【正文】 論域中所有元素屬于模糊集合的強度。描述元素之間是否相關的數學模型稱為關系，描述元素之間相關程度的數模型稱為模糊關系。模糊關系是模糊數學的重要組成部分。模糊關系是描述元素之間相關的程度的數學模型，其定義為:兩個非空集合U和V之間的直積UV={（u,v)。其特性可以用下面的隸屬函來描述μR: UV→[0,1]，隸屬函數μR（u,v）表示序偶 (u,v)的隸屬函數。推理就是根據己知的一些命題，按照一定的法則，去推斷一個新的命題的思維過程和思維方式。使用傳統(tǒng)的二值邏輯進行演繹推理和歸納推理時，只要大前提和推理規(guī)則是正確的，小前提是肯定的，那么就一定會得到正確的結論。模糊邏輯推理是一種新的推理方法，其基礎是模糊邏輯，它是在二值邏輯三段論的基礎上發(fā)展起來的。但是，這種推理方法所得到的結論與人的思維一致或相近，在實踐中證明是有用的。常用的推理方法有Zadeh推理法和Mamdani推理法。模糊控制規(guī)則給出的是在不同實時狀態(tài)下對PID參數的推理結果。 模糊自整定PID參數控制就是在一般的PID控制系統(tǒng)的基礎上，采用模糊推理思想，加上一個模糊推理環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)PID控制器中，e (k) 、e (k1) 、e (k2)是輸入量，故它們都是己知量，而未知量KP、KI、KD，它們是需要確定的。這些工程方法都要對被控對象進行現場實際測定之后，才能確定KP、KI、KD參數。KP越大，系統(tǒng)的響應速度越快，系統(tǒng)的調節(jié)精度越高，但過大容易產生超調，甚至導致不穩(wěn)定。積分作用系數KI的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。微分作用系數KD的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。、KI、KD的自整定要求根據KP、KI、KD對系統(tǒng)輸出特性的影響情況，歸納出在一般情況下，在不同的│E│和│EC│時，被控過程對參數KP、KI、KD的自整定要求為:(1)當│E│較大，為了加快系統(tǒng)的響應速度，并避免因為開始時偏差E的瞬間變大所可能引起飽和，而使控制作用超出許可范圍，因此應取較大的KP和較小的KD，同時為了防止積分過飽和，避免系統(tǒng)出現較大的超調，此時去掉積分作用，取KI =0。以保持系統(tǒng)的響應速度。、輸出語言變量由模糊自整定PID參數控制系統(tǒng)結構圖可知，參數修正部分實質上是一個模糊控制器，其輸入語言變量為直流電機轉速偏差絕對值│E│和直流電機轉速偏差變化率絕對值│EC│，輸出語言變量為KP、KI、KD。│E│隸屬度函數│EC│隸屬度函數、KI、KD的調節(jié)規(guī)則有上述設計可知，用于在線自整定PID參數的模糊控制器是以誤差和誤差變化率為輸入語言變量，以比例系數、積分系數和微分系數為輸出語言變量的雙輸入三輸出模糊控制器，其控制規(guī)則其控制規(guī)則就是對參數KP、KI、KD的調節(jié)規(guī)則。對于速度偏差│E│和速度偏差變化率│EC│，(圖中橫坐標的el、ee3和ecl、ecec3分別取l、3)可知，此時的輸入偏差可模糊化為:“中”和“小”兩個模糊量，隸屬度為:│uME()│=│uSE()│=同理可知偏差的變化率也只能模糊化為“中”和“小”兩個模糊量，其隸屬度為:│uMEC()│=│uSEC()│=因此對于當前輸入的│E│和│EC│，只有以下四條是有效的:(1)If│E│=M and│EC│=S then KP=M(2)If│E│=M and│EC│=M then KP=M(3)If│E│=S and│EC│=S then KP=B(4)If│E│=S and│EC│=M then KP=B那么，對應的隸屬度計算為:(1)uKP1= uME ()∧uSC ()(2)uKP2= uME ()∧uMC ()(3)uKP3= uSE ()∧uSC ()(4)uKP4= uSE ()∧uMC ()將隸屬度代入式中計算可得:(1)uKP1= ∧=(2)uKP2= ∧=(3)uKP3= ∧=(4)uKP4= ∧=將uKP進行合成，得KP的模糊輸出量為: uMKP=∨=uBKP=∨=然后由反模糊化得出參數KP的精確整定值為:式中的15，25表示KP在常規(guī)條件下“中”、“大”的整定值。由此在線求得的參數KP、KI、KD的值，即可直接輸出作為常規(guī)PID的整定值，從而實現模糊自整定PID參數的功能。