薛大慶

哈爾濱達(dá)宇通信技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080

模糊系統(tǒng)技術(shù)具有語詞計(jì)算和處理不精確性、不確定性信息的能力，是解決許多實(shí)際復(fù)雜控制問題的有效方法。模糊控制器利用模糊集合理論將專家知識(shí)或操作人員經(jīng)驗(yàn)形成的語言規(guī)則直接轉(zhuǎn)化為自動(dòng)控制策略。通常使用模糊規(guī)則查詢表，用語言知識(shí)模型來設(shè)計(jì)和修正控制算法。

CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件，是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、適用范圍廣、開發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測(cè)試、保密性強(qiáng)。可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。

Altera的MAXII 系列CPLD具有低功耗、低成本、高速度等特點(diǎn)，在現(xiàn)有CPLD產(chǎn)品中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

1 模糊控制器結(jié)構(gòu)

整個(gè)控制器硬件分為3部分：

1）模糊化：利用規(guī)定的隸屬函數(shù)將真實(shí)的確定量轉(zhuǎn)換成模糊量；

2）模糊推理及結(jié)論合成：利用以IF-THEN形式給出的控制規(guī)則將輸入模糊量轉(zhuǎn)化為輸出模糊量，并將多條控制規(guī)則所形成的輸出加以合成；

3）結(jié)果非模糊化：將控制器輸出的模糊結(jié)果非模糊化，形成控制所需的確定值。

2 模糊控制器設(shè)計(jì)

1）模糊化

對(duì)于模糊化這里采用最簡便易行的查表法，利用MAXII內(nèi)嵌的8kFLASH存儲(chǔ)器可以很容易構(gòu)成一個(gè)模糊化表，變量量化采用8bit，模糊化結(jié)果為6bit，每個(gè)確定值模糊化后為{NL,NS,PS,PL},模糊結(jié)果采用兩個(gè)8bit，分別是2bit隸屬度（11=NL,10=NS，00=PS,01=PL），6bit隸屬度值。邏輯結(jié)構(gòu)如圖2。因?yàn)槊看尉_值輸入均轉(zhuǎn)化成兩項(xiàng)模糊值，所以每次精確值輸入對(duì)應(yīng)兩次輸出值。

圖1

圖2

2）模糊推理及結(jié)論合成

下表是本設(shè)計(jì)所采用的推理規(guī)則：

0 E NL NZ PZ PL NL PL PZ PZ NZ NZ PZ NZ NZ NL PZ NZ NZ NL NL PL NZ NL NL NL CE 際復(fù)的語修正

每條規(guī)則對(duì)應(yīng)一個(gè)推理器。其VHDL程序如下：（此處省略該程序）

將輸出分別送入推理器，由于每次精確值輸入對(duì)應(yīng)兩次模糊值輸出，所以在一次運(yùn)算中推理器每個(gè)工作兩次，共產(chǎn)生32個(gè)結(jié)果。

綜合器將結(jié)果綜合，產(chǎn)生一個(gè)模糊結(jié)論向量。綜合算法采用模糊加法。

為了節(jié)約CPLD中的邏輯資源，綜合器采用串行工作方式，先將結(jié)果存儲(chǔ)器清零，然后每個(gè)結(jié)果依次與結(jié)果存儲(chǔ)器相加，最后產(chǎn)生結(jié)論向量。

3）非模糊化：非模糊化采用重心法，公式為：非模糊化結(jié)果直接以PWM形式輸出。

3 結(jié)論

通過對(duì)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬和在某型等離子切割機(jī)機(jī)頭調(diào)高器中的實(shí)際應(yīng)用表明，采用CPLD設(shè)計(jì)通用高速模糊控制器具有以下特點(diǎn)：

1）電路簡單：與采用的DSP或FPGA相比可大大簡化電路，降低功耗，提高抗干擾能力；

2）控制運(yùn)算速度快：采用MAXII時(shí)經(jīng)測(cè)定運(yùn)算速度可達(dá)到每秒1000萬條規(guī)則，和DSP相當(dāng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單片機(jī)控制器；

3）實(shí)用性強(qiáng)：CPLD使用設(shè)計(jì)簡單，可現(xiàn)場編程，控制算法，修改容易；

4）成本低：CPLD價(jià)格遠(yuǎn)低于DSP和FPGA，與單片機(jī)相當(dāng)，還可將其他邏輯電路集成在芯片內(nèi)，進(jìn)一步簡化電路，降低成本。

[1]李士勇.模糊控制.神經(jīng)控制和職能控制論.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004，1.

[2]陳梅，楊琳琳，李鑫.直流調(diào)速系統(tǒng)的模糊/PID控制器設(shè)計(jì)，2008，2.

[3]MAX II Device Handbook.Altera Corporation，2009，8.