【正文】 通電時(shí)間102030405060斷電時(shí)間50403020100鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制由定時(shí)器1中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，如圖47所示。圖47 定時(shí)器1中斷程序5. 模糊表查詢子程序模糊控制中的控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)，它包括兩部分，一是離線計(jì)算模糊控制查詢表，將模糊控制表存于單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。二是在實(shí)時(shí)控制過(guò)程中，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)采樣，比較一定時(shí)間內(nèi)溫度的偏差，計(jì)算出偏差變化率，經(jīng)模糊化推理后直接與存儲(chǔ)在單片機(jī)表中的數(shù)據(jù)比較，查出控制輸出量u，經(jīng)精確化后，控制輸出電路，達(dá)到控制空氣質(zhì)量的目的。流程圖如圖48所示。圖48 模糊控制查表子程序 模糊控制算法在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用隨著汽車工業(yè)和微電子技術(shù)的發(fā)展，客車空調(diào)的應(yīng)用已越來(lái)越普及；同時(shí)，人們對(duì)客車空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)的性能要求也越來(lái)越高。一方面，要求客車空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)有優(yōu)良的技術(shù)性能和控制性能，以滿足人體舒適性的要求；另一方面，由于用于客車空調(diào)的能耗日益增加，客車空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)的節(jié)能也顯得更加重要。自動(dòng)控制的應(yīng)用是達(dá)到這兩方面要求的一個(gè)重要途徑。自動(dòng)控制包括傳統(tǒng)的控制技術(shù)和智能控制技術(shù)，智能控制是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，它的產(chǎn)生來(lái)源于被控系統(tǒng)的高度復(fù)雜性、高度不確定性及人們要求越來(lái)越高的控制性能。由于人體舒適感的模糊性和客車空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性，人們難于建立關(guān)于客車空調(diào)自動(dòng)控制的控制目標(biāo)和控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。這樣，以精確數(shù)學(xué)模型為必要條件的現(xiàn)代控制理論，應(yīng)用于客車空調(diào)系統(tǒng)己有許多不能解決的問(wèn)題。而智能控制技術(shù)，具有不需要知道控制目標(biāo)和對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，適于具有大滯后和非線性時(shí)變系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，己越來(lái)越引起人們的關(guān)注，目前應(yīng)用最廣泛的智能控制主要有模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。本系統(tǒng)中采用基于模糊理論的控制技術(shù)來(lái)對(duì)空調(diào)溫度進(jìn)行控制。 模糊控制系統(tǒng)基本原理 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，雖然不懂被控對(duì)象或被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，卻能憑借經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的決策，很好的完成控制過(guò)程。這里人的經(jīng)驗(yàn)可以用一系列的具有模糊性的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，這就是模糊條件語(yǔ)句。再用模糊推理對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輸入狀態(tài)觀測(cè)量進(jìn)行處理，則可產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策，這就是模糊控制。模糊控制系統(tǒng)的工作原理如圖49所示。 圖49 模糊控制系統(tǒng)原理示意圖從圖中可以看出，它和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒(méi)有多大區(qū)別，只是用模糊控制器取代傳統(tǒng)的數(shù)字控制器。在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器的作用在于通過(guò)電子計(jì)算機(jī)，根據(jù)精確量轉(zhuǎn)化而來(lái)的模糊輸入信息，按照語(yǔ)言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，給出模糊輸出判決，將其轉(zhuǎn)化為精確量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制作用。 