基于模糊控制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究_圖文

1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于模糊控制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究姓名：鄧飛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：周偉20090501武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要汽車現(xiàn)已是集機(jī)械、電子一體的高科技產(chǎn)品，隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子燃油噴射（針對(duì)燃燒系）、安全氣囊和系統(tǒng)（針對(duì)安全性）和各種電控自動(dòng)部件（針對(duì)舒適性）的應(yīng)用技術(shù)日益成熟，電子技術(shù)己幾乎應(yīng)用到汽車的各個(gè)領(lǐng)域。但其仍存在很多結(jié)構(gòu)和控制不完善的地方，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)就是其中之一。本論文針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)存在控制不夠完善之處而進(jìn)行改進(jìn)，采用智能控制技術(shù)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，解決發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中存在的具體問(wèn)題，以達(dá)到控

2、制效果良好，提高汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，減小汽車的排放污染，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的，并提高汽車的使用壽命。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究：（）首先論述了研究的目的和意義，闡述了控制好發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的意義，接著介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究狀況，分析該領(lǐng)域中存在的問(wèn)題。（）分析了影響冷卻系統(tǒng)的因素，對(duì)冷卻系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，進(jìn)而提出了模糊控制策略。）對(duì)控制系統(tǒng)的模糊控制器進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括：輸入和輸出信號(hào)變量范圍的確定；語(yǔ)言變量值以及模糊論域分級(jí)的選?。惠斎胼敵鲭`屬函數(shù)的確定；輸入變量的模糊化；模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)；模糊推理過(guò)程的詳細(xì)演算過(guò)程；去模

3、糊化方法的實(shí)現(xiàn)。（）對(duì)控制系統(tǒng)軟件流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。（）運(yùn)用仿真軟件，先論述了設(shè)計(jì)模糊控制器模型的詳細(xì)過(guò)程；接著設(shè)計(jì)了模糊控制系統(tǒng)仿真模型圖。通過(guò)仿真模型圖，分析了影響模糊控制系統(tǒng)性能的因素，為我們對(duì)模糊控制器的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。對(duì)仿真模型圖進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，仿真值和實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差在士以內(nèi)，表明所建立的模型圖是良好的。本課題將模糊控制方法運(yùn)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，這對(duì)于現(xiàn)代汽車的完善和不斷發(fā)展，以及實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。這也為現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的完善提供了新的途徑。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、模糊控制，仿真武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，；，、，武漢理

4、工大學(xué)碩士學(xué)位論文，：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽名：耳奠學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮

5、印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）齜只蘆侈新虢閣偉慨訓(xùn)卜一武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論研究背景在當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)汽車的需求和依賴越來(lái)越強(qiáng)，汽車已是最重要的現(xiàn)代化交通工具。汽車工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了其他各行各業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和繁榮，當(dāng)今世界各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀鯚o(wú)一例外地把汽車工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。但是隨著汽車業(yè)的發(fā)展，汽車也給社會(huì)帶來(lái)一些不易解決的難題：交通安全問(wèn)題、能源危機(jī)和環(huán)境污染。全世界億多輛汽車，每年需要多億噸燃油，超過(guò)了世界石油年產(chǎn)量的

6、，這些燃料燃燒后約生產(chǎn)億噸有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。為了節(jié)能和減少排氣污染，必須不斷改進(jìn)現(xiàn)代的汽車以提高性能。由于人們生活水平的提高，汽車已逐漸進(jìn)入家庭，人們對(duì)汽車的要求也越來(lái)越高，他們不僅要求這些新車有時(shí)尚的外形、良好的舒適性，優(yōu)良的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，同時(shí)也要求具有良好的清潔性（排放無(wú)污染性）。因此這給汽車生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了前所未有的競(jìng)爭(zhēng)，汽車生產(chǎn)企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中要處于不敗之地，汽車研究、設(shè)計(jì)、制造者和商家們必須不斷應(yīng)用高新技術(shù)、改善汽車性能，并推出各式各樣新車型。汽車經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，現(xiàn)已是集機(jī)械、電子一體化的高科技產(chǎn)品。但是，現(xiàn)在的汽車仍存在很多不完善的地方，其各總成和部件還存在結(jié)構(gòu)不合理

7、的地方，其各系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制還存在不完善、不理想之處。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)就是其中之一。本課題就是針對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制存在不夠完善之處而進(jìn)行改進(jìn)，用現(xiàn)代的智能控制技術(shù)解決發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中存在的具體問(wèn)題，以達(dá)到控制效果良好，提高汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，減小汽車的排放污染，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的，同時(shí)提高汽車的使用壽命。課題研究的目的和意義本課題設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各工作狀況的要求，控制好發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文液溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工狀態(tài)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排氣污染。因此具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和意義。控制好發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃

