基于二进制作用模糊子集推理单片机模糊控制的发展.doc

基于二进制作用模糊子集推理的单片机模糊控制的发展0 引言：单片机结合模糊控制技术在应用领域是一种重要的工具，因为它具有卓越的性能，如体积小、集成快、运行稳定及高性价比等。基于单片机基础的模糊控制技术已广泛应用于智能仪器仪表、国内电子仪器和其它工业流程单片机模糊控制产品主要有两类,一种是模糊单片机控制器，根据模糊逻辑原理设计的集成芯片,由硬件实现模糊化、模糊推理和反模糊化等模糊处理过程;另一种是数字式单片机模糊控制器以软件实现模糊推理过程。模糊单片机控制器具有极高的推理速度，能适用极快的时间-变量过程。但是，模糊单片机控制器的应用范围小，因为其隶属函数、模糊控制准则及模糊控制响应表一旦确定, 模糊控制器就需要很高的硬件技术及工作状态。相对而言数字式单片机模糊控制器应用广泛是因为它易于伴随一般技术的发展而发展。 推理的章程广泛应用于数字式单片机模糊控制器.因为CRI的复杂程度，模糊决策过程通常依据提前查询模糊控制响应表做出决策。其主要问题在于，模糊控制响应表一旦确定,控制过程就以响应表为基础进行工作,当响应表不能适应被控过程的状态变化时, 则很难满足控制要求。为此,我们提出了作用模糊子集推理方法 ,其推理较CRI更易于实现单片机实时模糊推理过程。作用模糊子集推理过程更简单明了，易于实现单片机实时模糊推理过程。 在模糊控制中，数字式单片机模糊控制器、领域、隶属函数、比例系数和其它参数通常用浮点数表示，这就增长了模糊控制程序，同样使模糊响应程序复杂化。另一方面，A/D转换的取样结果不用二进制或十六进制表示；同样送到D/A转换器的模糊响应的结果也不用二进制或十六进制表示。如果模糊响应过程的实现不用二进制或十六进制表示的基础上，就不再学要把二进制或十六进制转换成浮点数，这样模糊控制程序的长度就会缩短（浮点数的运算子程序至少可省略）。在以上提到的单片机运算特性的基础上，基于二进制或十六进制基础的作用模糊子集推理的单片机模糊控制理论首次在本文提出。与SCFC的硬件、软件和其它技术问题已详细讨论。最后，依据SCFC的室内温度模糊控制试验已简单介绍。1 二进制的推理 FFSI 法首先考虑实时测量的作用模糊子集及作用模糊控制规则, 指出实时模糊推理过程仅与作用模糊子集和作用模糊控制规则有关。模糊控制系统的基础结构如图1所示。设系统的偏差和偏差变化的论域为6,96,控制量的论域对应于0832的输入为20，E0。假设全部论域有七个模糊等级为“,”（：负大、负中：、负小：、：零、：正小、：正中和：正大）,则相应的隶属函数分别如图2和图3所示。模糊控制规则表如表1所示，实测量 、和u 的作用模糊子集分别Ai、Bj、Cij,表示。设实测量* 、* 的作用模糊子集分别为1、2和1、2,相应的隶属度分别为1(* )、2(* )和1(* )、2(* )，作用模糊控制规则为(=1,2,3,4),则有如下的十六进制（二进制）作用模糊子集推理过程。K1K1模糊控制响应准则K1反模糊控制图1 模糊控制系统的基础结构图2 和的隶属函数图3 u 的隶属函数表1 模糊控制规则表1.1 真值的产生与传递实测量* 和* 对其作用模糊控制规则为前提的真值为: PREMISE（A1*B1）( e* ，e*)=A1(e* )B1(* )=1(* )（A1*B2）( e* ，e*)=A1(e* )B2(* )=2(* )（A2*B1）( e* ，e*)=A2(e* )B1(* )=3(* )（A2*B2）( e* ，e*)=A2(e* )B2(* )=4(* )上述各真值沿各自作用模糊控制规则Ri ( i=1 ,2 ,3 ,4) 传给结果.1.2 真值的接收设作用模糊控制规则的结果为Ci( i = 1 ,2 ,3 ,4) ,控制量模糊子集的隶属函数用单点模糊集表示如表2 所示 , u*的作用模糊子集可表示为等式（1）C i= Ci ( u1) , C1i ( u2) , , Ci ( u7) （1） 其中, Ci ( uj) 为表2 中的隶属度, uj ( j = 1 ,2 , ,7)为第j 个模糊子集的中心值.表2 控制量模糊子集的单点隶属函数表* 的作用模糊子集接收前件传来的真值(* )可记作等式（2）： Ci(u*)=Vi(u*)*Ci(u j), (2)其中Ci(u j)0为第个模糊子集的中心值，其中Ci(u j)=0当u j不是第个模糊子集的中心值。当u 3 的同一作用模糊子集接收多个真值时,有:Ck (u) = VsCs ( u 3 ) (3)其中, s 为u 3 的同一作用模糊子集所接收的真值个数.C*( u) =V mk =1Ck ( u) (4)其中, m是具有不同后件的作用模糊控制规则数.1.3 反模糊化根据u*的作用模糊子集中心值uk , 由重心法对模糊控制量进行反模糊化.2 单片机模糊控制器硬件系统的开发2.1 单片机模糊控制器硬件系统设计在单片机模糊控制器的发展中，选用80552型单片机的原因在于其性能价格比其它型号较高。模糊控制器的系统组成如图4所示。80552型单片机前向通道后向通道人机交互系统扩展串行通讯图4 单片机模糊控制系统结构图利用80552型单片机的0口、2口和SIO0口、SIO1口,可实现并行和串行扩展。采用并行扩展方法，如图5所示，27512为程序存储器,6264为数据存储器,1216为掉电保护时钟芯片,8279为键盘 显示器专用控制芯片。图5 单片机模糊控制系统扩展图2.2 前向通道单片机模糊控制器的前向通道原理图如图6所示,包括信号采集、I/V转换、阻容滤波、A/D转换。80552型单片机内部有一个10位A/D转换器,5口为专用8路A/D转换输入通道。 图6单片机模糊控制器前向通道原理图2.3 后向通道单片机模糊控制器的后向通道原理图如图7所示，包括1路模拟输出量、6路开关输出变量。模拟输出量控制通道由功率驱动器74244、光电隔离器TLP521-4、DAC0832和放大器OP07组成。接触器在DAC0832和80552中被直接连接。DAC 0832接成直通方式, D/A转换输出电压采用反相电压输出方式。DAC 0832的参考电源,采用由431构成的精密可调基准电源,向DAC 0832提供-10的电压。开关量由单片机的引脚P4. 0P4. 5经光隔离输出如图7所示。图7 单片机模糊控制器的后向通道原理图2.4 人机交互单片机模糊