一般說(shuō)來(lái)，模糊控制器有三個(gè)主要的功能模塊：1. 模糊化模糊控制器的輸入變量一般選擇被控系統(tǒng)的誤差以及誤差的變化率等，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中它是數(shù)字量，是有確定值的清晰量。通常將模糊控制器的輸入變量的個(gè)數(shù)稱為模糊控制器的維數(shù)。將變量的實(shí)際變化范圍化分成若干等級(jí)，這些等級(jí)的全體成為變量的論域。在這個(gè)論域上定義相應(yīng)的語(yǔ)言變量值。將實(shí)際變化范圍內(nèi)的輸入值轉(zhuǎn)換成論域范圍內(nèi)的有關(guān)等級(jí)值的過(guò)程稱為模糊化過(guò)程。2. 模糊控制推理及控制規(guī)則對(duì)模糊量按一定的控制規(guī)則進(jìn)行推理得到控制量的模糊量，模糊控制規(guī)則是對(duì)系統(tǒng)控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，這些經(jīng)驗(yàn)用模糊條件語(yǔ)句來(lái)表述。模糊規(guī)則生成一般有四種方法：（1）根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或過(guò)程控制知識(shí)生成控制規(guī)則；（2）根據(jù)過(guò)程的模糊模型生成控制規(guī)則；（3） 根據(jù)對(duì)手動(dòng)控制操作的系統(tǒng)觀察和測(cè)量生成控制規(guī)則；（4） 根據(jù)學(xué)習(xí)算法生成控制規(guī)則?？刂埔?guī)則一般用IFTHEN語(yǔ)句描述。當(dāng)模糊控制器有多個(gè)輸入變量和多個(gè)輸出變量時(shí)，可以用IFANDANDTHENANDAND來(lái)描述。3. 精確化模糊控制器的推理結(jié)果是模糊量，由于模糊量是一個(gè)模糊子集，而實(shí)際被控對(duì)象所需的控制信號(hào)是精確值，所以模糊控制器的推理輸出是不能直接用作實(shí)際控制的，為了從推理結(jié)果中取得用于控制的精確量，需要對(duì)模糊推理結(jié)果進(jìn)行一定的處理。對(duì)模糊量進(jìn)行處理，求取一個(gè)能恰當(dāng)?shù)姆从衬：康木_值的過(guò)程稱為精確化。有時(shí)也稱為反模糊化，也稱之為模糊決策或模糊判決。模糊量的精確化有很多方法，其中較常用的主要有以下幾種：（1） 最大隸屬度法是反模糊化常用的方法，在處理過(guò)程中有簡(jiǎn)單，方便，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在模糊控制器的推理輸出結(jié)果中，取其隸屬度最大的元素作為精確值。（2）中位數(shù)法就是把隸屬函數(shù)與橫坐標(biāo)所圍成的面積分成兩部分，在兩部分相等的條件下，兩部分分界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為反模糊化后的精確值。位數(shù)法是全面考慮模糊量各部分信息作用的一種方法。（3） 重心法也稱力矩法，就是取模糊隸屬函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)為成的面積的中心為代表重點(diǎn)。 模糊控制的特點(diǎn)傳統(tǒng)的自動(dòng)控制，包括經(jīng)典理論和現(xiàn)代控制理論中有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型（即傳遞函數(shù)模型或狀態(tài)空間模型）的基礎(chǔ)上，但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，十分復(fù)雜，建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難，甚至是不可能的。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。因?yàn)槟：刂撇挥媒?shù)學(xué)模型，模糊控制獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)：1. 適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不很清楚或難以求得，只根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的輸入輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場(chǎng)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。2. 模糊控制是一種語(yǔ)言變量控制器，其控制規(guī)則只用語(yǔ)言變量的形式定性的表達(dá)，構(gòu)成了被控對(duì)象的模糊模型。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型用傳遞函數(shù)來(lái)描述，在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，則用狀態(tài)方程來(lái)描述。3. 模糊控制實(shí)際上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。