模糊控制在基于CAN總線(xiàn)的數據采集與控制系統中的應用

　　系統軟件所實(shí)現的功能為:采樣n時(shí)刻A/D轉換輸出值，與系統設定值和上次采樣值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，由相應的模糊化規則得到模糊值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。然后，根據E(n)和EC(n)的值直接查程序存儲器內的模糊控制總表或進(jìn)行積分運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，選擇適當的比例因子ku得到控制增量Δu，計算Δu+u(n-1)的值，即可得n時(shí)刻的控制量。該值可通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送給其它智能單元，進(jìn)行D/A轉換后即可控制現場(chǎng)設備或上位機做進(jìn)一步的處理以協(xié)調整個(gè)系統各控制單元的正常、有效的運行。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(xiàn)數據通信和對現場(chǎng)設備的狀態(tài)顯示與報警。由離線(xiàn)方式計算出的模糊控制總表可以直接以矩陣的形式寫(xiě)入芯片內部程序存儲器，其軟件設計流程如圖4所示。

4 仿真實(shí)驗

　　針對以上描述的模糊控制算法和控制系統設計思想，我們選擇某一被控系統做了仿真實(shí)驗。該被控系統的傳遞函數為:。從系統的傳遞函數可以看出，該系統非線(xiàn)性較強、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曲線(xiàn)如圖5所示。

　　其中，曲線(xiàn)1是在k_p=1、k_c=0.2和k_d=1.25參數下純PID控制的系統響應曲線(xiàn)，曲線(xiàn)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響應曲線(xiàn)。從系統控制響應曲線(xiàn)2來(lái)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)節相結合的方案，在系統響應偏離平衡點(diǎn)較遠時(shí)，只有模糊控制的作用，響應速度很快，曲線(xiàn)斜率大;而當響應接近平衡點(diǎn)且有偏離趨勢時(shí)，由于加入積分環(huán)節，曲線(xiàn)變化速率變慢，幾次作用后，系統響應最后在平衡點(diǎn)附近穩定或到達平衡點(diǎn)。與純PID控制器算法相比，它具有算法簡(jiǎn)潔、響應速度快等特點(diǎn)。同時(shí)要使系統達到快速響應且無(wú)超調，在參數選擇上是矛盾的，只憑固定的參數ke、kc和ku很難達到要求。因此，k_e、k_c和k_u參數的選擇可以根據E和EC的變化而調整以達到提高系統的穩態(tài)精度的目的，這樣整個(gè)控制系統既能達到控制的快速性，同時(shí)還能實(shí)現減少或消除系統穩態(tài)誤差的效果。

　　模糊控制和現場(chǎng)總線(xiàn)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(lái)的兩門(mén)新技術(shù);把智能控制與現場(chǎng)總線(xiàn)結合起來(lái)是以后工程控制中的主要應用方向。從整個(gè)控制系統的設計過(guò)程和仿真結果來(lái)看，系統的硬件結構相對比較簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現方便，系統控制效果理想，實(shí)時(shí)性好。