【正文】 ）決策過(guò)程也不能完全體現(xiàn)交警進(jìn)行信號(hào)控制的實(shí)際 狀況。因此把隊(duì)長(zhǎng)作為控制目標(biāo)，綜合考 慮各車道上的隊(duì)長(zhǎng)，以此決定綠燈信號(hào)分配的方法更接近人的決策過(guò)程 [8]。 在交通控制中，配時(shí)方案的優(yōu)化是非常關(guān)鍵的一步。深人開(kāi)展這種多學(xué)科的交叉綜合研究，將有助于智能控制理論的發(fā)展，使智能控制的理論及應(yīng)用研究更為深人，更有實(shí)際價(jià)值。對(duì)于單點(diǎn)控制，當(dāng)交叉口處于過(guò)飽和或者近飽和狀況時(shí)，無(wú)論多么智能的控制系統(tǒng)也將無(wú)能為力，仍然需要交通警察的指揮來(lái)疏導(dǎo)交通。智能交通系統(tǒng)的未來(lái)研究方向應(yīng)更重視人的能動(dòng)性，提供各種各樣的信息，從不同的方案中選擇最符合實(shí)際情況的一種。 （ 3）學(xué)習(xí)三菱公司 FX2N 系列 PLC 的原理以及 程序設(shè)計(jì)。因此，一個(gè)事物只用真假兩個(gè)值來(lái)劃分并不能描述某些事物的狀態(tài)以及他們之間的關(guān)系。模糊邏輯是研究含有模糊概念或帶有模糊性的陳述句的邏輯。到 1974 年 Momdoni 成功地研制出第一臺(tái)模糊控制器，從此模糊理論從一種思維方式變成了控制理論中的一種具體應(yīng)用。經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期研究和實(shí)踐形成的經(jīng)典控制理論，對(duì)于解決線性定常系統(tǒng)的控制問(wèn)題是很有效的，但對(duì)于非線性時(shí)變系統(tǒng)卻難以奏效，隨著計(jì)算機(jī)尤其是微機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，基于狀態(tài)變量描述的現(xiàn)代控制對(duì)于解決非線性、定長(zhǎng)或時(shí)變的多輸入多系統(tǒng)問(wèn)題，獲得了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于一些變量多，各種參數(shù)存在時(shí)變性，且具河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 模糊控制 9 有非線性，強(qiáng)藕合等特點(diǎn)的系統(tǒng)，建立精確的數(shù)學(xué)模型非常困難，難以進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 模糊控制的特點(diǎn) 模糊控制的特點(diǎn)如下： (l) 模糊控制系統(tǒng)不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，特別適宜于很難獲得準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng) (或過(guò)程 )與模糊對(duì)象。即使是建立了數(shù)學(xué)模型，由于利用了參數(shù)線性化處理、高階系統(tǒng)的降階處理、大系統(tǒng)的分割處理、參數(shù)估計(jì)的 誤差忽略處理等手段，所以模型難以表達(dá)系統(tǒng)特性，控制精度受到影響，一些自動(dòng)控制系統(tǒng)甚至不如手動(dòng)控制。而模糊控制器均以計(jì)算機(jī) (微機(jī)、單片機(jī)等 )為主體，因此它兼有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，如具有數(shù) 字控制的精確性與軟件編程的柔軟性等。 (5) 模糊控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。 (7) 模糊控制系統(tǒng)的人機(jī)界面具有一定程度的友好性，它對(duì)于有一定操作經(jīng)驗(yàn)但對(duì)控制理論不熟悉的工作人員來(lái)說(shuō)，很容易掌握，并且易于使用“語(yǔ)言”進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，更好的為操作者提供控制信息 [10]。否則 x 不屬于 A，記為 Ax? 。模糊集合定義為：給定論域 X 中的一個(gè)模糊集合，是指對(duì)任意 x，都為其指 定一個(gè)數(shù) ?x [0， 1]與之對(duì)應(yīng)，這個(gè)數(shù)稱為 x 的隸屬度。當(dāng)值域?yàn)?[0， 1]時(shí)，隸屬函數(shù)已蛻化成一個(gè)普通集合的特征函數(shù)，模糊集合 也就蛻變成為一個(gè)普通集合。