8、油經(jīng)濟(jì)性發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度是否正常，直接影響混合氣的形成的質(zhì)量及潤(rùn)滑效果，因此，對(duì)燃料的消耗也有很大的影響。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作溫度在，如果冷卻液溫度過(guò)低，則影響燃油的蒸發(fā)，則有大量的燃油未與空氣充分混合而燃燒，則存在燃燒不完全，浪費(fèi)燃油，使燃油經(jīng)濟(jì)性降低。如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫過(guò)低或過(guò)度冷卻，均會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)散熱損失增加，零件磨損加劇，排放惡化，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降及燃油消耗率增加。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度偏高，發(fā)動(dòng)機(jī)將過(guò)熱，工作過(guò)程惡化，機(jī)油變質(zhì)，零件磨損加劇，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及耐久性全面下降。發(fā)動(dòng)機(jī)水溫偏高，則容易產(chǎn)生早燃和爆燃，而且充氣效率下降，使動(dòng)力性下降。實(shí)驗(yàn)證明：

9、發(fā)動(dòng)機(jī)在冷卻液沸騰狀態(tài)下勉強(qiáng)行駛，會(huì)使燃油消耗猛增，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇。、控制好發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)性能發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫啟動(dòng)時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大。由于溫度的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的粘度增大，從而增加了曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力，使發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速下降，不易啟動(dòng)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的降低，汽油的粘度和比重都增大，這樣汽油的流動(dòng)性變差，霧化不良，不易形成規(guī)定濃度的可燃混合氣，因此發(fā)動(dòng)機(jī)不好啟動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，采取措施適當(dāng)提高啟動(dòng)溫度，則發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力將減小，混合氣容易形成，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容易，并且縮短暖機(jī)時(shí)間，將節(jié)省燃油，減少排氣污染。、控制好發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，降低排氣污染。發(fā)動(dòng)

10、機(jī)在低溫條件下使用時(shí)，各主要總成磨損都比較大，研究表明：在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用周期內(nèi)，的氣缸磨損發(fā)生在啟動(dòng)過(guò)程中，而冬季啟動(dòng)占啟動(dòng)磨損的。發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損不僅僅在啟動(dòng)過(guò)程中嚴(yán)重，而且在啟動(dòng)后未達(dá)到正常溫度之前，磨損強(qiáng)度一直是很大的。低溫啟動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油粘度大，流動(dòng)性能差，機(jī)油泵不能即時(shí)將潤(rùn)滑油壓入到各潤(rùn)滑表面，使氣缸壁和軸承等摩擦表面潤(rùn)滑條件變差。冷啟動(dòng)時(shí)，燃油汽化不良，大部分油分子以液態(tài)進(jìn)入氣缸，沖刷了氣缸表面的油膜，稀釋了潤(rùn)滑油，使其潤(rùn)滑作用減退由于溫度低，燃燒過(guò)程中的水蒸氣凝結(jié)在氣缸壁上，并與硫的氧化物生成酸，引起腐蝕磨損。低溫時(shí)，由于軸瓦的合金，瓦背與軸頸的膨脹系數(shù)不同，使配合間隙變小，而且還不均勻

11、，使磨損增大。此外，機(jī)油泵不能及時(shí)地將潤(rùn)滑油壓入曲軸軸頸工作表面，使?jié)櫥瑮l件惡化，軸頸的磨損。因此，如在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)前，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將冷卻液加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，那么將改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)性能，改善燃油的經(jīng)濟(jì)性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。本課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀縱觀國(guó)內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展，目前發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的機(jī)械控制。在最新款的轎車上，其冷卻系統(tǒng)有所改進(jìn)，性能有所提高，但其改進(jìn)也主要限于結(jié)構(gòu)部件的改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：、改進(jìn)了節(jié)溫器的性能，以改善流過(guò)散熱器的冷卻液量，達(dá)到控制好冷卻液溫度。、在散熱器前面采用保溫簾，保溫簾（又叫百葉窗）由水溫開關(guān)或機(jī)械裝置直接控制，以調(diào)節(jié)外界

12、流過(guò)冷卻散熱器的風(fēng)量。、改善了風(fēng)扇的性能，提高風(fēng)扇風(fēng)量。、改善了雙金屬片式的溫度開關(guān)的性能，以提高風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)與否或高低速運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性，但仍采用兩檔風(fēng)扇。、改變散熱器的尺寸，以使冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。、采用高壓散熱器蓋，使冷卻液沸點(diǎn)提高，加大散熱器內(nèi)冷卻液和空氣的溫差，以增加同一尺寸散熱器的散熱量。、將冷卻系統(tǒng)的熱量傳遞由顯熱改為潛熱型式，即使冷卻液沸騰，以同溫度下的液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)換而吸收的形式進(jìn)行冷卻，整個(gè)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制。、國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)先進(jìn)控制研究，但還沒(méi)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。從發(fā)展看，冷卻系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)得到了不斷改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果得到了改善。但是從整個(gè)冷卻系統(tǒng)看，控

