NLX230型模糊控制器及其嵌入式应用研究VIP免费

第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共12页NLX230型模糊控制器及其嵌入式应用研究1引言在自动控制领域，模糊控制理论及其应用的研究取得了很大的进展，美国NeuraLogix公司推出的NLX230型单片模糊控制器是一种可编程的超大规模集成模糊逻辑微处理器FMC（FuzzyMicroController），根据模糊逻辑原理对输入条件进行模糊逻辑运算，得到最优的动作，通过执行并行操作控制输出，其处理速度高达30M规则/秒，具有与计算机的接口电路、与外接EEPROM的接口电路和晶体振荡器接口电路，可广泛应用于过程嵌入式控制、模式匹配，人工智能，机器人及专家系统。2NLX230的设计特点与工作原理模糊逻辑在控制领域的应用原理是利用模糊逻辑器件通过"项"和"规则"去构造任意复杂的线性和非线性函数，再根据输入状态经过模糊推理，找到最佳的输出动作值并应用于控制过程，从而使模糊逻辑获得类似于人类专家似然推理的能力。NLX230基于条件用模糊逻辑规则计算出优化的输出操作。输入值在用户定义的隶属函数中按适合的程度排序。为了实施有效的数字化，采用1个线性对称隶属函数或最简单的最大/最小模糊参考方法，规则决定了在输入时所需的状态集，每一规则至多包含16个项，每1个项与1个"清晰"输入/模糊隶属函数配对。1个当前值是对用户在某一规则下的输出值合计的修改。对于所有的输入和输出，输入排序与规则处理是并行的。单片式24位宽的规则存储器最多可存64个规则，所有输入都可共享这些规则。根据需要每个输出可以被编程为最多用64个规则，任一个输出所用的规则个数是其他规则所用的规则的剩余数。模糊逻辑原理的高效数字化实现使NLX230在低价格下获得高处理速度（30M规则/秒）。2.1距离测量的相似判决原理NLX230型单片模糊集成控制器利用模糊逻辑元件将输入与隶属度函数结合起来，确定输入对于被选定的隶属函数中心值的距离，通过距离测量进行相似决策。由于最佳隶属第2页共12页第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共12页函数的形状与系统中传感器特性、控制响应及其他动态特性有关，因而确定最佳隶属函数形状往往是很困难的（当然，在某些情况下可以根据经验确定）。NLX230型单片模糊控制器在设计上采取了一种新的方法，不依赖隶属函数的形状和确值输入与隶属函数的交点，而且测算出输入与选定的隶属函数的中心点的距离，其原理如图1所示。不考虑隶属函数的区间和输入的单调，而测量输出与中间位置的距离，距离用中心位置减去输入，忽略符号。确值输入Xa离中心点越远，其隶属值越低，反之，其隶属值越高。当确值输入Xa正好位于中心点位置时，则隶属值最大。有二种不同类型的隶属函数，对于第一种隶属函数，确值输入离中心点愈近，隶属值愈大，如果确值输入落入隶属函数的宽度范围之外，那么隶属值最小。对于第二隶属函数，当确值输入落入隶属函数的宽度范围之内时隶属值最小。距离测量的优点有二：其一是使设计者在保留重要信息的同时不必决定复杂隶属函数的形状；其二是这种方法提供了相似判决的简单途径。2.2确值输入向模糊逻辑量的转换确值输入向模糊逻辑量的转换是通过测量距离的相似判决模糊逻辑单元实现的，在相似判决模糊逻辑单元内求取隶属值的电路结构如图2所示。模糊逻辑单元内被选定的隶属函数中心点值和确值输入送进减法器计算出差值ac，该差值与隶属函数宽度值相比较，只有当差值在宽度范围内时，隶属值计算器才输出结果（该结果等于从允许的最大隶属值中减去差值ac，如图1所示），否则，隶属值计算器输出将被置零或置最小值。隶属值实际上是1个模糊逻辑量，用μ（或d）表示。第3页共12页第2页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共12页3NLX230的内部结构和引脚功能NLX230型模糊控制器的内部结构如图3所示，它由模糊输入选择器，16个模糊单元、最小和最大比较器、规则寄存器、输出寄存器和定时控制等部分组成，完成模糊推理运算并作出控制决策。3.1模糊输入选择器和模糊单元8选1多路选择器控制NLX230中16个模糊单元的每个单元的输入。模糊单元求取输入量对用...