基于單片機(jī)系統(tǒng)的模糊控制算法及其優(yōu)化

1、工程技術(shù)2011NO.24ScienceandTechnologyInnovationHerald科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)1 傳統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)在構(gòu)建的模糊控制器,就是對(duì)專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)、歸納生成模糊控制規(guī)則,并對(duì)它們進(jìn)行形式數(shù)學(xué)處理,形成模糊控制器的規(guī)則庫(kù)。據(jù)此建立模糊控制規(guī)則表。根據(jù)上述論述計(jì)算出模糊關(guān)系R后,利用推理合成規(guī)則計(jì)算便可求得輸出語(yǔ)言變量的模糊子集。顯而易見,規(guī)則表是體現(xiàn)本模糊控制系統(tǒng)模糊控制算法的最終結(jié)果。查詢表是溫度模糊系統(tǒng)的模糊控制算法總表,把它存放到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中,并編造一個(gè)查找查詢表的子程序。雖然模糊控制有很多優(yōu)點(diǎn),但是其算法還不是很豐富,而且已有的算法也大多有其局限性

2、。所以,在本設(shè)計(jì)中使用的模糊算法,在基于簡(jiǎn)單查表法的基礎(chǔ)上,結(jié)合自修正因子法的優(yōu)勢(shì),再應(yīng)用數(shù)學(xué)差值的方法來實(shí)現(xiàn)。其算法簡(jiǎn)單明了、運(yùn)算量小,完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。2 模糊控制算法的優(yōu)化2.1量化因子的自修正原則實(shí)際輸入采樣值e(tde(t/dt是連續(xù)變化的精確量,要將它們模糊化變?yōu)槟：縀、Ec就需要先乘以一定得良好因子Ke、Kec,得到E(t、Ec(t,如下式1、2所示;然后再對(duì)E(t、Ec(t取整即可得E、Ec。E(t=Ke×e(t(1Ec(t=Kec×de(t/dt(2同樣,要將模糊輸出值U轉(zhuǎn)化為實(shí)際的控制量u(t輸出,也需要乘以一定的量化因子Ku,如下式3所示。u(t

3、=Ku×U(3因而,量化因子的大小直接決定了控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),其總的規(guī)則如下: *Ke越大,穩(wěn)態(tài)誤差就越小,系統(tǒng)的響應(yīng)也就越快,然而超調(diào)量也會(huì)隨之增加,甚至可能產(chǎn)生振蕩;而Ke越小,其效果相反;*Kec越大,系統(tǒng)快速性將降低,而超調(diào)量則會(huì)減小,對(duì)偏差變化率的靈敏度就會(huì)加大;反之,若Kec越小,其效果相反;*Ku越大,系統(tǒng)響應(yīng)越快,超調(diào)量也會(huì)加大,收斂性也就隨之降低;如果Ku越小,其效果相反。根據(jù)以上規(guī)則,為了改善系統(tǒng)性能,使得控制系統(tǒng)既有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)又有良好的穩(wěn)態(tài)精度,同時(shí)還能自適應(yīng)系統(tǒng)過程參數(shù)的變化,就需要使控制器能根據(jù)被控系統(tǒng)偏差絕對(duì)值e(t的大小,按照規(guī)則自動(dòng)在線修改和調(diào)整

4、量化因子。確定了以上規(guī)則后就可以根據(jù)具體情況在遵循上述規(guī)則的前提下選擇各量化因子的變化曲線。在實(shí)際應(yīng)用中,為了簡(jiǎn)便起見,各量化因子的自修正曲線可以采用折線形式,本文使用以下公式:Ke=Ke0+k1e(t-Em/2(4Kec=Kec0 當(dāng)0<e(t< Em/2(5Kec=Ke0-k2e(t當(dāng)e(t>E m/2(6Ku=Ku0-k3e(t(7以上各式中,Kec0、Ke0、Ku0分別是偏差為0時(shí)Kec、Ke、Ku的值;Em是系統(tǒng)允許的最大誤差;k1、k2、k3則是3個(gè)可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而整定的系數(shù)。2.2插值法由于進(jìn)行極大極小合成運(yùn)算時(shí),在對(duì)連續(xù)的精確量進(jìn)行模糊化過程中信息量嚴(yán)重

