基于FPGA的模糊PID控制器設計

1．2 模糊化挨塊
模糊化過(guò)程是使用兩個(gè)模糊器模塊完成的，每一個(gè)變量對應一個(gè)模糊器模塊。每一個(gè)模糊器模塊輸入一個(gè)變量，產(chǎn)生四個(gè)輸出，即表示兩個(gè)主動(dòng)模糊集序列的i和i+1，及變量所對應的隸屬度μi和μi+1。模糊器模塊由三部分構成：存儲器、轉換器和增量器。存儲器模塊用作查找表，存放的是每個(gè)輸入變量的隸屬度值和主動(dòng)模糊集數。
存儲器模塊中每個(gè)字節被分為兩個(gè)部分。第一部分表示第一個(gè)主動(dòng)模糊集的序列號，第二個(gè)主動(dòng)模糊集的序列號是通過(guò)增量器在第一個(gè)主動(dòng)模糊集序列號上加1獲得的。字節的第二部分，表示第一個(gè)主動(dòng)模糊集中輸入變量的隸屬度數值。在第二個(gè)主動(dòng)模糊集中，輸入變量的隸屬度值是1減去第一個(gè)輸入變量的隸屬度值。即兩個(gè)連續模糊集的隸屬度值之和為1，用式(3)表示：
μi+μi+1=1 (3)
1．3 推理機模塊
設計中使用的推理機模塊是建立在主動(dòng)規則選擇機制上的。主動(dòng)規則選擇器模塊使用的信息來(lái)源于模糊器中的主動(dòng)模糊集，且僅發(fā)主動(dòng)規則。通過(guò)這種方式使用模糊選擇器，可使被處理的規則的數目減少很多，主動(dòng)規則數目用式(4)表示：
N=Vm (4)
式中：N為主動(dòng)規則數目；m為輸入數；V為重疊模糊集的最大數目。在設計中，假設m=2，V=2，則每次主動(dòng)規則的數目為Vm=22=4個(gè)。
除了主動(dòng)規則選擇器模塊，推理機還有另外兩個(gè)模塊。規則存儲模塊和最小電路模塊。3個(gè)模塊的連接圖如圖4所示。

1．4 解模糊化模塊
解模糊化是在解模糊器中完成的，采用的是重心法，用式(5)表示：

式中：N為規則數；μk為第k條規則的適應度；βk為第k條規則輸出隸屬度函數的解模糊化數值。