制电压
→ 霜的厚度继续下降
……
→ 直到除霜结束
→ 断开加热丝电源。
51
除霜控制框图模糊控制器加热丝霜厚度偏差
e0
e0
霜厚度偏差变化率
ch
给定霜厚度
52
温度控制
② 温度控制该系统是一个二输入二输出模糊控制系统：
两个输入量：
冷冻室温度；
冷藏室温度。
两个输出量：
对压缩机的控制量对风门的控制量。
53
温度控制框图模糊控制器压缩机风门冷冻室温度设定冷 藏 室温度设定
e1
△ e1
e2
△ e2
cp
cf
+
+
–
–
54
冷冻室温度控制冷冻室温度控制,
通过对压缩机的控制来实现。
(模糊控制系统接收冷冻室的温度偏差 e1 和温度偏差变化率 Δe1后，进行模糊逻辑推理。然后，根据模糊逻辑推理的结果，对压缩机的工作进行控制 Cp)。
55
冷藏室温度控制冷藏室温度控制,
通过对风门的控制来实现。
既与压缩机的工作状态有关，
也和冷冻室的温度有关。
（模糊逻辑控制系统接收冷藏室的温度偏差 e2、温度偏差变化率 Δe2，同时也要考虑冷冻室的温度偏差 e1，经过模糊逻辑推理，
决定对风门的控制 Cf）。
56
注意
**注意,
在对压缩机进行控制时，
必须注意压缩机停机时间超过 3分钟后，才能允许压缩机重新启动！
57
除霜控制
2,模糊量和模糊控制规则
（ 1） 除霜控制霜厚度检测器将检测得来的霜厚度与给定的霜厚度相比较：
得到霜厚度偏差 e0和霜厚度偏差变化率 Δe0
→ 模糊控制器
→ 控制信号 Ch
→ 控制加热丝工作。
58
霜厚度偏差
、
偏差变化率
① 霜厚度偏差 e0的模糊量取四个模糊量：
零（ Z）小（ S）中（ M）大（ L）。
全是正模糊量 。
实际上一般霜厚度的给定值为零，采样检测出的厚度即为霜厚度偏差 e0。
② 霜厚度偏差变化率 Δe0的模糊量三个模糊量：
小（ S） 中（ M） 大（ L）。
也是正模糊量 。
59
加热丝控制
③ 加热丝控制模糊量隶属函数采用单点形式：
零（ Z）
低（ L）
中（ M）
高（ H）
60
除霜控制规则
④ 除霜控制规则
if e0 and Δe0 then Ch
e0
Ch Z S M L
S Z M H H
Δe0 M Z L M H
L Z Z M H
例：
if e0 = M and Δe0 = L then Ch = M；
61
冷冻室温度控制
（ 2） 冷冻室温度控制
① 冷冻室温度控制的模糊量和控制规则模糊化划分,
A,冷冻室的温度偏差 e1和温度偏差变化率 Δe1，都取五个模糊量：
负大（ NB），负小（ NS），
零（ Z）,正小（ PS），
正大（ PB）。
B,压缩机电机的控制信号 Cp：
只需取
,通,（ On）和,断,（ Off）
两种状态。
62
冷冻室温度控制规则冷冻室温度 控制规则,
if e1 and Δe1 then Cp
实际上，
在压缩机停机三分钟以内不准重新启动,
以防止因压缩机的输入、输出两端压力不平衡，
从而导致压缩机动力矩过大而烧毁压缩机电动机。
为此，凡使压缩机电机接通电源的语句，均应有停压缩机时间的约束条件。
设压缩机停机时间约束条件为 Toff≥3分钟，
则：凡使压缩机电机接通电源的语句（ Cp =
ON）的语句，其规则应为：
if e1 and Δe1 and Toff then Cp
（ Cp = On ）
63
冷藏室温度控制
② 冷藏室温度控制的模糊量和控制规则模糊量,
A,冷藏室的温度偏差 e2和温度偏差变化率 Δe2，都取五个模糊量：
负大（ NB），负小（ NS），零（ Z），
正小（ PS），正大（ PB）。
B,风门的控制量 Cf 取单点输出，
也取五个模糊量：
零（ Z），小（ S），中（ M），
大（ B），极大（ VB）。
它们分别是在风门控制范围中的平均值。
64
冷藏室控制规则控制规则,
分别考虑 Cp = On
和 Cp = Off的两种情况。
在压缩机电机通电（ Cp = On）时,
if e2 and Δe2 then Cf （ Cp = On）
此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷所得的冷气。
在压缩机电机断电（ Cp = Off）时,
if e2 and Δe2 then Cf （ Cp = Off）
此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷后的余冷及冷冻室的冷气。
65
控制系统的电路结构
3．控制系统的电路结构
（ 1） 电源部分
① 5V稳压电源：
对控制系统及单片微机供电。
② 电源过零检测电路：
在电源的交流电压信号过零时产生负脉冲。对晶闸管进行移相控制时，
作为同步信号用。
③ 电路电压检测：
检测电源电压过低或过高，以便采取相应控制措施。
66
状态检测电路
（ 2）状态检测电路
① 冷冻室温度检测：
通过温度传感器 （ -4℃ — -20℃ ）
② 冷藏室温度检测：
通过温度传感器 （ -4℃ — +14℃ ）
③ 霜厚度检测电路：
由红外线发射管和光敏接收管组成。
67
温度给定和显示电路
（ 3） 温度给定和显示电路
① 温度给定电路
② 温度显示电路
68
功率输出电路
（ 4）功率输出电路
① 压缩机控制用功率输出电路：
单片机输出信号
→ 经反相、驱动
→ 功放 → 压缩机电机。
② 加热丝控制用功率输出电路：
加热丝控制电压有三种：
175V,200V和 220V。
采用占空比控制方式。
③ 风门控制用功率输出电路：
用一个小型步进马达。
（例如：三相步进马达）
69
控制规则的自调整
4．控制规则的自调整（略）。