13、制裝置（風(fēng)扇、節(jié)溫器等）的控制效果很不精確，相互協(xié)調(diào)性較差，故發(fā)動(dòng)機(jī)未在最佳溫度下工作：且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度變化時(shí)，控制裝置的執(zhí)行動(dòng)作十分緩慢（即反應(yīng)很慢），未能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況所需的最適宜溫度要求進(jìn)行控制；當(dāng)外界氣溫比較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不容易冷起動(dòng)，且起動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，諸如此類情況已不適應(yīng)現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用理想的控制方法進(jìn)行控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，減少燃油浪費(fèi)、降低排放污染勢(shì)在必行。本文的研究?jī)?nèi)容（）確定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的控制方案，選用模糊控制策略。傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)都是用機(jī)械裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，這樣的控制效率很底，既浪費(fèi)能源，也污染環(huán)境，本文經(jīng)過(guò)分析，提出

14、了對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，由于影響冷卻系統(tǒng)的因素太多，控制模型不好構(gòu)造，進(jìn)而提出了模糊控制策略。（）通過(guò)查閱資料和仔細(xì)研究，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程的設(shè)計(jì)。（）通過(guò)學(xué)習(xí)模糊控制理論，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)模糊控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。模糊控制器的設(shè)計(jì)主要包括：輸入和輸出信號(hào)變量范圍的確定；語(yǔ)言變量值以及模糊論域分級(jí)的選??；輸入輸出隸屬函數(shù)的確定；輸入變量的模糊化：模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)；模糊推理過(guò)程的詳細(xì)演算過(guò)程；去模糊化方法的實(shí)現(xiàn)。（）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)與仿真運(yùn)用仿真軟件，先論述了設(shè)計(jì)模糊控制器模型的詳細(xì)過(guò)程；接著設(shè)計(jì)了模糊控制系統(tǒng)仿真模型圖。通過(guò)仿真模型圖，分析了影響模糊控制系統(tǒng)

15、性能的因素，為我們對(duì)模糊控制器的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。對(duì)仿真模型圖進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，仿真值和實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差在士以內(nèi)，表明所建立的模型圖是良好的。課題來(lái)源本課題是武漢理工大學(xué)汽車學(xué)院所承擔(dān)的科研課題。該項(xiàng)目面對(duì)我國(guó)汽車技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界水平的背景，以自主研究和完善發(fā)動(dòng)機(jī)性能為目標(biāo)，立足于汽車電子電控核心技術(shù)，按照尊重國(guó)情、積極探索、實(shí)用可靠、力求先進(jìn)的原則進(jìn)行的。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案冷卻系統(tǒng)的原理和組成冷卻系統(tǒng)以水泵為動(dòng)力使冷卻液在機(jī)體內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制性循環(huán)。安裝在缸體前端的水泵將散熱器內(nèi)的冷卻液泵入缸體的各缸水套，然后進(jìn)入缸蓋，最后從缸蓋的

16、出水管經(jīng)節(jié)溫囂流出，完成冷卻液循環(huán)。當(dāng)機(jī)體內(nèi)冷卻液溫度低于時(shí)，冷卻液由出水管經(jīng)水泵的水循環(huán)管返回水泵再次泵八機(jī)體內(nèi)進(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)出承口溫度達(dá)到時(shí)，節(jié)溫器控制閥全開，機(jī)體內(nèi)的冷卻液經(jīng)節(jié)溫器流入散熱器進(jìn)行散熱，即為大循環(huán)。圍是四缸汽油機(jī)的冷卻液循環(huán)示意圖：；啦嘲蔓二：一！心囪蘭三一荔。！歹：二二圖四缸汽油機(jī)的冷卻液循環(huán)示意圖一百葉窗：一散熱器；一水箱蓋：一風(fēng)扇：一水泵；節(jié)溫器一水溫表：一發(fā)動(dòng)機(jī)水套：一分水管：一放水開關(guān)根據(jù)上述可以看出冷卻系由散熱器、風(fēng)扇、水泵和節(jié)溫器組成，由水管和缸體內(nèi)的流道組成封閉的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及特性，井參照汽車上其他電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

17、，設(shè)計(jì)出如圖所示的電子控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由傳感器、電子控制器和執(zhí)行器三部分組成。傳感器為水溫傳感器，電子控制裝置為控制電腦（），執(zhí)行器為電子節(jié)溫器、電風(fēng)扇和電控百葉窗。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，點(diǎn)火開關(guān)處于“”，水溫傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到的水溫信號(hào)經(jīng)，轉(zhuǎn)換后送入電腦，將送來(lái)溫度信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，以判斷此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度是否偏高、偏低、還是適合，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出控制指令控制電子節(jié)溫器、電動(dòng)百葉窗和冷卻風(fēng)扇工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度進(jìn)行適時(shí)控制和調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳溫度狀態(tài)下工作。圖汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)電控結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)溫度傳感器電路設(shè)計(jì)溫度傳感器的

18、選擇溫度是反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷狀態(tài)的重要參數(shù)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，對(duì)冷卻液溫度的檢測(cè)采用溫度傳感器。溫度傳感器的種類有很多，常用的有熱敏電阻式、金屬熱電阻式、線繞電阻式、半導(dǎo)體晶體管式等，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)（）型和負(fù)溫度系數(shù)（）型兩種【】。由于熱敏電阻利用陶瓷半導(dǎo)體材料的電阻值溫度變化而變化的特性制成，其突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，故在汽車上得到普遍采用。且由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度范圍為一般為，故選用低溫測(cè)量用的熱敏電阻溫度傳感器。本控制系統(tǒng)中溫度傳感器共使用兩支，分別裝于發(fā)動(dòng)機(jī)的出水管和進(jìn)水管上。、溫度傳感器的工作電路溫度傳感器的工作