5、損失,為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能,需要想辦法增加系統(tǒng)信息量,為此引入數(shù)學(xué)中的線性插值法。線性插值的公式如式8所示Y(X=Yi+(Yi+1-YiAi+1(X(8對(duì)于計(jì)算出的控制量表,設(shè)兩輸入變量的量化值E(tE i,Ei+1,而E c(tEcj+1,則控制量U(t可根據(jù)公式11導(dǎo)出的如下插值算法而計(jì)算出來:U1(t=Uij+(Ui+1,j-UijAi+1(E(9U2(t=U i,j+1+(U i+1,j+1-U i,j+1Ai+1(E(10U(t=Ui(t(U2(t-U1(tAj+1(Ec(11式中:Ai+1(E=E(t-Ei/Ei+1-Ei(12AJ+1(Ec=Ec(t-Ecj/Ecj+1-Ecj

6、(132.3優(yōu)化算法的計(jì)算步驟*按照極大極小合成原理離線計(jì)算出控制量表,并存儲(chǔ)在單片機(jī)中;* 將被控對(duì)象的輸出量與給的值相減,得出偏差e(t和偏差變化率de(t/dt即Ec(t;然后根據(jù)偏差絕對(duì)值e(t的大小,由式4到7求出各量化因子的大小,再根據(jù)式4到7對(duì)e(t和Ec(t進(jìn)行量化,求得E(t、Ec(t;* 根據(jù)上一步求出的E(t、Ec(t,確定其在模糊控制量表中所對(duì)應(yīng)的理論域Ei,Ei+1和Ecj,Ecj+1,并從模糊控制量表中查出對(duì)應(yīng)得Ui,j、Ui+1,j和Ui+1,j、Ui+1,j+1,再安式12、13計(jì)算出Ai+1(E和AJ+1(Ec,最后全部代入到式9到13,得到模糊量輸出U(t;

7、*將模糊量輸出U(t乘以Ku就能得到控制量的輸出u(t3 小結(jié)通過對(duì)智能控制算法的應(yīng)用研究,算法的優(yōu)化,以及仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了只能控制算法設(shè)計(jì)的特點(diǎn):(1算法簡(jiǎn)單實(shí)用,本質(zhì)上不依賴于系統(tǒng)的數(shù)字模型;(2可充分利用單片機(jī)的軟件資源,可靠性高,開發(fā)速度快;(3克服了傳統(tǒng)PID控制器操作的困難,提高了系統(tǒng)的智能化程度;(4模糊PID控制器棒性好,具有專家控制器的特點(diǎn),并可推廣應(yīng)用于其它工作領(lǐng)域。該方法能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化,操作靈活化,并可增強(qiáng)可靠性和適應(yīng)性,提高控制精度和魯棒性,特別容易實(shí)現(xiàn)非線性化控制。參考文獻(xiàn)1Chou,C.H.,Model reference adaptivefuzzy control:a linguistic space approach,Fuzzy Sets and Systems.96,1-20,1998.基于單片機(jī)系統(tǒng)的模糊控制算法及其優(yōu)化武洪娟(天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院天津市300380摘要:雖然模糊控制有很多優(yōu)點(diǎn),但是其算法還不是很豐富,而且已有的算法也大多有其局限性。在本設(shè)計(jì)中使用的模糊算法,在基于簡(jiǎn)單查表法的基礎(chǔ)上,結(jié)合自修正因子法的優(yōu)勢(shì),再應(yīng)用數(shù)學(xué)差值的方法來實(shí)現(xiàn)。其算法簡(jiǎn)單明了、運(yùn)算量小,完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞:模糊控制算法量化因子插值法中圖