目前，PWM控制方式作為可調電源取代笨重的電動機一發(fā)電機組以及飽和電抗器的控制方式具有許多優(yōu)點。由單片機控制的直流調速系統(tǒng)一般由電動機、觸發(fā)器、調節(jié)器、轉速/電流檢測與反饋環(huán)節(jié)組成，對系統(tǒng)實現數字觸發(fā)、數字測速、數字調節(jié)，即所謂全數字控制。針對本系統(tǒng)所用的是直流電機，可使得調速范圍為8300轉/分鐘，速度精度在1%以內，位置精度在0. 1%以內。，其中包括:電機控制模塊、隔離保護電路、電機驅動模塊、過流保護電路、串口通信電路。 系統(tǒng)硬件組成圖以AT89S52實現模糊控制以及與LM629的數據傳送。一、LM629特點LM629集成芯片是美國國家半導體公司生產的產品。NMOS結構，采用28引腳雙列直插式封裝，使用6MHz或8MHz時鐘頻率和5V電源工作。(2)16位可編程數字控制器。(4)8位分辨率的PWM輸出。(6)可以進行位置和速度控制。(8)實時可編程中斷。二、管腳及系統(tǒng)結構(l)管腳介紹。管腳411數據端口D0D7。管腳16是PS，PS=1時讀寫數據，PS=0時讀狀態(tài)和指令。管腳18，19分別是轉向(PWMS)和輸出(PWMM)。其他管腳在本系統(tǒng)中不用。它通過I/0口與單片機通訊，輸入運動參數和控制參數，輸出狀態(tài)和信息。數字PID控制器采用增量式PID控制算法，所需的KP、KI、KD數據由單片機提供。位置傳感器選用增量式光電編碼盤。來自增量式光電編碼盤的位置信號A，B經LM629四倍頻，提高分辨率。編碼盤的A，B，C信號同為低電平時，就產生一個Index信號送入Index寄存器，記錄電動機的絕對位置。能實現兩種控制方式：(1)在位置控制方式時，單片機送來加速度、最高轉速、最終位置數據， (a)所示。(2)在速度控制方式時，電動機用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定的速度，并一直保持這個速度，直到新的速度指令執(zhí)行。 LM629內部有一個數字PID控制器，用來控制閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用的是美國ATMEL公司生產的AT89S52單片機作為微處理器。在該系統(tǒng)中，89S52實現用戶的接口，同時完成控制器PID所需的KP、KI、KD數據、控制參數、控制指令的設定。作為選中LM629的地址線。該系統(tǒng)的關鍵就是用到了LM629所集成的PID控制器，PID控制器指令有2條，用于輸入PID參數，而這三個參數便是單片機經模糊運算所得到的KP、KI、KD。高字節(jié)存放微分采樣時間間隔數據。 低字節(jié)內容 7 6 5 4 3 2 1 0 不用KP KI KD積分極限 高字節(jié)數據格式 15 14 13 12 11 10 9 8時間間隔/us 0 0 0 0 0 0 0 0 256 0 0 0 0 0 0 0 1 512 0 0 0 0 0 0 1 0 768 0 0 0 0 0 0 1 1 1024 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1 1 1 1 1 1 1 1 65536LM629能向單片機提供電機實際位置，讀實際位置指令RDRP，操作碼為0AH，4個字節(jié)讀數據，數據范圍:C0000000H3FFFFFFFH，所讀取的實際數據順序是高位在前。AT89S52的主要工作就是向LM629傳送運動數據和PID數據，并通過LM629對電動機的運行進行監(jiān)控。為了防止電機驅動單元對數字控制單元的干擾，必須在兩者之間加隔離電路來防止干擾的產生。(l) 光電耦合器的選型，如果LM629接6MHz晶振，其最小輸出占空比（1/128）時的接通時間為:4/fCLK=4/6*106s=因此應選擇高速光耦。 LM629 PWM調制信號圖(2) 光電耦合器的電路接入，6N137的驅動電流范圍在68mA之間，LM629不能直接驅動6N137，因此在他們之間必須增加驅動，在這里選用74LS04做為光耦驅動。且最大輸出電流IOL=8mA，能完全驅動6N137。 R1，R1取值為10K。 6N137內部電路圖采用LMD18200實現受限單極性驅動方式，LMD18200是美國國家半導體公司(NS)推出的專用于直流電動機驅動的H橋組件。LMD18200廣泛應用于打印機、機器人和各種自動化控制領域。電流檢測輸出引腳8提供電流取樣信號，典型值為377uA/A。