19、電路設(shè)計(jì)如圖所示。圖溫度傳感器的工作電路傳感器的兩個(gè)電極和）用導(dǎo)線與控制器連接，內(nèi)部串聯(lián)一只分壓電阻，向熱敏電阻和分壓電阻組成的分壓電路提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，傳感器輸入的信號(hào)電壓等于熱敏電阻上分壓值。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的溫度升高時(shí)，傳感器電阻減小，熱敏電阻上的分壓值降低；反之，當(dāng)被測(cè)對(duì)象的溫度降低時(shí)，傳感器阻值增大，熱敏電阻上的分壓值升高。根據(jù)接收到的信號(hào)電壓值，便可計(jì)算求得對(duì)應(yīng)的溫度值，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。信號(hào)處理電路前向通道圖信號(hào)處理電路由于溫度是緩慢變化的，因此對(duì)溫度傳感器輸出的溫度信號(hào)，在進(jìn)入電腦之前，可不進(jìn)行采樣，但應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。型號(hào)選用，其轉(zhuǎn)換的電壓范圍為，又由于溫度傳感器輸出的信號(hào)電壓為，一之

20、間，因此溫度傳感器的信號(hào)在進(jìn)行，轉(zhuǎn)換之前可不進(jìn)行放大處理。關(guān)鍵溫度點(diǎn)時(shí)傳感器信號(hào)電壓和經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量對(duì)應(yīng)如表所示。表一傳感器電阻與信號(hào)電壓和數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)表溫度（）一阻值（）一信號(hào)電壓（）數(shù)字信號(hào)溫度（）阻值（）信號(hào)電壓（）數(shù)字信號(hào)控制系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)由于單片機(jī)體積小，功能強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格低，性能和價(jià)格比高和功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在行駛汽車的實(shí)時(shí)控制中得到廣泛的應(yīng)用。故本控制系統(tǒng)的控制器選用一單片機(jī)。由于一單片機(jī)的最大可尋址，故本控制系統(tǒng)的控制器在單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器（，型號(hào)為；，型號(hào)為），地址鎖存器采用，譯碼器采用，轉(zhuǎn)換器采用，并行接口采用。風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)（）電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中風(fēng)扇采用雙風(fēng)扇，每個(gè)

21、風(fēng)扇分別采用直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，每個(gè)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為檔，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的高低通過(guò)控制電機(jī)電流的大小實(shí)現(xiàn)。直流電機(jī)由繼電器控制，繼電器由外圍驅(qū)動(dòng)【】，驅(qū)動(dòng)器由電腦控制。此控制電路中采用了繼電器作隔離裝置，以防止對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。電風(fēng)扇的控制電路如圖所示。圖風(fēng)扇電機(jī)的控制電路（）風(fēng)扇的檔位及對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)如表。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表風(fēng)扇的檔位及對(duì)應(yīng)的口數(shù)字信號(hào)檔位電子節(jié)溫器控制電路設(shè)計(jì)由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流比較大，所以單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接需要專門的接口電路及驅(qū)動(dòng)電路。接口電路可以是單片機(jī)內(nèi)部的口，也可以是可編程接口芯片，如、等。驅(qū)動(dòng)器可用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動(dòng)器。有時(shí)為了抗干擾

22、或避免一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件，在驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)之間加一級(jí)光電隔離器。由于本系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)功率不是很大，故控制電路不加光電隔離器【】。將其控制電路設(shè)計(jì)如圖所示：機(jī)圖電子節(jié)溫器控制電路在控制中，當(dāng)給中某一位（如）輸出為時(shí)，經(jīng)反向器驅(qū)動(dòng)器變?yōu)楦唠娖剑惯_(dá)林管導(dǎo)通，相通電。反之，當(dāng)時(shí)，相不通電。由、控制的、相亦然?？刂浦兄灰匆欢ǖ捻樞蚋淖?nèi)煌婍樞颍煽刂撇竭M(jìn)電機(jī)按一定方向步進(jìn)。由于本步進(jìn)電機(jī)按三相雙三拍工作，則其控制方式的數(shù)學(xué)模型如表。以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序及數(shù)學(xué)模型，如果按上述逆順序進(jìn)行控制，則步進(jìn)電機(jī)將向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如表。表步進(jìn)電機(jī)

