【正文】 E、 EC 和總的控制規(guī)則 R，根據(jù)推理合成規(guī)則進(jìn)行模糊推理得到模糊控制量 U為： U=(E*EC) 1T *R 6．逆模糊化。但是，模糊控制器輸入量往往可選擇為系統(tǒng)輸出量的誤差、誤差變化率及誤差變化的變化率，輸出量一般為 1 個(gè)，即系統(tǒng)的控制量。但是，由于模糊控制器輸入的維數(shù)增多，控制規(guī)則的選取越來(lái)越困難， 相應(yīng)的控制算法越來(lái)越復(fù)雜。 建立模糊控制器的控制規(guī)則 模糊控制器的控制規(guī)則是以手動(dòng)控制策略為基礎(chǔ)的。一般而言，非模糊化方法有三種： 1．最大隸屬度方法該方法是選擇模 糊子集中隸屬度最大的元素稱為控制量。 論域、量化因子及比例因子的選擇 論域及基本論域 我們把模糊控制器的輸入變量誤差，誤差變化的實(shí)際范圍稱為這些變量的基本論域。量化因子一般用 K 表示，誤差的量化因子 Ke 及誤差變化的量化因子 Kec 分別由下面兩個(gè)公式來(lái)確定，即 : Ke=n/xe 式 () Kec=m/xec 式 () 在模糊控制器實(shí)際工作過(guò)程中，一般誤差和誤差變化的基本論域選擇范圍要比模糊論域選擇范圍小得多，所以量化因子一般都遠(yuǎn)大于 1。 量化因子 Ke 及 Kec 的大小對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響很大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，量化因子和比例因子也時(shí)非常重要的。關(guān)于基本論域的選擇，由于事先對(duì)被控對(duì)象缺乏先驗(yàn)知識(shí)，所以誤差及誤差變化的基本論域只能做初步選擇，待系統(tǒng)調(diào)整時(shí)再進(jìn)一步確定。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） *u ，或取 [u1 * ， up * ]的中點(diǎn)（ u1 * +up * ） /2（其中 u1 * =u2 * =… =u *p ）作為控制量。這里將用模糊條件語(yǔ)句來(lái)表示二維模糊控制器 ： “若 e is A and ec is B，則 u is C”。 精確量的模糊化 將精確量 (實(shí)際上是數(shù)字量 )轉(zhuǎn)化為模糊量的過(guò)程稱為模糊化或稱模糊量化。由于這種控制器的輸入 量除了誤差外，還增加了誤差變化率，因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能較一維模糊控制器好，這種結(jié)構(gòu)反映模糊控制器具有 PD 控制規(guī)律，從而有利于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并可減少系統(tǒng)的超調(diào)量，削弱系統(tǒng)的振蕩現(xiàn)象。即要確定哪些量作為模糊控制器的輸入量，哪些量作為輸出量。 4．控制規(guī)則。 模糊控制器的組成如 圖 所示 ，它主要包括輸入量的模糊化、模糊推 理和 逆模糊化 (或稱模糊判決 )三部分。在實(shí)際工作中，隸屬函數(shù)選擇好壞的標(biāo)準(zhǔn)只能看是否符合客觀實(shí)際。當(dāng)模糊集隸屬函數(shù)的值域?yàn)?{0,1}時(shí)， A 就蛻化為普通集，μ (u)則變?yōu)槠胀奶卣骱瘮?shù)。對(duì) 于普通 集合來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)元素要么屬于該集合，要么不屬于，非此即彼，界限分明，決不模棱兩可。 1986 年，在日本，基于模糊控制技術(shù)所開(kāi)發(fā)的產(chǎn) 品 及系統(tǒng)開(kāi)始出 現(xiàn)，并在實(shí)際應(yīng)用中取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此，把模糊控制技術(shù)運(yùn)用到雨刮同步控制中 ，可以使系統(tǒng)有良好的控制效果。當(dāng) P0接口輸出 09H 時(shí)，則鎖存器 74LS125 中的 2， 3 號(hào) 三態(tài)門(mén)打開(kāi)，使得 v2 和 v3 接通， v1和 v4 關(guān)斷，電流由右向左流過(guò)電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。智能雨刮器的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。在復(fù)位期間 CPU 檢測(cè)并鎖存其引腳電平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該引腳為高電平時(shí)，從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器取指令，只有當(dāng)程序計(jì)數(shù)器 PC超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址編碼范圍時(shí)，才能到外部 ROM 中取指令；當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，一律從外部程序存儲(chǔ)器中取指令。 