作者：中科院沈陽自動化研究所五室（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)場模糊控制單元的硬件實現(xiàn)電路及其軟件設(shè)計思路。系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)實時性好、控制精度較高。 關(guān)鍵詞：模糊控制 現(xiàn)場總線 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)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)也變得越來越復雜。由于整個系統(tǒng)的非線性增強、時滯增大，而且不是系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)都需要建立精確的數(shù)學模型，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，不需要對控制對象建立精確數(shù)學模型的模糊控制方法已進入實用化的階段，它主要是把對被控系統(tǒng)的熟練的操作經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成模糊規(guī)則?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)，為復雜現(xiàn)場采用模糊控制技術(shù)進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)場總線的強大網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)集中化管理，而對各個現(xiàn)場部分實現(xiàn)分散控制。下面介紹一種基于can總線的運用模糊控制技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。 1 can總線的特點 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校驗及其它檢錯措施； （3）對嚴重錯誤具有自動關(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、快速和遠距離的信息傳送方式。 基于can總線的以上特點，我們設(shè)計了一種采用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 模糊控制器的設(shè)計主要是設(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等級后的數(shù)據(jù)，但因不能把輸入論域無限細分，只能劃分為有限的幾個等級，且由于系統(tǒng)沒有積分環(huán)節(jié)，所以在系統(tǒng)的平衡點附近容易產(chǎn)生振蕩或出現(xiàn)極限環(huán)。針對常規(guī)模糊控制器不能消除穩(wěn)態(tài)誤差的情況，我們設(shè)計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)曲線偏離平衡點即系統(tǒng)誤差趨勢增大時，引入積分作用；而在系統(tǒng)響應(yīng)曲線從偏離點趨向平衡點即系統(tǒng)誤差趨勢變小時，取消積分作用。并且k值的大小要適中，過大會使系統(tǒng)振蕩，過小體現(xiàn)不了積分作用。此設(shè)計思想可寫成如下表達式形式： 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）、正小（ps）、零（zo）、負?。╪s）、負中（nm）、負大（nl）7個模糊狀態(tài)，其相應(yīng)論域為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}13個等級。在充分考慮到控制系統(tǒng)的非線性、大時滯等情況