23、正轉(zhuǎn)控制方式的數(shù)學(xué)模型工作步序控制模型控制位狀態(tài)表步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)控制方式的數(shù)學(xué)模型工作步序控制模型控制位狀態(tài)百葉窗控制電路設(shè)計(jì)控制電路如圖所示。機(jī)圖百葉窗步進(jìn)電機(jī)控制電路。報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖所示圖報(bào)警電路報(bào)警電路用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)工作狀況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)低溫和高溫情況，報(bào)警電路進(jìn)行高溫和低溫報(bào)警。當(dāng)冷卻系統(tǒng)的控制電路出現(xiàn)故障，故障報(bào)警電路進(jìn)行故障報(bào)警，顯示系統(tǒng)故障，以便于進(jìn)行故障診斷；此報(bào)警電路的具體工作情況如下：當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度低于，且檢測(cè)信號(hào)連續(xù)超過(guò)次，輸出低電平，發(fā)光二極管亮，進(jìn)行低溫報(bào)警；當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的冷卻液溫度大于等于，且檢測(cè)信號(hào)連續(xù)

24、超過(guò)次時(shí)，輸出低電平，發(fā)光二極管亮，進(jìn)行高溫報(bào)警；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或冷卻液溫度傳感器出現(xiàn)斷路或短路故障時(shí)，或電腦接收到信號(hào)不正常時(shí)，輸出低電平，發(fā)光二極管亮，進(jìn)行故障報(bào)警。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制模型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度，受許多因素的影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、汽車行駛速度、外界的氣溫、散熱器結(jié)構(gòu)形式、散熱器的水流量和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等。其關(guān)系可用結(jié)構(gòu)圖表示。這些影響因素大多是不斷變化的，且與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度呈非線性關(guān)系，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫變化與各因素間的關(guān)系很難用數(shù)學(xué)方程進(jìn)行準(zhǔn)確描述。況且通過(guò)測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫的升高和降低是一個(gè)緩慢變化和大滯后過(guò)程。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度的控制，采用常規(guī)的控制【】，系

25、統(tǒng)模型難以建立，且控制效果也不好。影響因素控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷汽車速度散熱器水流量冷卻系冷卻液溫度散熱器結(jié)構(gòu)形風(fēng)扇轉(zhuǎn)速冷卻風(fēng)通過(guò)量統(tǒng)圖發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度影響因素由于模糊控制是一種智能控制，它是模仿人工控制活動(dòng)中人腦的模糊概念和成功的控制策略，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)¨，把人工控制策略用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化不敏感，具有很強(qiáng)的魯桿性。因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)如采用模仿人工控制活動(dòng)中人腦的模糊概念和成功的控制策略，將達(dá)到令人滿意的效果，故本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用模糊控制理論進(jìn)行控制。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系模糊控制系統(tǒng)示意如圖所示。給圖發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系模糊控制系統(tǒng)

26、寞糊控制系統(tǒng)中，給定溫度值與系統(tǒng)反饋回的溫度值的偏差和偏差取微分后的偏差的變化率作為控制系統(tǒng)的兩個(gè)輸入量，輸入模糊控制器，進(jìn)而通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度值。本章小結(jié)在這一章里，先介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的原理與組成，然后進(jìn)行了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件電路設(shè)計(jì)，最后提出了系統(tǒng)采用模糊控制策略來(lái)進(jìn)行控制。第章發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水控制模糊控制器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中冷卻水控制器是采用模糊控制的方法?？刂菩枰辣豢貙?duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這對(duì)解決一般的控制問(wèn)題十分有效，但控制器的控制參數(shù)非常難整定，一旦實(shí)驗(yàn)條件發(fā)生變化，則需要重新調(diào)整，適應(yīng)能力不強(qiáng)，并且在許多情況

27、下被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型很難建立。與經(jīng)典的控制理論相比，模糊控制器建立在語(yǔ)言型經(jīng)驗(yàn)描述之上，不需要知道被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，參數(shù)調(diào)節(jié)相對(duì)容易，取得滿意的控制效果。在這一章里，首先介紹模糊控制系統(tǒng)和模糊控制器的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)冷卻水控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程詳細(xì)說(shuō)明模糊控制器的具體設(shè)計(jì)方法。模糊控制系統(tǒng)和模糊控制器模糊控制系統(tǒng)模糊控（）冽是指模糊理論在技術(shù)上的應(yīng)用，模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學(xué)、模糊語(yǔ)言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為基礎(chǔ)；采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。因此，模糊控制系統(tǒng)的組成具有常規(guī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。由圖可知，模

28、糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和檢測(cè)裝置（傳感器）【】等五個(gè)部分組成。模糊控制系統(tǒng)組成框圖如圖所示。由圖可知，模糊控制系統(tǒng)與通常的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是具有智能性的模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能的優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)，所采用的模糊控制規(guī)則、合成推理算法，以及模糊決策的方法等許多因素。武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文量模糊控制系統(tǒng)框圖模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)圖為模糊控制器對(duì)一個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制的示意圖：變量測(cè)量值圖個(gè)模糊控制器的控制過(guò)程根據(jù)從過(guò)程中測(cè)得一些數(shù)據(jù)（受控變量）如溫度、壓力等，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將這些數(shù)據(jù)輸入一個(gè)模糊