RD ()：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 在讀寫(xiě)外部存儲(chǔ)器時(shí) ， P2 口輸出高八位地址 A15～ A8。把雨滴傳感器單片機(jī)的定時(shí)時(shí)間選為 60ms，則最多可以測(cè)出 20個(gè)脈沖，用 60ms中脈沖的數(shù)量來(lái)確定雨量的多少：小于 3個(gè)脈沖視為無(wú)雨，沒(méi)有啟動(dòng)雨刮器的必要； 3~12個(gè)脈沖為小雨，雨刮器此時(shí)工作在慢速檔； 12~20個(gè)脈沖為大雨，雨刮器工作在高速檔；大于 20個(gè)脈沖無(wú)法檢測(cè)到，也視為無(wú)雨對(duì)待。C 的容量不易超過(guò) 。這種濾波器經(jīng)常用于抗干擾的設(shè)備中，以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號(hào)，而消除高頻段及低頻段的干 擾和噪聲。所以電源電壓的變化 ,對(duì)發(fā)射頻率的影響可忽略 .但對(duì)紅外光發(fā)射強(qiáng)度的影響不容忽略 ,須采取提高穩(wěn)定發(fā)射強(qiáng)度的措施 ,方法是采取恒流源技術(shù)或窄脈沖發(fā)射的措施 ,能使紅外輻射強(qiáng)度保持不變 [3]。采用 4個(gè)一組，兩組并聯(lián)的方 式，由 555定時(shí)器驅(qū)動(dòng)，發(fā)出頻率為 38 kHz的紅外光。為使系統(tǒng)靈敏可靠，擋風(fēng)玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個(gè)較好的比例 [1]。 前兩種雨滴傳感器需要放在汽車(chē)的外部，而本文所研制的雨滴傳感器需要放在汽車(chē)的內(nèi)部，即駕駛室一側(cè)的風(fēng)擋玻璃上。 壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強(qiáng)弱和雨量作振動(dòng)；將雨滴的沖擊能量變換成電壓波形，再輸入到雨刮控制器。由于生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，兩個(gè)雨刮電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能完全一樣，就會(huì)存在兩個(gè)雨刮片擺動(dòng)不同步的問(wèn)題。 論文的內(nèi)容 論文結(jié)合智能雨刮系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行了以下幾個(gè)問(wèn)題的研究： 1．論文總結(jié)了汽車(chē)雨刮器的發(fā)展歷程以及汽車(chē)傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，提出了研制汽車(chē)雨滴傳感器的重要意義。伴隨著其他一些技術(shù)革新，比如雨滴傳感器、可變位刮水臂、刮水器的出現(xiàn)，就更擴(kuò)大了刮拭的范圍，刮水器成為了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。為了滿足人們對(duì)汽車(chē)日益提高的要求，汽車(chē)研發(fā)及生產(chǎn)機(jī)構(gòu)必然要將 越來(lái)越多的電子產(chǎn)品引入到汽車(chē)上，智能控制系統(tǒng)也成為汽車(chē)革新的主要內(nèi)容。 本文分析了三種雨滴傳感器的組成原理，基于光強(qiáng)變化的原理 設(shè)計(jì)了 一種新型 的 汽車(chē)紅外線雨滴傳感器。 本文基于單片機(jī)完成了對(duì)雨滴傳感器及模糊控制的軟、硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了 MATLAB仿真， 仿真實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效的抑制超調(diào)現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能。汽車(chē)從只有平添駕駛發(fā)展到成為全天候的駕駛。采用雨滴感應(yīng)式自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)可以使駕駛員免除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車(chē)的安全性 。汽車(chē)工業(yè)在其發(fā)展過(guò)程中所日益顯示的對(duì)于高新技術(shù)的可容性和電子化趨勢(shì)，使得模糊技術(shù)頗受各國(guó)汽車(chē)公司和廠商的重視，并由此掀起了一股模糊技術(shù)用于汽車(chē)的熱潮。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第二章 智能雨刮器的原理及種類(lèi) 現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的雨滴檢測(cè)雨刮器 ，將雨滴 傳感器檢出的雨量變成電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小， 控制刮雨器動(dòng)作。