絕對(duì)集合隸屬關(guān)系中隸屬度只能取“ 0”和“ 1”兩個(gè)值，即“是”和“非”。在模糊集合的基礎(chǔ)上扎德又推河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 模糊控制 11 出模糊推理方法，這種推理方法是模擬人的日常推理的一種近似推理，它是以一個(gè)模糊推理規(guī)則出現(xiàn)，它是一組類似于“如果?，則?”的模糊推理語(yǔ)句。一 個(gè)模糊控制器通常有三部分組成； (一 )模糊化：由于實(shí)際中輸入值通常是連續(xù)變化的，所以必須將輸入量變化范圍由相關(guān)專家評(píng)定來(lái)分成有限個(gè)級(jí)別，以便使輸入量對(duì)應(yīng)有限個(gè)模糊集。 (二 )模糊算法：通常是模糊推理規(guī)則，它是由若干個(gè)語(yǔ)句組成的表，例如：若 P則 Q，若 P或 Q則 S，若 A 則 B，否則 C等。在實(shí)際過(guò)程中，模糊控制器根據(jù)輸入的模糊量，按照模糊控制規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算、推理、判斷，最終給出控河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 模糊控制 12 制量。解模糊的過(guò)程就是將模糊推理得到的模糊集合映像到輸出量的普通集合的過(guò)程，即是從一個(gè)模糊量變?yōu)榍逦康倪^(guò)程。如果在多個(gè)論域元素上同時(shí)出現(xiàn)隸屬度 最大值，不能唯一確定，這時(shí)就應(yīng)用平均最大隸屬度法。 （ 4）取中位數(shù)法 取中位數(shù)法把控制作用模糊集的隸屬函數(shù)與橫坐標(biāo)所圍成的面積分為左右兩等份，取平分的點(diǎn)為判決結(jié)果。 客觀事物的復(fù)雜性，特別在隨機(jī)干擾情況下，人們對(duì)控制經(jīng)驗(yàn)和信息往往缺乏認(rèn)識(shí)，因此很難得到比較完善的模糊控制規(guī)則。首先模糊控制是在傳統(tǒng)控制在一定的應(yīng)用領(lǐng)域束手無(wú)策時(shí)另辟蹊徑產(chǎn)生的，但這并不能認(rèn)為模糊控制就可以取代以往的傳統(tǒng)控制，它們之間是相互滲透，相互彌補(bǔ)，協(xié)同發(fā)展的。隨著航天技術(shù)、大信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜的不確定性將傳統(tǒng)的控制方法逼進(jìn)了死胡同，模糊控制系統(tǒng)重新發(fā)掘和發(fā)展是人們認(rèn)識(shí)上的又一次轉(zhuǎn)變。 交通燈系統(tǒng)運(yùn)用模糊控制的原因 交通系統(tǒng)是一個(gè)具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，因此其數(shù)學(xué)模型的建立非常困難，有的甚至無(wú)法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。在交通控制領(lǐng)域，它能模仿有經(jīng)驗(yàn)的交警指揮交通時(shí)的思路，取得很好的控制效果。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。到 1971 年，己經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè) 。這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品已開(kāi)始使用微處理器作為 CPU， PLC(可編程邏 輯控制器 )成為真正意義上的 PC(可編程控制器 )(尚未正式命名 )，而存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品己采用 8 位和 16 位微處理器作為 CPU，部分產(chǎn)品還采用了多微處理器結(jié)構(gòu)。 第一代 PLC 功能太弱，已基本淘汰 ； 第四代 PLC 面向復(fù)雜大型系統(tǒng)，應(yīng)用還不廣泛。控制點(diǎn)不大于 2048 點(diǎn)為中型 PLC。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。 (5) 不允許出現(xiàn)橋式電路。 (2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便。 