29、控制器，由模糊控制器推斷出需要校正的量值（校正變量），用它控制一個(gè)過(guò)程。由于對(duì)于一個(gè)模糊控制器來(lái)說(shuō)，輸入和輸出的都是精確的數(shù)值，非模糊量，而其內(nèi)部卻建立在語(yǔ)言型的模糊控制率上，由條件滿足的程度推出模糊輸出的大小。該推理過(guò)程采用模糊理論，稱為模糊推理，為了進(jìn)行模糊推理必須先將非模糊量轉(zhuǎn)化成模糊值，此過(guò)程稱為模糊化。由于模糊推理的輸出是模糊值，還必須將模糊輸出轉(zhuǎn)化為非模糊集，該過(guò)程稱為去模糊化。模糊控制器由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分組成。這三部分共同建立在知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)之上。模糊化模糊控制器的輸入量為非模糊量，必須轉(zhuǎn)化為模糊量后才能用于模糊推理。模糊化實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口。它的主要作用

30、是將真實(shí)的精確量輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)模糊矢量。因此它的過(guò)程可簡(jiǎn)單的分成兩部分：模糊語(yǔ)言變量的確定及確定語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)。（）、模糊語(yǔ)言變量的確定在模糊控制中，輸入量的取值為語(yǔ)言值即模糊集：輸入量語(yǔ)言值，語(yǔ)言值，語(yǔ)言值輸入量本身也稱為語(yǔ)言變量。在確定模糊變量時(shí)首先要確定其基本語(yǔ)言值，語(yǔ)言變量的定義大都將其語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)畫在一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)。一個(gè)非模糊值的模糊化就是根據(jù)輸入語(yǔ)言變量的定義確定相應(yīng)于每個(gè)語(yǔ)言值的隸屬度函數(shù)。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值越多，對(duì)事物的描述就越準(zhǔn)確，可能得到的控制效果就越好。但隨著語(yǔ)言值的增多，控制會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，因此，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。通常情況下，偏差和偏差變化等語(yǔ)言變量的語(yǔ)

31、言值一般取負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大；，）（）、確定語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)模糊語(yǔ)言值實(shí)際上是一個(gè)模糊子集，而語(yǔ)言值最終是通過(guò)隸屬函數(shù)來(lái)描述的。語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)又稱為語(yǔ)言值的語(yǔ)意規(guī)則，有時(shí)以連續(xù)函數(shù)的形式出現(xiàn)，有時(shí)以離散的量化等級(jí)形式出現(xiàn)。常用的隸屬函數(shù)的形式有三角型，高斯型，戒上型，戒下型等。隸屬函數(shù)的選擇對(duì)模糊控制性能也有一定影響。一般說(shuō)來(lái)，隸屬函數(shù)的形狀越陡，分辨率就越高，控制靈敏度也較高；相反，若隸屬函數(shù)的變化很緩慢，則控制特性也很平緩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也較好。因此，在選擇語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)時(shí)，一般在偏差范圍為零的附近區(qū)域，采用分辨率較高的隸屬函數(shù)，而在偏差較大的區(qū)域，為使系統(tǒng)具有良好的

32、魯棒性，?？刹捎梅直媛瘦^低的隸屬函數(shù)。模糊推理根據(jù)語(yǔ)言變量的定義對(duì)輸入量模糊化后，要進(jìn)行模糊推理。模糊推理有條件聚合（伊），推斷（）和累加（）三部分組成。模糊推理首先計(jì)算控制率中每條規(guī)則條件的滿足程度（條件聚合），然后根據(jù)條件的滿足程度推斷單一規(guī)則輸出的大?。ㄍ茢啵Ｗ詈髮⑺幸?guī)則的輸出累加，得到總的模糊輸出。常見的限制方法有最大最小法（）】和最大乘積法）。在最大最小法中結(jié)論的滿足度為條件的滿足度和結(jié)論隸屬函數(shù)的最小值。而在最大乘積法中結(jié)論的滿足度由條件的滿足度和結(jié)論的隸屬函數(shù)的乘積得出。推理規(guī)則是：去模糊化由模糊推理得出的模糊輸出必須轉(zhuǎn)換為非模糊輸出值，才能用于調(diào)節(jié)過(guò)程。常見的去模糊化的方法

33、有面積重心法和平均最大值法。在面積重心法中，非模糊量輸出為模糊輸出多邊形面積的重心。而在平均最大值法中非模糊輸出為模糊輸出最大值的平均。冷卻水溫控制的模糊控制器的設(shè)計(jì)模糊控制器的設(shè)計(jì)就是依據(jù)控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)出適合于被控過(guò)程的控制器，使之能達(dá)到預(yù)定的目的。模糊控制器的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：（）、選定模糊控制器的輸入輸出變量，確定輸入輸出變量的語(yǔ)言值域及其應(yīng)用的隸屬函數(shù)：（）、設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則；（）、確定模糊推理和去模糊化的方法。下面根據(jù)冷卻水溫控制器的實(shí)現(xiàn)過(guò)程詳細(xì)介紹模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。汽車?yán)鋮s水溫模糊控制器結(jié)構(gòu)圖如圖所示，該控制器選用典型的雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)，輸入的是溫度的偏差和偏差

