數字化舞臺布光燈具控制器的設計

由于不需要像Mamdani型那樣計算面積重心，Sugeno型的解模糊算法相對簡(jiǎn)單，運算量較小。

Mamdani型和Sugeno型有各自的優(yōu)勢，Mamdani型的優(yōu)點(diǎn)為：

· 直觀(guān)、符合人的習慣

· 廣泛被接受

Sugeno型的優(yōu)點(diǎn)為：

· 很高的運算效率

· 可以協(xié)同線(xiàn)性控制理論(如PID)

· 可以使用優(yōu)化和自適應技術(shù)

· 可以保證輸出平面的連續性

· 可以進(jìn)行數學(xué)分析

對于本項目，通過(guò)在PC機中進(jìn)行的仿真和實(shí)際測試表明，二者的輸出平面和控制效果相近。而Sugeno型運算量少，更適合在單片機中使用。

模糊控制器的輸出為PWM值，采用0階Sugeno模型推理，有五個(gè)輸出值：{反向高速，反向中速，停，正向中速，正向高速}，由NRun、NWalk、Prone、PWalk、PRun表示，模糊邏輯推理規則見(jiàn)表1。

表1 模糊邏輯揄規則

對于不同的燈具和自由度，NWalk和PWalk的數值是可調參數，從EEPROM中讀取，因此不能使用查表方式編程，而要進(jìn)行實(shí)時(shí)運算。為提高速度，在程序中所有的四則運算都是字節型和整型，避免使用浮點(diǎn)量，標準8051內核可以用一個(gè)指令完成，最長(cháng)為4個(gè)機器周期。模糊隸屬度值用0～255表示，而不是0～1，在運算最后一步再作歸一化處理。

由于在模糊控制器中缺乏積分環(huán)節，使得其無(wú)法對較小的殘差作出合理的反應。例如由于電機、機構的靜摩擦力的存在，當殘差較小時(shí)，電機無(wú)法啟動(dòng)。因此在控制器的輸出端疊加一個(gè)非線(xiàn)性的積分環(huán)節，只在殘差e較小、速度v為0的時(shí)候起作用，可以再處理這種情況。

圖6是燈具伺服特性的實(shí)測曲線(xiàn)(俯仰自由度曲線(xiàn))虛線(xiàn)表示設定值，實(shí)線(xiàn)是實(shí)際位置測量值。