利用靜電容的變化，改變振蕩電路的振蕩頻率，從而控制雨刮器的動(dòng)作。（玻璃 空氣）之間。 發(fā)射管 發(fā)射管采用西門(mén)子公司出產(chǎn)的 SFH421作為光源，實(shí)物圖如圖 210所示。 當(dāng) vc 降到 31 vc c 時(shí) ， 觸發(fā)器又被置位 ， v0 翻轉(zhuǎn)為高電平。 SFH320是 NPN型硅光電三極管。輸入端的電阻 R和電容 C組成低通電路，另一個(gè)電容 C和電阻 R2 組成高通電路，二者串聯(lián)起來(lái)接在集成運(yùn)放的同相輸入端 [4]。 輸出端連接 Q Q Q Q Q Q Q7就可以對(duì)輸入端 1腳的信號(hào)進(jìn)行 1 3 6 128分頻。 T2（ ）：定時(shí)器 T2的計(jì)數(shù)輸入端或定時(shí)器 T2 的時(shí)鐘輸出端。 T0()：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0的 外部輸入端。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，用 ALE信號(hào)下降沿鎖存從 P0 口輸出的第八位地址信息 A7～ A0，以便隨后將 P0 作為數(shù)據(jù)總線使用。三態(tài)門(mén)的功能表如表 所示 ： 表 三態(tài)門(mén)的功能表 輸 入 輸 出 EN A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 高阻態(tài) 1 1 高阻態(tài) 從 表 中 可以看出，在三態(tài)使能端 EN的控制下，輸出端 Y 有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)，高阻態(tài)、關(guān)態(tài)（高電平）、開(kāi)態(tài)（低電平）。同理， 74LS125 中內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 的 三態(tài)門(mén) 4輸出為 高電平， 因此光電隔離器 LEI4 發(fā)光并導(dǎo)通，因而使 v4導(dǎo)通。通過(guò)改變單片機(jī)輸出 PWM 脈寬信號(hào)的占空比，來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，從而改變雨刮電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 [8]。自從 1974 年英國(guó)的 首先把模糊語(yǔ)言組成的模糊控制器用于控制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，在以后的二十多年中，模糊控制在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越受 到 人們的重視。但從廣義上可將它定義為 ：“模糊控制指的是以模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一 類(lèi) 計(jì) 算機(jī)數(shù)字控制方法”或者定義為“基于模糊集合理論、模糊邏輯，并同傳統(tǒng)的控制理論相結(jié)合，模擬人的思維方式，對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制方法”。模糊集 A 就是以這個(gè)隸屬函數(shù)為特征 的集合。 (2)隸屬函數(shù)完全刻化了模糊集合，隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的基本概念。根據(jù)被控對(duì)象的不同，以及對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性要求的不同，模糊控制器的規(guī)則也有所不同，即模糊控制算法各異。 3．輸入量的模糊化。為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，必須將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確量 u，即逆模糊化。根據(jù)模糊控制器輸入量的個(gè)數(shù)可做如下分類(lèi)： 1．一維模糊控制器 如圖 所示 ，它常用于一階被控對(duì)象。這也是三維或多維模糊控制器的應(yīng)用“瓶頸”。它利用模糊集合理論將手動(dòng)控制策略上升為具體的數(shù)值運(yùn)算，根據(jù)推理運(yùn)算的結(jié)果做出相應(yīng)的控制動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制被控對(duì)象的運(yùn)行。 若對(duì)應(yīng)的模糊決策的模糊集為 c，則決策 (所確定的精確量 )u* 應(yīng)滿足： uuu ee ),()( * ?? ?? ∈ U。顯然基本論域內(nèi)的量為精確量。