作者：中科院沈陽自動化研究所五室（110003）王毅峰 李令奇 來源：《電子技術應用》 模糊控制在基于can總線的數(shù)據(jù)采集與 控制系統(tǒng)中的應用 摘要：介紹了如何的把把模糊算法與can部線結合起來應用于控制系統(tǒng)；并設計了一種智能型模糊控制算法，給出了系統(tǒng)的整體結構和現(xiàn)場模糊控制單元的硬件實現(xiàn)電路及其軟件設計思路。系統(tǒng)的仿真結果表明，該系統(tǒng)實時性好、控制精度較高。 關鍵詞：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。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)先權的總線仲裁技術； （2）采用短幀結構，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，我們設計了一種采用can總線技術和模糊控制技術的控制系統(tǒng)，其結構框圖如圖1所示。 2 模糊控制器的設計 模糊控制器的設計主要是設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，我們設計了一種智能型模糊控制器，其結構圖如圖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?。╬s）、零（zo）、負小（ns）、負中（nm）、負大（nl）7個模糊狀態(tài)，其相應論域為{-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