34、的變化率，輸出的是控制量，輸入量化因子和，輸出比例因子，輸入精確量偏差和偏差變化率經(jīng)量化后，實(shí)現(xiàn)由精確量向模糊量的轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)模糊控制決策和推理后送到解模糊化部分，實(shí)現(xiàn)模糊量向精確量的轉(zhuǎn)化，輸出量經(jīng)比例因子后得到精確量控制量的輸出。圖溫度偏差，偏差變化率模糊控制器結(jié)構(gòu)圖輸入和輸出信號(hào)變量范圍的確定發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度范圍大部分時(shí)間在（，），通過(guò)溫度范圍檢測(cè)子程序后再進(jìn)入模糊控制子程序，設(shè)給定溫度，則發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的偏差變量范圍在，】；溫度變化率變量范圍在【，】；系統(tǒng)的輸出信號(hào)為，其變量值為【，】，值經(jīng)解模糊后，查表輸出或的開關(guān)量。語(yǔ)言變量值以及模糊論域分級(jí)的選取在模糊控制系統(tǒng)中，一個(gè)語(yǔ)言變量選用的語(yǔ)言值分

35、檔越多，對(duì)事物的描述就越細(xì)膩、準(zhǔn)確、生動(dòng)，制定控制規(guī)則就比較靈活，控制規(guī)則本身也比較詳盡，因而控制效果就越好。但是語(yǔ)言值分檔太多，反而有可能使控制規(guī)則變得很復(fù)雜，編制程序比較困難，占用的存儲(chǔ)器容量也較大；而選擇較少的分檔，控制規(guī)則相應(yīng)變少，規(guī)則的實(shí)現(xiàn)就方便，但過(guò)少的控制規(guī)則又會(huì)使控制作用變得粗糙而達(dá)不到預(yù)期的效果，因此，在選擇模糊語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值時(shí)要兼顧簡(jiǎn)單易行和控制效果兩個(gè)方面。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)語(yǔ)言變量選用到個(gè)語(yǔ)言值較適宜。這里輸入語(yǔ)言變量，的語(yǔ)言值分成個(gè)級(jí)別，分別為（正大）、（正中）、（正?。?、（零）、（負(fù)?。?、（負(fù)中）、（負(fù)大），每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)一個(gè)語(yǔ)言變量，它們分別是：，它們的論域分別是：，

36、一，】，一，】，一，一，）模糊控制器的控制規(guī)則是由輸入輸出模糊語(yǔ)言變量的不同語(yǔ)言值排列組合而構(gòu)成的若干條模糊條件語(yǔ)句，基本反映了人工控制的某種思維方式，模糊條件語(yǔ)句中描述輸入輸出語(yǔ)言變量狀態(tài)的詞語(yǔ)（也稱為語(yǔ)言值，如“正大”、“負(fù)小”等）的集合，稱為這些模糊語(yǔ)言變量的詞集（也可以稱為模糊語(yǔ)言變量的模糊狀態(tài)，它是根據(jù)模糊語(yǔ)言的定義，由語(yǔ)法規(guī)則生成的語(yǔ)言值的集合。而每一個(gè)語(yǔ)言值本身又是一個(gè)模糊子集，因此要確定一個(gè)模糊語(yǔ)言變量，必須首先確定其語(yǔ)言值才能構(gòu)造模糊控制規(guī)則，那么如何選取模糊語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值（詞集），也就是如何對(duì)語(yǔ)言變量值分檔問(wèn)題。模糊控制器輸入輸出隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)是模糊集合的特征函數(shù)，它表

37、示任意元素屬于模糊集合的程度。確定隸屬函數(shù)要遵循以下原則：（）表示隸屬函數(shù)的模糊集合必須是凸模糊集合】：即最大隸屬度區(qū)向兩邊延伸時(shí)，其隸屬度只能單調(diào)遞減，不允許出現(xiàn)波浪形，否則就違背事實(shí)規(guī)律。（）變量所取隸屬函數(shù)通常是對(duì)稱和平衡的：模糊系統(tǒng)中，每個(gè)變量可取多個(gè)語(yǔ)言值，即標(biāo)稱名。標(biāo)稱名數(shù)量必須合適，太少則論域中的隸屬函數(shù)密度過(guò)低，從而使模糊控制系統(tǒng)的分辨率過(guò)低；標(biāo)稱名太多則可能因較小的輸入變化而過(guò)多的激活不同規(guī)則，導(dǎo)致模糊系統(tǒng)不穩(wěn)定。實(shí)際一般取個(gè)。同時(shí)，一般要求在“零作用集合兩邊語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)取對(duì)稱和平衡。（）隸屬函數(shù)應(yīng)遵從語(yǔ)意順序：在相同論域上使用的具有語(yǔ)意順序關(guān)系的若干標(biāo)稱的模糊集合不能違