PLC 的配置、安裝、使用和維護(hù)都很簡(jiǎn)單，方便， PLC 標(biāo)準(zhǔn)的積木式結(jié)構(gòu)與模塊化的程序設(shè)計(jì)可以適應(yīng)大小不同、功能河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 智能交通燈的硬件設(shè)計(jì) 16 復(fù)雜的控制要求，并能適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格或者工藝要求的變化，從而可以節(jié)省大量的人力和物力。 FX2N 系列 PLC 是日本三菱公司繼 F1， F2 系列 PLC 之后新推出的小型機(jī)。處理速度為 。高速計(jì)數(shù)器 1 相 1 輸入11 點(diǎn)， C235— C245， 1 相 2 輸入 5 點(diǎn)， C246— C可直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器。 LT 為燈測(cè)試端，加 低 電平時(shí)，顯示器正常顯示，加 高 電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼 “8” ，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。 VDD 接高電平， VSS 接低電平。 （ 3） 能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電 路兼容。 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 接 地。因此，可選用日本三菱 FX2N32MT 的 PLC 作為控制器核心，它有 16個(gè)輸入點(diǎn)， 16個(gè)輸出點(diǎn)，繼電器輸出。 步驟 如下 ： （ 1）將 HEF4511BP，七段數(shù)碼管，按鍵，發(fā)光二極管， USB接口，電阻引腳放入電 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 智能交通燈的硬件設(shè)計(jì) 19 路板上。 （ 4）將 HEF4511BP 上剩下的控制和電源引腳接到對(duì)應(yīng)的電源正負(fù)極上。將相關(guān) 涉及 到 電源和接地的部件與 USB 正負(fù)極相連。其一是固定的最小時(shí)間 t1 為 12s，其二是根據(jù)車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的綠延時(shí) t2?？偟囊唤M控制策略的模糊矩陣為各個(gè)模糊關(guān)系矩陣求“并” [21]。 交通燈控制時(shí)序圖 如下圖 。 （ 1） PLC 接受來(lái)自東西方向進(jìn) 入路口車輛信號(hào) X X5和東西方向通過(guò)路口車輛信號(hào) X X4。 二．南北 方向數(shù)據(jù)采集及處理 。 （ 4） 根據(jù)停留車輛 D14 計(jì)算 南北 綠 燈延時(shí) 的時(shí)間 T4。 310 步：控制東西黃燈亮滅。 698 步：控制東西紅燈亮滅 。 如圖 。 打開(kāi)三菱 FX 系列 PLC 編程軟件，選擇 PLC 的類型，選擇 FX2N 后點(diǎn)確認(rèn)，如圖 PLC類型設(shè)置圖。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 26 圖 編程保存圖 最后，轉(zhuǎn)換到梯形圖的指令表界面中，見(jiàn)圖 。 理論知識(shí)方面： 在 這次設(shè)計(jì) 中 ， 我 深入學(xué)習(xí)了三菱可編程控制器 FX2N 和模糊控制理論及其相關(guān)知識(shí)， 從中獲取了許多有益的東西，對(duì)于課本的理論知識(shí)和實(shí)際的應(yīng)用關(guān)系有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí) 。 PLC的應(yīng)用是以 PLC 為程控中心，組成電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。 在 FX2N 系列編程軟件上編好程序后，讀入到三菱 FX2N32MT 中。調(diào)試過(guò)程也是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和改正錯(cuò)誤的過(guò)程，在實(shí)踐中不斷完善。 智能交通燈的展望 智能控制特別是模糊控制技術(shù)是真正符合交通系統(tǒng)特點(diǎn)的一種控制方法，能夠適應(yīng)交通系統(tǒng)復(fù)雜多變的局面，可獲得比傳統(tǒng)的定時(shí)控制、感應(yīng)式控制方法更好的控 制效果，必將成為未來(lái)交通控制的主要形式。