該系統(tǒng)尤其適用于非線性，時(shí)變，滯后系統(tǒng)的控制。4. 抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性。正因?yàn)槟：刂朴羞@么多優(yōu)于現(xiàn)代控制的特點(diǎn)，本課題中溫度的控制采用了模糊控制技術(shù)，客車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是混合風(fēng)門電機(jī)，控制目標(biāo)是使車內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度。 模糊控制器的設(shè)計(jì)客車空調(diào)的溫度模糊推理如圖410所示圖410 溫度模糊推理1. 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)，即根據(jù)具體的系統(tǒng)確定其輸入，輸出變量。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，即輸入變量個(gè)數(shù)越多，控制越精細(xì)。但維數(shù)過(guò)高，模糊控制規(guī)則變得過(guò)于復(fù)雜，控制算法實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。所以本系統(tǒng)中選用兩維模糊控制器。由于溫度偏差變化率即能反映外界環(huán)境對(duì)溫度的影響，同時(shí)也反映車廂內(nèi)人員的狀態(tài)和變動(dòng)情況，又考慮到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，裝置的實(shí)施等因素，所以選定溫度的偏差及器偏差變化率為模糊控制器的輸入變量。輸入變盤為溫度偏差e和偏差變化率，輸出變量為控制量。u為風(fēng)門開(kāi)度，風(fēng)門開(kāi)度越大，經(jīng)過(guò)加熱器的風(fēng)就越多，溫度上升的越快。2. 精確量的模糊化模糊控制器的輸入量是精確量，為了達(dá)到模糊控制的目的，首先要把精確量轉(zhuǎn)換成模糊量，即對(duì)精確量進(jìn)行模糊化。精確量的模糊化就是把物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語(yǔ)言變量值。溫度偏差為設(shè)定溫度值和實(shí)際溫度值之差。由于設(shè)定溫度為15℃到28℃，車內(nèi)平均溫度為冬季為15℃~28℃，夏季為15℃~28℃，所以定義溫度偏差的論域?yàn)閇20， 20] ，溫度變化率的論域?yàn)閇4，4]，風(fēng)門開(kāi)度增量的論域?yàn)閇0%， 100%]，即：e， ec，和u相應(yīng)的模糊狀態(tài)為E， EC， U，它們的整數(shù)論域分別為： E={4，3，2，1，0，1，2，3，4} EC= {4，3，2，1，0，1，2，3，4} U= {5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5}量化因子Ke=4/20=， Kec=414=1， Ku=1/10=。下面把物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語(yǔ)言變最值，一般對(duì)語(yǔ)言變量分5到10檔，整數(shù)論域?yàn)闄n級(jí)數(shù)的1. 5到2倍。如果檔級(jí)過(guò)少，語(yǔ)言變最值過(guò)于粗糙，對(duì)控制的質(zhì)量有不良影響。如果檔級(jí)過(guò)多，則語(yǔ)言變量過(guò)細(xì)，關(guān)系矩陣過(guò)大，占用內(nèi)存太多。該模糊控制器中，將E， EC的模糊語(yǔ)言均設(shè)定為負(fù)大NB (Negative Big)，負(fù)小NS （Negative Small），零ZE （Zero），正小PS (ositive Small)，正大PB(Positive Big)5檔。U的模糊語(yǔ)言定為負(fù)大NB(Negative Big)，負(fù)中NM(Negative Medium)，負(fù)小NS(Negative Small)，零ZE(Zero)，正小PS(Positive Small)，正中PM(Positive Medium)，正大PB(PositiveBig) 7檔。隸屬度函數(shù)的建立有一定的原則，模糊控制過(guò)程對(duì)于語(yǔ)言變量值的隸屬度函數(shù)形狀并不敏感，只是對(duì)隸屬度函數(shù)的范圍有一定的敏感，故而，在控制中選用三角形或梯形的隸屬函數(shù)是較為合適的，因?yàn)橛欣谟?jì)算隸屬度。所說(shuō)偏差為給定值與本次采樣值之差，偏差變化率為本次偏差值和上次偏差值之差。3. 模糊控制規(guī)則的確定本系統(tǒng)采用IF Ai and Bi then Ci為模糊控制規(guī)則，其中Ai為溫差E的模糊子集，Bi為溫差變化率EC的模糊子集，Ci為風(fēng)門開(kāi)度增量U的模糊子集。根據(jù)溫度變化的參數(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)及專家的知識(shí)理論，總結(jié)出模糊控制規(guī)則表，如表41所示。表41 模糊控制規(guī)則表EECNBNSZEPSPBNBNBNMNSZEZENSNMNMZEZEPSZENSNSZEPSPMPSNSZEPMPBPBPBZEPSPMPBPB建立模糊控制規(guī)則的基本思想:當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主，而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。