模糊控制在基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：中科院沈陽自動(dòng)化研究所五室（110003）王毅峰 李令奇 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 模糊控制在基于can總線的數(shù)據(jù)采集與 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘要：介紹了如何的把把模糊算法與can部線結(jié)合起來應(yīng)用于控制系統(tǒng)；并設(shè)計(jì)了一種智能型模糊控制算法，給出了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)模糊控制單元的硬件實(shí)現(xiàn)電路及其軟件設(shè)計(jì)思路。系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、控制精度較高。 關(guān)鍵詞：模糊控制 現(xiàn)場(chǎng)總線 數(shù)據(jù)采集 控制系統(tǒng) can總線 l.a.扎德教授于1965年創(chuàng)立的模糊集合理論（fuzzy sets）及模糊數(shù)字（fuzzy mathematics）為模糊邏輯控制的形成提供了理論基礎(chǔ)。近年來，隨著各企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜。由于整個(gè)系統(tǒng)的非線性增強(qiáng)、時(shí)滯增大，而且不是系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，使得模糊邏輯控制在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用成為可能。隨著模糊控制的迅速發(fā)展，不需要對(duì)控制對(duì)象建立精確數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法已進(jìn)入實(shí)用化的階段，它主要是把對(duì)被控系統(tǒng)的熟練的操作經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換成模糊規(guī)則?，F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)，為復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)采用模糊控制技術(shù)進(jìn)行直接控制提供了很好的途徑，也使模糊控制算法可以利用現(xiàn)場(chǎng)總線的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)集中化管理，而對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)部分實(shí)現(xiàn)分散控制。下面介紹一種基于can總線的運(yùn)用模糊控制技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。 1 can總線的特點(diǎn) can總線最早由德國的bosch公司提出，它具有以下性能： （1）多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)； （2）采用短幀結(jié)構(gòu)，受干擾概率低，每幀信息都有crc校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施； （3）對(duì)嚴(yán)重錯(cuò)誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線功能，使總線其它操作不受影響； （4）靈活的傳輸介質(zhì)，多樣、快速和遠(yuǎn)距離的信息傳送方式。 基于can總線的以上特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種采用can總線技術(shù)和模糊控制技術(shù)的控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 2 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器的設(shè)計(jì)主要是設(shè)定各輸入與輸出變量模糊子集的隸屬函數(shù)、模糊變量的量化論域、模糊控制規(guī)則、輸入輸出變量的比例變換因子等參數(shù)。常規(guī)模糊控制器的輸入是將連續(xù)信息經(jīng)量化因子量化成幾個(gè)等級(jí)后的數(shù)據(jù)，但因不能把輸入論域無限細(xì)分，只能劃分為有限的幾個(gè)等級(jí)，且由于系統(tǒng)沒有積分環(huán)節(jié)，所以在系統(tǒng)的平衡點(diǎn)附近容易產(chǎn)生振蕩或出現(xiàn)極限環(huán)。針對(duì)常規(guī)模糊控制器不能消除穩(wěn)態(tài)誤差的情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種智能型模糊控制器，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 該模糊控制器與常模糊控制器的不同之處就是在控制規(guī)則庫上并聯(lián)了一積分環(huán)節(jié)以減少或消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。其控制規(guī)則可根據(jù)系統(tǒng)的控制響應(yīng)曲線來獲得，為了使系統(tǒng)輸出盡快跟蹤輸入且使系統(tǒng)誤差在允許的精度范圍內(nèi)，采用了分段引入積分環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)響應(yīng)曲線偏離平衡點(diǎn)即系統(tǒng)誤差趨勢(shì)增大時(shí)，引入積分作用；而在系統(tǒng)響應(yīng)曲線從偏離點(diǎn)趨向平衡點(diǎn)即系統(tǒng)誤差趨勢(shì)變小時(shí)，取消積分作用。并且k值的大小要適中，過大會(huì)使系統(tǒng)振蕩，過小體現(xiàn)不了積分作用。此設(shè)計(jì)思想可寫成如下表達(dá)式形式： 其中，f（e,ec）為模糊控制規(guī)則部分的輸出，k∫edt為積分環(huán)節(jié)的輸出。 由圖2可知，該模糊控制器的輸入為系統(tǒng)的偏差e和偏差變化率ec，輸出為控制量的增量δu;ke、kc為δu的模糊語言變量。輸入、輸出變量被劃分為正大（pl）、正中（pm）、正?。╬s）、零（zo）、負(fù)小（ns）、負(fù)中（nm）、負(fù)大（nl）7個(gè)模糊狀態(tài)，其相應(yīng)論域?yàn)閧-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}13個(gè)等級(jí)。在充分考慮到控制系統(tǒng)的非線性、大時(shí)滯等情況