基于ARM電冰箱模糊控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

2.3 解模糊

本系統(tǒng)采用加權(quán)平均法（重心法）[1]來求的輸出的精確量U 的值：
（2.3.1）

其中 則

…. （2.3.2）

其中，Ci為論域?qū)?yīng)值

圖2.3是模糊控制系統(tǒng)輸出曲面觀測(cè)器的輸出面。

在MATLAB命令窗口中鍵入simulink 建立一 wen.mdl文件如圖2.4，對(duì)模糊控制系統(tǒng)
進(jìn)行仿真，得到曲線如圖2.5。可以看出，仿真輸出曲線超調(diào)量有點(diǎn)大，但系統(tǒng)反應(yīng)較快即調(diào)節(jié)時(shí)間短，系統(tǒng)也比較穩(wěn)定。單從仿真來看模糊控制切實(shí)可行。

3 在ARM上實(shí)現(xiàn)模糊控制器

3.1硬件設(shè)計(jì)

本文采用的微處理器是PHILIPS公司出品的Lpc2214［3］。這是一款支持實(shí)時(shí)仿真、嵌入式跟蹤、在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程的ARM7TDMI-STMCPU微處理器，ARM7TDMI是目前低端的ARM核。微處理器LPC2214對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格的控制，這種可以使用16位Thumb的模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很??；由于這款微處理器具有很高的代碼處理速度、極低的功耗、多個(gè)32 位定時(shí)器、8路10位的ADC、PWM輸出以及多達(dá)9個(gè)外部中斷等特點(diǎn)；微處理器芯片自帶16K字節(jié)的片內(nèi)靜態(tài)RAM和256K字節(jié)的片內(nèi)閃存Flash，都可以用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或代碼；Lpc2214是144腳封裝，是一款總線開放的微處理器，允許直接連接并行存儲(chǔ)芯片；由于內(nèi)置了串行通信接口，它也適合于通信和各種類型的應(yīng)用。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。

3.2軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)論域?yàn)殡x散時(shí)，經(jīng)過量化后的輸入量的個(gè)數(shù)是有限的。因此可以針對(duì)輸入的不同組合離線計(jì)算出相應(yīng)的控制量，從而組成一張控制表，實(shí)際控制時(shí)只要直接查這張控制表即可，在線的運(yùn)算量是很少的。

由于LPC2214內(nèi)存足夠大，無需考慮內(nèi)存之憂。在LPC中如何實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則表是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，本系統(tǒng)采用二維矩陣形式存儲(chǔ)控制規(guī)則表，假設(shè)二維矩陣為control[13][13]。在LPC2214只能存儲(chǔ)數(shù)字量，故在內(nèi)存中模糊語言用十六進(jìn)制表示：輸入量E,DE量化后分別為x, y,且x,y＝｛-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6｝,在ARMz中則對(duì)應(yīng)a,b=｛0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12｝。假設(shè)E量化后x=-5, y=2,在ARM中對(duì)應(yīng)a=1,b=8查表時(shí)只需查control[1][8]則這樣表示無論從數(shù)據(jù)管理還是從查表方便而言，都具有極大的優(yōu)勢(shì)。

這種離線計(jì)算、在線查表的模糊控制方法比較容易滿足實(shí)時(shí)控制的要求。這種離線計(jì)算采用MATLAB計(jì)算出控制表，然后以二維矩陣形式存儲(chǔ)在ROM中，供在線查表。

另外，本設(shè)計(jì)還有一優(yōu)點(diǎn)，就是模糊控制結(jié)合傳統(tǒng)控制方法PID控制，其中TP＝6，TI＝0.001，TD＝1；軟件判斷E的大小范圍。

當(dāng)E>+6℃或E-6℃時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)跳到PID控制程序段，使系統(tǒng)能快速響應(yīng)；

當(dāng)-6℃
在ARM中實(shí)現(xiàn)模糊控制時(shí)，模糊化采用單點(diǎn)模糊集合，如果輸入量數(shù)據(jù)x0是準(zhǔn)確的，則通常將其模糊化為單點(diǎn)模糊集合。設(shè)模糊集合用A表示，則有3.2.1
（3.2.1）

模糊集合的隸屬度函數(shù)，根據(jù)論域?yàn)殡x散和連續(xù)的不同情況，隸屬度函數(shù)也有離散和連續(xù)兩種方法。本設(shè)計(jì)中隸屬度函數(shù)采用離散方法，也就是連續(xù)隸屬度簡(jiǎn)單離散化。解模糊用的仍然是重心法，只不過在求模糊控制規(guī)則表時(shí)，已用到這一步。控制主程序如圖4.1所示，模糊控制程序如圖4.2所示。

4 結(jié)論

模糊控制方法是一種的解決非線性、大滯后環(huán)節(jié)、變參數(shù)對(duì)象控制方法［4］，對(duì)無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模糊相對(duì)難求的系統(tǒng)可以取得比較滿意的效果。而且借助于MATLAB的模糊工具箱（fuzzy logic）和simulink仿真可以快速方便地設(shè)計(jì)仿真模糊控制系統(tǒng)。尤其是在家用電器的控制中模糊控制取得了越來越來廣泛的應(yīng)用，具有重大的實(shí)用意義。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為在ARM中用二維矩陣實(shí)現(xiàn)模糊控制表，簡(jiǎn)單易行、速度快、足以滿足實(shí)時(shí)性要求。