剛開(kāi)始寫(xiě)論文時(shí)沒(méi)有分清主次，排版雜亂。 本次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力。當(dāng)我拿到課題后首先對(duì)它進(jìn)行分析，熟悉系統(tǒng)控制對(duì)象，接著進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，所有這些確定后才開(kāi)始真正的設(shè)計(jì)即編制程序。本次設(shè)計(jì)解模糊過(guò)程中采用了加權(quán)平均法。 交通系統(tǒng)通過(guò)模 糊控制無(wú)須數(shù)學(xué)建模，就模仿了有經(jīng)驗(yàn)的交警指揮交通時(shí)的思路，達(dá)到很好的控制效果。 圖 編程界面圖 進(jìn)行梯形圖編寫(xiě)。 使離線調(diào)試如軟元件監(jiān)視和仿真等功能成為可能。其中 M為輔助繼電器。 654 步：控制南北綠燈亮滅。 燈亮?xí)r序控制程序： 13 步：設(shè)置啟動(dòng)停止按鈕 X0、 X1。 （ 2）分別 計(jì)算東 ， 西方向停候等車的數(shù)量 D12=D10D8 和 D13=D11D9。 （ 3）求 D6=MAX{D4,D5}。因此，交通燈控制程序主要由隊(duì)長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集程序、綠延時(shí)查表程序、燈亮程序和時(shí)間顯示程序組成 [22]。首先東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 (亮燈延時(shí)時(shí)間由隊(duì)長(zhǎng)決定 )，當(dāng)東西方向綠燈滅轉(zhuǎn)黃燈亮 3s； 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 (亮燈延時(shí)時(shí)間由隊(duì)長(zhǎng)決定 )，當(dāng)南河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 23 北方向綠燈滅轉(zhuǎn)黃燈亮 3s；接著又轉(zhuǎn)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，如此循環(huán)，直到按下停止按鈕結(jié)束。 將測(cè)得的隊(duì)長(zhǎng)可看作模糊變量 l，其論域?yàn)椋?L={1， 3， 5， 7， 9， 11， 13， 15，17， 19， 21}，取 7 個(gè)語(yǔ)言值： l1(很長(zhǎng) )， l2(長(zhǎng) )， l3(較長(zhǎng) )， l4(中等 )， l5(較短 )， l6(短 )， l7(很短 )，賦值表如表 所示： 表 語(yǔ)言變量 l賦值表 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 21 語(yǔ)言值 li 隊(duì)長(zhǎng) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 綠燈追加時(shí)間 t2 同樣看作模糊變量 g ， 其 論 域 為 ：G={5,10,15,20,25,30,35,40,45},取 7個(gè)語(yǔ)言值： g1(很多 )， g2(多 )， g3(較多 )，g4(適中 )， g5(較少 )， g6(少 )， g7(很少 )，賦值表如表 所示： 表 語(yǔ)言變量 g賦值表 語(yǔ)言值gj 綠延時(shí) /s 5 10 15 20 25 30 35 40 45 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 根據(jù) 交警的控制經(jīng)驗(yàn)一般可總結(jié)出下列 7 條控制規(guī)則： ?,2,1, ??? igiglil 則若 式（ ） 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 22 根據(jù)模糊控制理論知道，一個(gè)完整語(yǔ)言控制策略是由很多不同的語(yǔ)言控制策略所組成的。 圖 電路板布局圖 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 20 交通信號(hào)模糊控制算法的設(shè)計(jì)思想 在十字路口的車道上，分別設(shè)置 2 個(gè)環(huán) 型傳感器式檢測(cè)器，一個(gè)設(shè)在十字路口處，用于檢測(cè)離開(kāi)的車輛數(shù)；另一個(gè)設(shè)在距第一個(gè)環(huán)型檢測(cè)器約 100m 處，用于檢測(cè)到達(dá)的車輛數(shù)。 （ 6