条件反射式一维比例积分模糊控制器的制作方法

文档序号:6265700阅读:308来源:国知局
专利名称:条件反射式一维比例积分模糊控制器的制作方法
技术领域
本发明涉及模糊控制器,具体涉及条件反射式一维比例积分模糊控制器。
背景技术
从模糊控制的实现方法来说,不论是用工控机、单片机和模糊控制芯片实现的模糊控制器都存在着一些缺点。基于工控机的模糊控制具有体积庞大、成本高、配套设备多等缺点,特别是在组态软件上开发的模糊控制程序,扫描周期较长,通常达到0.2-3秒,不适合快连续量的控制。然而,象冰箱、空调、微波炉、洗衣机、电饭宝等家用电器及其它机器装备,由于体积、成本等因素的限制,常采用单片机等微型控制装置来开发所需要的模糊控制器。在模糊控制响应表、模糊控制查询表和解析模糊控制等理论基础上,应用单片机开发模糊控制器的难度已大大降低,但其外围设备的接口与驱动装置的设计等工作仍然非常烦琐。对中小规模企业来说,能熟练应用单片机等微型控制装置来实施模糊控制仍然具有一定难度,阻碍了模糊控制等智能控制的自动化技术在家用电器等行业微型设备上的推广应用。单片机虽能满足各种个性化的设计需要,但缺乏相应的工程标准,开发的模糊控制系统存在鲁棒性低、可靠性差和开发周期长等缺点。
目前,全世界有许多公司提供模糊控制芯片,具体应用时,要辅以相应外围设备,并进行二次开发,不同公司的产品,开发语言有较大差异,作为大规模的批量生产,成本都比较高。模糊控制芯片直接通过硬件实现模糊逻辑运算及推理,极大地提高了推理速度和控制精度,为模糊控制系统的硬件实现提供了强有力的工具。但模糊芯片的输入、输出以及模糊规则数目有限,与软件实现相比不够灵活,目前模糊芯片的性能价格比还不够理想。
总结以上模糊控制的硬件实现环节发现,基于工控机开发的模糊控制系统,具有成本高、体积庞大、响应速度低等缺点,难以进入家用电器领域和机器人等领域。应用单片机开发模糊控制系统,对开发者有较高的要求,并要求开发输入输出等接口电路,具有可靠性低、开发周期长等缺点。模糊控制芯片提供了一套相对简单的软件开发系统,但仍然存在接口电路开发等问题,应用于家用电器其成本也值得考虑。
在模糊控制算法方面,专家们通过深入研究模糊集合论及其应用,提出了模糊控制响应表,它根据不同的误差获得相应的输出响应,即控制输出量,制作成模糊控制响应表。这种模糊控制输出量仅仅考虑了误差,存在超调大,稳态精度差等缺点。

发明内容
针对现有的模糊控制硬件实现烦琐及模糊控制响应表算法控制精度差的问题,本发明的目的是提供一种条件反射式一维比例积分模糊控制器,它通过存储器地址映射直接输出模糊控制响应表的控制量;并在模糊控制响应表的输出控制量的基础上,实现模糊控制响应表输出控制量的积分运算,并最终输出控制量控制被控对象,能显著提高控制系统的控制精度;电路简单、体积小;响应速度快,类似于生理上的条件反射;应用简单,直接连接驱动执行单元和传感/变送装置即可。适用于快连续量的运动控制,特别适用于体积较小的电器设备的模糊控制。
本发明所述的条件反射式一维比例积分模糊控制器,包括设在线路板上的模糊控制电路,其特征是模糊控制电路由第一A/D转换器IC1、第二A/D转换器IC2、与第一A/D转换器和第二A/D转换器连接的第一存储器IC3、与第一存储器连接的第二存储器IC4、与第二存储器连接的第一锁存器IC5、与第一锁存器连接的第二锁存器IC6、与第二锁存器和第二存储器连接的第三锁存器IC7、与第二存储器连接的第三存储器IC8、与第三存储器连接的第四锁存器IC9、与第四锁存器连接的D/A转换器IC10,分别与第一A/D转换器IC1、第二A/D转换器IC2、第一锁存器IC5、第二锁存器IC6、第三锁存器IC7、第四锁存器IC9连接的时序控制器IC11组成;模糊控制电路的1脚和2脚与电源连接,3脚、4脚、5脚与被控对象中的电位器连接,6脚和7脚与传感器/变送器连接,8脚和9脚与驱动执行单元连接,驱动执行单元与被控对象连接。本发明的模糊控制电路可以集成在一块芯片上,其体积更小。
