代码收藏家技术教程 2023-10-29

Python编程实现模糊洗衣机控制程序

使用python设计并实现一个洗衣机模糊推理系统实验。

已知人的操作经验是：

污泥越多，油脂越多，洗涤时间越长

污泥适中，油脂适中，洗涤时间适中

污泥越少，油脂越少，洗涤时间越短

洗衣机的模糊控制规则如表1所示：

表1 洗衣机的模糊控制规则表

污泥油脂	NG(无油脂)	MG（中等油脂）	LG（油脂多）
SD（污泥少）	VS	M	L
MD（中等污泥）	S	M	L
LD（污泥多）	M	L	VL

其中SD（污泥少）、MD（污泥中）、LD（污泥多）、NG油脂少、MG油脂中、LG油脂多、VS洗涤时间很短、S洗涤时间短、M洗涤时间中等、L洗涤时间长、VL洗涤时间很长。

（1）假设污泥、油脂、洗涤时间的论域分别为[0，100] [0,100] [0,120],设计相应的模糊推理系统，给出输入、输出语言变量的隶属函数图，模糊控制规则表和推论结果立体图。

（2）假定当前传感器测得的信息为污泥=60，油脂=70，采用模糊决策，给出模糊推理结果，并观察模糊推理的动态仿真环境，给出其动态仿真环境图。

import numpy as np
import skfuzzy as fuzz
import matplotlib
matplotlib.use('TkAgg')
import matplotlib.pyplot as plt
from skfuzzy import control as ctrl

#定义输入输出的取值范围
#  污泥和油脂范围为[0，100]
#  洗涤时间范围为[0，120]
x_stain = np.arange(0, 101, 1)
x_oil = np.arange(0, 101, 1)
x_time = np.arange(0, 121, 1)
# 定义模糊控制变量
stain = ctrl.Antecedent(x_stain, 'stain')
oil = ctrl.Antecedent(x_oil, 'oil')
time = ctrl.Consequent(x_time, 'time')
# 生成模糊隶属函数
#函数中的三元变量，第一个代表折线的起点，第二是最大值，第三是终点
stain['SD'] = fuzz.trimf(x_stain, [0, 0, 50])  #定义污渍的三角隶属度函数横坐标
stain['MD'] = fuzz.trimf(x_stain, [0, 50, 100])
stain['LD'] = fuzz.trimf(x_stain, [50, 100, 100])
oil['NG'] = fuzz.trimf(x_oil, [0, 0, 50]) #定义油污的三角隶属度函数横坐标
oil['MG'] = fuzz.trimf(x_oil, [0, 50, 100])
oil['LG'] = fuzz.trimf(x_oil, [50, 100, 100])
time['VS'] = fuzz.trimf(x_time, [0, 0, 20]) #定义洗涤时间的三角隶属度函数横坐标
time['S'] = fuzz.trimf(x_time, [0, 20, 50])
time['M'] = fuzz.trimf(x_time, [20, 50, 80])
time['L'] = fuzz.trimf(x_time, [50, 80, 120])
time['VL'] = fuzz.trimf(x_time, [80, 120, 120])

#采用解模糊方法——质心解模糊方式
time.defuzzify_method='centroid'

#规则
rule1=ctrl.Rule(antecedent=((stain['SD'] & oil['NG'])),consequent=time['VS'],label='time=VS')
rule2=ctrl.Rule(antecedent=((stain['SD'] & oil['MG'])|(stain['MD'] & oil['MG'])|(stain['LD'] & oil['NG'])),consequent=time['M'],label='time=M')
rule3=ctrl.Rule(antecedent=((stain['SD'] & oil['LG'])|(stain['MD'] & oil['LG'])|(stain['LD'] & oil['MG'])),consequent=time['L'],label='time=L')
rule4=ctrl.Rule(antecedent=((stain['MD'] & oil['NG'])),consequent=time['S'],label='time=S')
rule5=ctrl.Rule(antecedent=((stain['LD'] & oil['LG'])),consequent=time['VL'],label='time=VL')

# 系统和运行环境初始化
rule=[rule1, rule2, rule3,rule4,rule5]
time_ctrl = ctrl.ControlSystem(rule)
wash_time = ctrl.ControlSystemSimulation(time_ctrl)
#规则中带一些奇怪的规则，处理后输出
for i in range(len(rule)):
    print("rule",i,end=":")
    for item in str(rule[i]):
        if(item!='\n'):
            print(item,end="")
        else:
            break
    print('\t')
#画图
stain.view()
oil.view()
time.view()
#time.view()
plt.show()

rule 0:IF stain[SD] AND oil[NG] THEN time[VS]	
rule 1:IF ((stain[SD] AND oil[MG]) OR (stain[MD] AND oil[MG])) OR (stain[LD] AND oil[NG]) THEN time[M]	
rule 2:IF ((stain[SD] AND oil[LG]) OR (stain[MD] AND oil[LG])) OR (stain[LD] AND oil[MG]) THEN time[L]	
rule 3:IF stain[MD] AND oil[NG] THEN time[S]	
rule 4:IF stain[LD] AND oil[LG] THEN time[VL]

#绘制3D图
upsampled=np.linspace(0,101,21)#步距参数
x,y=np.meshgrid(upsampled,upsampled)
z=np.zeros_like(x)
pp=[]
for i in range(0,21):
    for j in range(0,21):
        wash_time.input['stain']=x[i,j]
        wash_time.input['oil']=y[i,j]
        wash_time.compute()
        z[i,j]=wash_time.output['time']
        pp.append(z[i,j])
print('max：',max(pp))
print('min：',min(pp))

max： 106.66666666666666
min： 6.666666666666667

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
fig=plt.figure(figsize=(8,8))#画布大小
ax=fig.add_subplot(111,projection='3d')
surf=ax.plot_surface(x,y,z,rstride=1,cstride=1,cmap='viridis',linewidth=0.1,antialiased=True)
ax.view_init(30,250)#观察角度
plt.title('3D results')
ax.set_xlabel('stain')
ax.set_ylabel('oil')
ax.set_zlabel('time')
plt.show()

#输入输出
p=60#污渍的值
q=70#油污的值
wash_time.input['stain'] = int(p)
wash_time.input['oil'] = int(q)
wash_time.compute()
print ("洗涤时间为：",wash_time.output['time'])