模糊理论与技术在家电中的应用

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模糊(Fuzzy)一词,原义为“不清楚、界限不明的”。在我国,多数人对它还比较陌生,但在日本,这个词却是国民使用频度最高的词之一。从模糊逻辑、模糊集合、模糊规则、模糊推理、模糊关系、模糊控制,以至于模糊计算机、模糊专家系统、模糊电器、可以说无处不充满“模糊”的印记。在国外市场上,甚至出现了非模糊控制的家用电器就卖不出去的现象。以至有些专家把模糊电子技术称为21世纪的核心技术,并宣布“模糊纪元”的到来。

模糊理论的出现得益于对人工智能(AI)及专家系统的研究。用电脑(计算机)替代人脑去指挥、控制电器工作,使机器具有智能,尤其是具有类似专家的智能,一直是科学家们不懈追求的目标。

模糊理论与技术承认的模糊性并充分利用了这一特性。它把数字模式从二值逻辑变为连续值逻辑,把绝对的是非变为灵活的、可在适当限阈上去相互区别、划分的“是”与“非”,由此去处理模糊的信息和判别模糊的事件,使机器具有人的智力特征,如感觉、模仿、推理、判断、决策、控制等,实现真正的智能化。

模糊理论与技术有三大应用领域:第一是模糊计算机;第二是决策系统,它能模仿人脑功能对信息加以识别和理解,对各种复杂对象进行处理,为各种事物的决策提供可靠的保证;第三是模糊自动化控制,这种控制不是简单的开关型和程序开关型,而是能完成多任务及多目标处理,具有管理、监控等人工智能的决策能力。目前在电子、机械、土建、医疗、农业、气象、生物及家用电器等许多领域内,已有上千项实用有效的模糊技术成果正在为人类造福,产生了巨大的经济效益。

模糊理论与技术除了在工业、农业、国防军事、科学研究等得到广泛应用外,更深深地融入了与人民生活息息相关的日用产品中,尤其最为明显地是在家用电器行业中。在某些发达国家,上至声像设备、空调器具、清洁器具、冷冻器具,下至厨用器具、取暖器具、整容器具、保健器具、照明器具,其相当数量的产品都是用模糊电路控制的,它们被称为模糊家电,代表着最新一代高新技术的成果。下边对一些模糊家电产品作些介绍。

模糊控制全自动洗衣机能对衣物重量、材质、脏污程序、脏污性质、水温水质、洗涤剂种类及溶解程度进行自动识别,用户只要按一下单触键,洗衣机就自动计算注水量,选择最佳水流与洗涤动作和洗涤时间,达到衣物洁净度最高而磨损率最小的目的;模糊控制的电冰箱利用多个传感器获得冷藏、冷冻室的温度分布情况、温度状态和变化趋势,冷凝器的结霜量、冰箱周围环境的温度及人为开启冰箱的频率和时间,由此去控制压缩机的开停,气阀的开闭及何时除霜,达到保鲜、节电、省力的目的;模糊控制的空调器能根据室内外温度、湿度控制开、停机时间,控制气流流向和注量,保持室内的最佳湿度和温度,使生活倍添舒适。

模糊控制的微波炉可以烧制鸡鸭鱼肉、饼干面包等各种食品,它可准确了解食品的种类、形状、厚度和重量,模拟有经验的厨师调整烹制时间、加热温度,保证食物味道鲜美,色泽纯正;模糊控制的电饭锅能根据食品量、水量、粘度、硬度对加温实施控制,保证煮出的米饭松软、富有营养;模糊控制的多士炉(烤面包炉),通过湿度、温度传感器感受面包的软硬度和烘烤温度,通过焦黄传感器检测面包是否“焦黄”,通过亮度传感器感受食物的数量,利用模糊理论对火力、加热时间和焦黄程度进行精确控制,烘出色香味俱佳的面包片;模糊控制的吸尘器内装红外传感器,能感知灰尘的性质(尘埃或螨虫),对地面的性质(木板、地毯、大理石等)和脏污程序加以识别,根据外界环境及内部灰量的大小对吸尘功率作出最优调控;电动剃须刀使用模糊电路之后,利用模糊逻辑感受胡须的长短、疏密、软硬,感受皮肤的形状和有无疤痕、凸物(如痣),自动选用适应的刀片、合适的切削功率和速度使剃须不再是一种烦恼,而变为一种舒适的享受。

模糊控制的音响装置可以识别听音环境的噪声大小、噪声性质和持续时间,能够自动分析听音环境的混响长短、频率是否均衡、对各种音频频率的吸收、反射情况,自动记录听音者对音量、音质的处理方法,模拟听音者的个人爱好全面系统地调整音响重放的各项参数,实现高保真重放。它还可以根据内存储的信息,模仿音响专家对音响器材的调整方法,使机器处于专业化放音状态;模糊控制的摄录一体机,用模糊理论测量主体光线、背景光线、主体大小、距离、对比度、运动速度、快速调整焦距和光圈,使无经验的人也能拍出最佳效果的节目素材;模糊控制的彩色电视机可自动检测电视画面白色区域的亮度和黑色区域的层次,根据观看距离和室内亮度把对比度、亮度等调整到最佳状态,保证各类节目都能获得令人满意的接收效果。(潘宗福)