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 比例因子 每次采樣經(jīng)過(guò)模糊控制算法給出的控制量（精確量）還不能直接去控制對(duì)象，必須將其轉(zhuǎn)換到為控制對(duì)象所能接受的基本論域中去。 Ke 選得較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)也較大，過(guò)度時(shí)間較長(zhǎng)。 量化因子和比例因子的選擇 設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器 除了要有一個(gè)好的模糊控制規(guī)則外，合理的選擇模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子也是非常重要的。即把等級(jí)細(xì)分，可以提高控制精度，但這受到計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，另外也要增大計(jì)算量。 例如：若 C= ???? ，則按從屬度最大的原則進(jìn)行判決，應(yīng) 取 u 4*? 。手動(dòng)控制策略一般都可以用“ IF－ THEN”形式的條件語(yǔ)句來(lái)加以描述。算法既不復(fù)雜，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 模 糊 控 制 器eu 圖 一維模糊控制器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2．二維模糊控制 器如圖 所示， 它的適應(yīng)性較好。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 模 糊 化處 理模 糊推 理逆 模糊 化控 制規(guī) 則計(jì) 算誤 差變 化 率EE CeU u 圖 模糊控制器的組成 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，首先要根據(jù)被控對(duì)象的具體情況確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，把語(yǔ)言變量 E、 EC 的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上模糊子集 (如“大”、“小”、“快”、“慢”等 )。在現(xiàn)代控制理論中，有有限狀態(tài)觀測(cè)器、自適應(yīng)控制器、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 魯棒控制器等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 借助隸屬函數(shù)才能對(duì)模糊集合進(jìn)行描述，那么，如何正確地建立隸屬函 數(shù)， 將是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的工作。正如普通集合完全由其特征函數(shù)所刻畫(huà)一樣，模糊集 A 完全由隸屬函數(shù)所刻畫(huà)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 模糊集合 模糊集合是一種特別定義的集合、它與普通集合既有聯(lián)系又有區(qū)別。 1985 年，模糊 推理集成塊開(kāi)始開(kāi)發(fā)。這樣，我們就需要用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)調(diào)整 PWM 信號(hào)的 占空比，使兩個(gè)雨刮同步擺動(dòng)。因此電流從左至右流過(guò)直流電機(jī)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第四章 智能雨刮器硬件設(shè)計(jì) 智能雨刮器的結(jié)構(gòu)框圖 智能雨刮器系統(tǒng)由單片機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、雨滴傳感器及雨刷等組成。 EA /VPP：外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，低電平有效。 WR（ ）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效。 圖 80C51引腳圖 ～ ：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P2 口鎖存器寫(xiě)入 1，使 P2 口引腳被上拉為高電平。 因?yàn)橹行念l率為 38KHz，所以本設(shè)計(jì)中選用 128分頻，使f變?yōu)?300Hz，則周期為 3ms。 式 () RCf π2 10 ? 式 () uouououp QAAAA ??? 3 式 () 11 RRA fuo ?? 式 () uoAQ ?? 31 式 () 本設(shè)計(jì)中選取中心頻率為 38kHz，帶寬為 100Hz，所以 Q 為 380， 選取 C，再求 R 。 圖 SFH320外形圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)