以誤差為負(fù)大時(shí)，誤差變化為負(fù)大為例，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量取負(fù)大，即使風(fēng)門開(kāi)度達(dá)到最小，減少通過(guò)加熱器的風(fēng)量。4. 模糊量的精確化為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，還需要將模糊量u轉(zhuǎn)換為精確量，即對(duì)模糊量進(jìn)行清晰化處理。模糊量的精確化也就是求取模糊控制表。 這里不多介紹模糊控制表的求法，如表42所示。表42 矩陣式模糊控制表EUEC432101234454321000134332100112333201112122220112302111122231111013233210001433430001243444011234445 本章小結(jié)本章主要討論了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和控制算法，根據(jù)各個(gè)部分控制功能的要求，制訂了主程序流程圖、中斷程序流程圖、模擬信號(hào)采集流程圖、按鍵掃描流程圖、按鍵處理子程序流程圖和模糊控制查表子程序流程圖，并編輯了主程序和監(jiān)控程序，然后簡(jiǎn)單介紹了模糊控制算法，模糊控制系統(tǒng)的基本原理，模糊控制的特點(diǎn)及其模糊控制在客車空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用。第5章 抗干擾措施該控制系統(tǒng)在客車上使用時(shí)，經(jīng)常受到溫度、潮濕、振動(dòng)沖擊及汽車內(nèi)外電磁噪聲干擾等因素的侵害，但整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又要求簡(jiǎn)單輕便，這就要求單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)既有較強(qiáng)的抗干擾能力，且使用的硬件資源又要求盡量少。所以在設(shè)計(jì)上，應(yīng)該采取必要的軟硬件抗干擾措施，減少或免除各種不良因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響和損害，提高系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。 硬件抗干擾措施硬件抗干擾是系統(tǒng)抗干擾的很重要的一個(gè)方面，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中始終要考慮的問(wèn)題之一。印刷電路板是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，故印刷電路板的設(shè)計(jì)絕不單是器件、線路的簡(jiǎn)單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。通常有下述抗干擾措施：1. 在元器件的布局方面，把相互有關(guān)的元件盡量放的靠近一些，如時(shí)鐘發(fā)生器，晶振，CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，在放置的時(shí)候應(yīng)把它們靠近些。對(duì)于那些易產(chǎn)生噪聲的器件，小電流電路，大電流電路，開(kāi)關(guān)電路等，應(yīng)盡量使其遠(yuǎn)離單片機(jī)的邏輯控制電路和存儲(chǔ)電路（ROM，RAM），如果可能的話，可以將這些電路另外制成電路板，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。2. 盡量在關(guān)鍵元件，如ROM，RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。安裝去耦電容需要注意以下幾點(diǎn)：（1）在印刷電路板的電源輸入端跨接100181。F左右的電解電容，如果體積允許的話，電容量大一些則更好。（2）原則上每個(gè)集成電路芯片的旁邊都需要放置一個(gè)。，如果電路板的空隙太小而放置不下時(shí)，可以每10個(gè)芯片左右放置一個(gè)1～10181。F的電容。（3） 對(duì)于抗干擾能力弱，關(guān)斷時(shí)電流變化大的元件和RAM，ROM等存儲(chǔ)元件，應(yīng)該在電源線（VCC）和地線之間接入去耦電容。（4） 電容引線不能太長(zhǎng)。3. 應(yīng)用系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地、數(shù)字地和模擬地等。接地是抑制干擾的重要方法，如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用可解決大部分干擾問(wèn)題。設(shè)計(jì)中，主要采取了以下方法：（1） 數(shù)字、模擬電路分開(kāi)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中，既有系統(tǒng)外的模擬電路信號(hào)接入，也有邏輯電路，因此，在制作電路板時(shí)，將模擬電路用地線與數(shù)字電路隔離。并分別用兩個(gè)獨(dú)立的電源對(duì)它們供電，以增強(qiáng)抗干擾能力。（2）接地線盡量加粗。若接地線很細(xì)，則地線電阻將會(huì)很大，造成接