內部保護電路設置的過電流閥值為10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出，當結溫達到145度時引腳9有輸出信號。本系統(tǒng)在引腳l、11外接10uF的電容形成第二個充電泵電路。雙極性驅動是指在一個PWM周期里，電動機電樞的電壓極性呈正負變化。本采用單極性可逆驅動方式。本系統(tǒng)直流電機的額定電壓為24V。圖中的DB2是輸出，為電機提供電樞電壓。由于長時間過電流都會損壞驅動或電機，所以除了在選用器件時留有充分合理的裕量，還必須采取采用有效過電流保護措施。由于LMD18200電流檢測輸出引腳8提供電流取樣信號，典型值為377uA/A。當電機過流時向AT89S52發(fā)出中斷，從而達到過流保護的作用。 在直流電動機的輸出軸上安裝增量式光電編碼盤作為轉速傳感器，它的輸出直接聯到LM629的A、B、C輸入端，形成反饋環(huán)節(jié)。: 輸出信號波形來自增量光電編碼盤的位置信號A、B經LM629四倍分頻提高分辨率，A、B邏輯每變化一次LM629內的位置寄存器加(減)1。其中位置信號可直接從LM629內的位置寄存器中讀出。在測速時間Ta內同時對光電脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數m1計數的同時對高頻脈沖的個數m2也進行計數，m1與m2分別反映對應的轉角和測速時間。:(T2)相連。系統(tǒng)采用RS232串口與PC機通信，5 軟件設計在本系統(tǒng)中上位機程序用VB編寫，單片機控制程序用keil C51編寫。 系統(tǒng)界面及功能系統(tǒng)界面即人機界面，它的成功與否直接關系到系統(tǒng)的使用。在模糊控制方式下“PID參數設定”欄不可以選中，即不能手動輸入PID參數。(2)PID參數設定：PID參數設定輸入，只能在“控制方式設定”欄的手動控制方式下可用。(4)運動曲線圖顯示：橫坐標表示位置，縱坐標表示速度，可通過兩個粉紅色的文本輸入框設定顯示范圍。(l)通信處理方式MSComm,控件提供了如下兩種處理通信的方式，第一是查詢方式，在用戶程序中設計定時或不定時查詢MSComm控件的某些屬性是否發(fā)生變化，從而確定相應處理。第二是采用事件驅動法，這是處理串口通信的一種有效方法。在On Comm事件中，從而進行相應的處理。本系統(tǒng)采用事件驅動法來實現串口的通信。傳送的數據類型為二進制格式。 數據發(fā)送流程圖 數據接收流程圖在本系統(tǒng)中單片機主要工作是：(1)與上位機的數據通信；(2)對LM629的控制，其中包括LM629硬件軟件啟動，相關運動參數的設定；(3)速度數據采集；(4)實現模糊控制；。他們的作用分別為：定時器0中斷：定時向上位機發(fā)送位置、速度數據，同時讀出定時器2中的速度脈沖數據，并向PC發(fā)送速度數據。 串口接收中斷流程由于LM629的內部含有梯形速度發(fā)生器和數字PID調節(jié)器，極大地簡化了位置伺服控制模塊的軟件設計。e(k)第k次采樣時刻輸入的偏差值。KP比例系數: KI積分系數。為了改善控制性能，對此算法進行了改進，構成參數模糊自整定PID控制算法。e及△e可由單片機連續(xù)兩次中值濾波的電機實際轉速V1, V2以及VI, V2轉速采樣周期間隔數N得出，e, △e則構成此二維模糊控制器的輸入量，經量化因子Ke, K△e得出基本論域中對應值，再經模糊化，推理機構，解模糊從而推算出相應KP, KI, KD參數。此系統(tǒng)速度的采樣周期為60ms，對于設定轉速為N轉每分鐘的速度控制，脈沖光電發(fā)生器的精度為1200，在單片機T2采樣過程中不可能出現小數情況，比如設定轉速為122轉每分，按公式X=N 1200 / ，而實際計數次數是146次或者147次。│E│。 隸屬度函數程序實現模糊隸屬度函數的實現方式可以采用的點斜式存儲方式，這種方式可以節(jié)省存儲空間，但處理時間較長，可以犧牲一些存儲空間可以把輸入范圍內的600個數據點存儲下來避免進行數值計算，在此系統(tǒng)中將占用600字節(jié)的Flash空間。其中第一維表示區(qū)別輸入量是e還是△e的標號，第二維表示語言變量e或者△e的值，第三維表示對應各語言變量的隸屬度值，為了單片機的運算，將隸屬度值擴大了255倍，即0xFF代表1。 在此5種情況下KP , KI, KD在常規(guī)條件下的整定值為：unsigned char code KP_memf[5]={40, 30, 25, 20, 10}；unsigned char code KI_memf