一种模糊控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模糊控制器，属于模糊控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 采用模糊控制技术设计的模糊控制器，已广泛应用于各类对象的控制，构成模糊 控制系统。以超声波电机的转速控制为例，图1给出了采用模糊控制器的超声波电机转速 控制系统基本结构框图。图1所示系统的控制目的，是使得电机实际输出转速值ω与转速 给定值ω Γ相同。图中，转速给定值ωΓ减去电机实际转速值ω，得到当前的转速误差coe ; ?e经微分算子ρ作用，得到转速误差变化率coec。coe和Coec作为模糊控制器的输入量， 经模糊控制器的模糊推理计算后，得到控制量f，作用于电机驱动电路。驱动电路根据控制 量的数值，输出符合控制量要求的交流驱动电压u，施加于超声波电机定子绕组，实现对电 机转速ω的自动调节。图1中的旋转编码器为电机转速测量传感器，用来实时测量电机转 速。旋转编码器输出量为频率与转速成正比的方波信号，该方波信号需经转速反馈信号处 理单元处理，得到转速值ω作为反馈信号。
[0003] 图1中的模糊控制器，采用二输入一输出的形式，这是普遍使用的模糊控制器结 构。其内部结构框图如图2所示，图2中，Ge、Gec和Gf分别为输入、输出变量的量化因子， 可有可无，两个输入变量和co ec，经模糊化、模糊推理、解模糊三个主要环节的处理，得 到的信号df再经积分J，得到输出控制量f。按照现有模糊控制器的设计理论，图2中的 "模糊推理"、"解模糊"环节的具体设计，都可在已有的多种成熟方法中进行选择。例如，常 用的模糊推理方法有"Mamdani推理方法"、"Lusing Larson推理方法"、"Sugeno推理方法" 等，常用的解模糊方法有"重心法"、"最大平均值法"、"Sugeno解模糊法"等。模糊推理过程 中采用的输入量有两个，使得模糊推理环节的计算量大，增加了模糊控制器的复杂度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种模糊控制器，以解决目前模糊控制器采用两输入一输出 形式所导致计算量大的问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题提供了一种模糊控制器，一种模糊控制器，包括输入 变量的模糊化单元、模糊推理单元和解模糊单元，所述的输入变量的模糊化单元的输入信 号为被控制量，输入变量的模糊化单元的输出端与模糊推理单元的输入端连接，模糊推理 单元的输出端与解模糊单元的输入端连接，所述解模糊单元的输入端还输入有被控制量的 误差和被控制量的误差变化量。
[0006] 所述的模糊推理单元采用改进的一阶Sugeno推理算法，该算法采用的模糊规则 形式为：
[0007] 规则 1 :如果 W = NS，那么 DF = Z1= A n*c〇e+A21*c〇ec
[0008] ......
[0009]规则 η :如果 W = NB，那么 DF = Zn= A 1η* ω e+A2n* ω ec
[0010] W为输入变量ω经输入变量的模糊化单元处理之后得到的模糊变量；ω e为被控 制量的误差；ω ec为被控制量的误差变化量；DF为与df对应的模糊变量，df为DF经解模 糊环节处理得到的变量;An、……Aln、A21、……、A2n为系数常数。
[0011] 所述的解模糊单元采用一阶解模糊算法，该算法的计算公式为：
[0012]
[0013] 其中00?1、00?2、00?"分别为一阶51^11 〇推理方法采用的第1条、2条、11条规则前 提部分的满意度值。
[0014] 所述的模糊控制器的控制对象为超声波电机，被控制量为超声波电机的转速，被 控制量的误差为超声波电机的转速误差，被控制量的误差变化量为超声波电极的转速误差 变化量。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明的模糊控制器采用一输入一输出的形式，输入变量 的模糊化单元的输入信号为被控制量，输入变量的模糊化单元的输出端与模糊推理单元的 输入端连接，模糊推理单元的输出端与解模糊单元的输入端连接，解模糊单元的输入端还 输入有被控制量的误差和被控制量的误差变化量。本发明中被控制量的误差和误差变化率 两个输入变量仅用于模糊控制器中"解模糊"环节的计算，不参与模糊推理等其它环节的计 算，显著降低了模糊控制器的复杂度，并通过具体实例说明了本发明能够使在线计算量显 著减小，并将其应用到超声波电机控制上，得到了良好的控制效果。
【附图说明】
[0016] 图1是现有技术中超声波电机模糊转速控制系统的基本框图；
[0017] 图2是现有技术中超声波电机模糊转速控制器的结构框图；
[0018] 图3是本发明实施例中超声波电机模糊控制器的结构框图；
[0019] 图4是本发明的模糊控制器在不同给定值的转速阶跃响应示意图；
[0020] 图5是传统模糊控制器在不同给定值的转速阶跃响应示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0022] 本发明的模糊控制器采用一输入一输出的形式，其内部的结构如图3所示，包括 输入变量的模糊化单元、模糊推理单元和解模糊单元，其中输入变量的模糊化单元的输入 信号为被控制量，输入变量的模糊化单元的输出端与模糊推理单元的输入端连接，模糊推 理单元的输出端与解模糊单元的输入端连接，解模糊单元的输入端还输入有被控制量的误 差和被控制量的误差变化量。
[0023] 下面以超声波电机作为本发明模糊控制器的控制对象为例进行详细说明，本实施 例中的模糊控制器的输入变量ω为超声波电机转速，输入变量的模糊化单元首先对输入 的转速信号进行模糊化处理，然后将模糊化处理后的信号输入到模糊推理单元，模糊推理 单元基于模糊规则对模糊化后的超声波电机的转速信号进行推理，并解模糊单元解模糊处 理后得到信号df，得到的信号df再经积分丨，得到最终得到输出控制量f。
[0024] 本实施例中模糊推理单元采用改进的一阶Sugeno推理方法，下面先对一阶 Sugeno推理方法进行简单介绍，一阶Simeno推理方法采用的模糊规则为：
[0025] 规则1 :如果W = NS，那么
[0026] ......
[0027] 规则η :如果W = NB，那么
[0028] 其中W为输入变量ω经模糊化环节处理之后得到的模糊变量；DF为与df对应的 模糊变量，DF经解模糊环节处理就得到df ;AM、An、……、A%、Aln为系数，常数。
[0029] 本实施例中采用改进的一阶Sugeno推理方法，该推理方法采用的模糊规