38、背常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，其中心值要遵從一定的次序。（）隸屬函數(shù)要避免不恰當(dāng)重復(fù)：標(biāo)稱的中心值向兩邊模糊延伸的范圍有限，只有相鄰的兩個(gè)模糊集合的隸屬函數(shù)才能相重疊，而且必須重疊，否則都會(huì)違背常理。所以，論域中每個(gè)點(diǎn)應(yīng)至少屬于一個(gè)隸屬函數(shù)區(qū)域，但一般最多屬于兩個(gè)隸屬函數(shù)區(qū)域。同時(shí)規(guī)定，兩個(gè)隸屬函數(shù)重疊時(shí)，重疊部分的任何點(diǎn)的隸屬函數(shù)的和應(yīng)不大于。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文實(shí)際經(jīng)常用圖形來(lái)定義模糊變量的精確值與其隸屬度函數(shù)的關(guān)系，且一般采用相同斜率的三角形隸屬函數(shù)。實(shí)際工程問(wèn)題經(jīng)常考慮兩個(gè)以上的模糊集，也就必須進(jìn)行模糊集之間的運(yùn)算，經(jīng)常用到的模糊算子有并運(yùn)算、交運(yùn)算、補(bǔ)運(yùn)算等馴。模糊語(yǔ)言變量的每一個(gè)語(yǔ)言值實(shí)際上是

39、一個(gè)在模糊論域上的模糊子集。由模糊集合的定義可知，模糊子集最終總是通過(guò)隸屬函數(shù)來(lái)描述的。語(yǔ)言值隸屬函數(shù)又稱為語(yǔ)言值的語(yǔ)義規(guī)則，它有時(shí)以連續(xù)函數(shù)的形式出現(xiàn)，有時(shí)也可以以離散的量化等級(jí)的形式表達(dá)，它們各有自己的特色。連續(xù)的隸屬函數(shù)描述比較準(zhǔn)確，而離散化的量化等級(jí)簡(jiǎn)潔直觀。模糊論域上的一個(gè)連續(xù)或離散的隸屬函數(shù)就代表著一個(gè)模糊語(yǔ)言變量的一個(gè)語(yǔ)言值。隸屬函數(shù)可以通過(guò)總結(jié)操作者的控制經(jīng)驗(yàn)采用多種方法來(lái)確定，隸屬函數(shù)的形狀在達(dá)到控制要求方面無(wú)大的差別，倒是隸屬函數(shù)的幅寬大小對(duì)性能影響較大。所以一般選用三角形、梯形隸屬函數(shù)作為模糊子集的隸屬函數(shù)，這是因?yàn)樗鼈兊臄?shù)學(xué)表達(dá)式和運(yùn)算較簡(jiǎn)單，所占內(nèi)存空間小，在輸入值變

40、化時(shí)，比正態(tài)分布或鐘形分布隸屬函數(shù)具有更大的靈活性，當(dāng)存在一個(gè)偏差時(shí)，就能很快反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的調(diào)整量輸出。這里選用三角形隸屬函數(shù)，偏差輸入隸屬函數(shù)如圖所示，其余的隸屬函數(shù)從略。翻甜舊。輸入偏差隸屬函數(shù)輸入變量的模糊化下面分析輸入變量的模糊化過(guò)程，輸入變量的模糊化部分程序流程圖如圖所示，輸入變量的模糊化，隸屬度函數(shù)采用對(duì)稱的三角形函數(shù)，采用點(diǎn)斜的形式來(lái)描述隸屬度函數(shù)，語(yǔ)言值分成個(gè)級(jí)別。假設(shè)：各語(yǔ)言值隸屬度函數(shù)斜率分別為：、【、且為正值，隸屬度函數(shù)中心對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為：點(diǎn)、，即各語(yǔ)言值，則對(duì)應(yīng)的點(diǎn)斜式隸屬度函數(shù)武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)組為：，），輸入變量對(duì)應(yīng)的隸屬度數(shù)組為：，在區(qū)間指針的索引下，從開始，如果沒(méi)有找到對(duì)應(yīng)區(qū)間，就執(zhí)行，直到找到個(gè)區(qū)間中對(duì)應(yīng)的某一個(gè)，找到某一對(duì)應(yīng)區(qū)間后，根據(jù)三角形函數(shù)斜率和點(diǎn)的坐標(biāo)，執(zhí)行木（）】）、【】（）?！荆ǎ坎僮?，輸入變量就在相鄰的隸屬度函數(shù)上找到了個(gè)隸屬度，即用【】、】表示，這樣隸屬度函數(shù)還要除以斜率和相鄰語(yǔ)言值之差才轉(zhuǎn)換到（，）區(qū)間，考慮到后面的去模糊化采用的是重心法，分子分母都要除以該值，為了提高運(yùn)算速度，這里就用該值代替，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際情況還可以進(jìn)行其它的數(shù)值處理，這里就不一一列出。此時(shí)，輸入變量就有了在某一語(yǔ)言值和對(duì)應(yīng)的隸屬度，也就完成了輸入變量的模糊化。通過(guò)對(duì)輸入變量的模糊化過(guò)程子函數(shù)的調(diào)用可以實(shí)現(xiàn)各輸入變量的模糊化。（葉）】）：血【咀）