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

　　系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能為:采樣n時(shí)刻A/D轉(zhuǎn)換輸出值，與系統(tǒng)設(shè)定值和上次采樣值e(n-1)比較得n時(shí)刻偏差e(n)和偏差變化率e_c(n);選擇合適的量化因子k_e和k_c，由相應(yīng)的模糊化規(guī)則得到模糊值E(n)和EC(n);分析E(n)和EC(n)的變化趨勢以確定是否加入積分環(huán)節(jié)。然后，根據(jù)E(n)和EC(n)的值直接查程序存儲(chǔ)器內(nèi)的模糊控制總表或進(jìn)行積分運(yùn)算得到模糊控制增量。最后，對加入或不加入的模糊控制增量采用最大隸屬度原則進(jìn)行模糊判決，選擇適當(dāng)?shù)谋壤蜃觡u得到控制增量Δu，計(jì)算Δu+u(n-1)的值，即可得n時(shí)刻的控制量。該值可通過CAN總線傳送給其它智能單元，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后即可控制現(xiàn)場設(shè)備或上位機(jī)做進(jìn)一步的處理以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)各控制單元的正常、有效的運(yùn)行。智能控制單元在處理以上任務(wù)的同時(shí)還要完成與CAN總線數(shù)據(jù)通信和對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)顯示與報(bào)警。由離線方式計(jì)算出的模糊控制總表可以直接以矩陣的形式寫入芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，其軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

　　針對以上描述的模糊控制算法和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，我們選擇某一被控系統(tǒng)做了仿真實(shí)驗(yàn)。該被控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:。從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以看出，該系統(tǒng)非線性較強(qiáng)、純滯后大(T=1s);對純PID控制算法和本論文討論的模糊控制算法的階躍響應(yīng)曲線如圖5所示。

　　其中，曲線1是在k_p=1、k_c=0.2和k_d=1.25參數(shù)下純PID控制的系統(tǒng)響應(yīng)曲線，曲線2是在k_e=48、k_c=80和k_u=7情況下采用模糊控制算法的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。從系統(tǒng)控制響應(yīng)曲線2來看，由于該模糊控制器采用了純模糊控制算法和加入積分環(huán)節(jié)相結(jié)合的方案，在系統(tǒng)響應(yīng)偏離平衡點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，只有模糊控制的作用，響應(yīng)速度很快，曲線斜率大;而當(dāng)響應(yīng)接近平衡點(diǎn)且有偏離趨勢時(shí)，由于加入積分環(huán)節(jié)，曲線變化速率變慢，幾次作用后，系統(tǒng)響應(yīng)最后在平衡點(diǎn)附近穩(wěn)定或到達(dá)平衡點(diǎn)。與純PID控制器算法相比，它具有算法簡潔、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。同時(shí)要使系統(tǒng)達(dá)到快速響應(yīng)且無超調(diào)，在參數(shù)選擇上是矛盾的，只憑固定的參數(shù)ke、kc和ku很難達(dá)到要求。因此，k_e、k_c和k_u參數(shù)的選擇可以根據(jù)E和EC的變化而調(diào)整以達(dá)到提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度的目的，這樣整個(gè)控制系統(tǒng)既能達(dá)到控制的快速性，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)減少或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的效果。

　　模糊控制和現(xiàn)場總線是近些年控制領(lǐng)域向智能化、全面化、快速化方向發(fā)展而建立起來的兩門新技術(shù);把智能控制與現(xiàn)場總線結(jié)合起來是以后工程控制中的主要應(yīng)用方向。從整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和仿真結(jié)果來看，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)相對比較簡單，軟件實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)控制效果理想，實(shí)時(shí)性好。