本发明由于在模糊控制响应表的输出控制的基础上,增加了一个积分环节,实现模糊控制响应表输出控制量的积分运算,能显著提高控制系统的稳态精度;构造简单,没有用任何复杂的电路或芯片,更没有使用CPU,造价低、体积小;应用简便,控制系统开发不需要编写任何程序,仅仅连接驱动执行单元、被控对象和传感/变送装置即可;执行一次完整响应所花费的时间等于A/D转换器的转换周期,响应速度比基于工业控制组态软件的控制系统快,完全可以迅速的纠正误差,特别适宜一些快连续量的运动控制。


图1是本发明的工作原理示意图。
图2是控制逻辑时序图。
图3是本发明的电路图。
具体实施例方式
参见图1,本发明的工作过程是第一A/D转换器IC1接收电位器的给定模拟信号,第二A/D转换器IC2接收传感/变送器的反馈模拟信号,分别将它们转变成为数字信号,由第一A/D转换器IC1转换得到的8位数字信号(其范围是00H-FFH)作为第一存储器IC3的高8位地址,由第二A/D转换器IC2转换得到的8位数字信号(其范围是OOH-FFH)作为第一存储器IC3的低8位地址,共同寻址,形成16位地址A。再根据模糊控制算法推导的模糊控制响应表,把表中的输出控制量预先存储在第一存储器IC3的指定位置,存储器各单元地址的数据写入方法如下第一步,任意给定16位存储器地址,分解成高8位地址和低8位地址;第二步,分别计算出这两个8位地址的十进制值,其范围是{0-+255};第三步,把高8位地址对应的十进制值减去低8位地址对应的十进制值,即得到给定信号与反馈信号比较得到的误差,其范围是{-255-+255},但存储器中存储的是8位二进制值,其范围是{-127-+127},因此,应该作一个限幅处理,当误差小于-127时,取为-127,当误差大于+127时,取为+127;第四步,把上一步得到的误差值映射到模糊控制响应表的误差论域,得到误差e;第五步,根据误差e和模糊控制响应表,得到输出控制量u;第六步,把输出控制量论域映射到{-127-+127}之间的数值;第七步,把该数值转变为十六进制或二进制,写入该存储器地址对应的存储单元中。
这样,第一存储器IC3的16位地址A和相应地址存储单元的数字D之间就建立了一种映射关系,即A→D。当两个A/D转换器完成数据转换时,第一存储器IC3得到16位地址信号,就可输出存储器中存储的数据D,即控制量ΔU。
然后,将第一存储器IC3的输出数据ΔU作为第二存储器IC4的低8位地址,第二存储器IC4的前一次输出值U0一方面作为输出控制量,并作为第三存储器IC8的地址,另一方面在第一锁存器IC5、第二锁存器IC6和第三锁存器IC7的联合控制作用下,返回作为第二存储器IC4的高位地址,高8位地址和低8位地址共同寻址,从而实现U=U0+ΔU的积分保持运算。第二存储器IC4中各单元地址的数据写入方法如下第一步,任意给定16位存储器地址,分解成高8位地址和低8位地址;第二步,分别计算出这两个8位地址的十进制值,其范围是{-127-+127};第三步,把高8位地址对应的十进制值加上低8位地址对应的十进制值,即得到输出控制量U的数值,其范围是{-127-+127}。当U的数值超出-127时,均作为-127处理;当U的数值超出+127时,均作为+127处理。
第四步,把该数值转变为十六进制或二进制,写入该存储器地址对应的存储单元中。
将第一存储器IC3第N次地址映射送来的数据ΔU作为第二存储器里IC4的低8位地址(00H-FFH),定义U0为第二存储器IC4第N-1次地址映射输出的数据,并再次作为第二存储器IC4第N次地址映射高8位地址(00H-FFH),共同寻址形成的16位地址去查询该地址(0000H-FFFFH)所对应的数据,实现积分运算U=U0+ΔU,然后输出控制量U,其范围是{-127-+127}。这种输出控制量的正负性,是设计者人为定义的,设计者定义8位二进制数的最高位为1时,认为它是负,8位二进制数的最高位为0时,认为它是正。如果把该控制量的数字信号直接输出,并通过D/A转换,则会把11111111B转换成最大的模拟信号(如5V),把00000000B转换成最小的模拟信号(如0V或-5V)。因此,把输出控制量U的数字信号,其范围是{-127-+127},作为第三存储器IC8的输入地址,通过第三存储器IC8的地址映射把范围是{-127-+127}的输出控制量线性映射到范围是{0-+255}的输出控制量。第三存储器IC8中各单元地址的数据写入方法如下第一步,任意给定8位存储器地址,其范围是{-127-+127};第二步,把高8位地址对应的十进制值,其范围是{-127-+127},线性映射到{0-+255}范围,如-127映射为0,+127映射为255;第三步,把该数值转变为十六进制或二进制,写入该存储器地址对应的存储单元中。
把第三存储器IC8的输出值锁存在第四锁存器IC9中,在时序脉冲控制下输入到D/A转换器IC10中,最终转换成0-5V的模拟控制信号(也可以是-5V-+5V),输入到驱动执行装置,直接控制被控对象。
以上所述的第一A/D转换器IC1、第二A/D转换器IC2、第一锁存器IC5、第二锁存器IC6、第三锁存器IC7、第四锁存器IC9、都是在时序控制器IC11的控制下工作的,它们的时序脉冲参见图2。
参见图3,以本发明应用在直流不可逆电机调速上为例,模糊控制器的1脚和2脚与电源连接,3脚、4脚和5脚与调速电位器连接,6脚和7脚与转速/电压传感器连接,8脚和9脚与晶闸管触发装置GT的控制电压输入端连接。当用户通过调速电位器设定一个转速后,模糊控制器即得到一个相应的电压给定,该给定与测量变送装置送入反馈输入端的反馈值相比较,得到误差,经模糊控制器处理就可得到相应的输出控制量,该控制量作为晶闸管触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位从而改变整流输出电压实现电机调速,以使直流电机达到用户所需的转速。
权利要求
1.条件反射式一维比例积分模糊控制器,包括设在线路板上的模糊控制电路,其特征是模糊控制电路由第一A/D转换器(IC1)、第二A/D转换器(IC2)、与第一A/D转换器和第二A/D转换器连接的第一存储器(IC3)、与第一存储器连接的第二存储器(IC4)、与第二存储器连接的第一锁存器(IC5)、与第一锁存器连接的第二锁存器(IC6)、与第二锁存器和第二存储器连接的第三锁存器(IC7)、与第二存储器连接的第三存储器(IC8)、与第三存储器连接的第四锁存器(IC9)、与第四锁存器连接的D/A转换器(IC10),分别与第一A/D转换器(IC1)、第二A/D转换器(IC2)、第一锁存器(IC5)、第二锁存器(IC6)、第三锁存器(IC7)、第四锁存器(IC9)连接的时序控制器(IC11)组成;模糊控制电路的1脚和2脚与电源连接,3脚、4脚、5脚与被控对象中的电位器连接,6脚和7脚与传感器/变送器连接,8脚和9脚与驱动执行单元连接,驱动执行单元与被控对象连接。
2.根据权利要求1所述的条件反射式一维比例积分模糊控制器,其特征是模糊控制电路可以集成在一块芯片上。
全文摘要
本发明涉及条件反射式一维比例积分模糊控制器,其特征是模糊控制电路由第一A/D转换器IC
文档编号G05B13/02GK1912781SQ20051005722
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月11日 优先权日2005年8月11日
发明者李太福, 韩亚军, 张睿, 张 林 申请人:重庆工学院
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1