NLX型模糊控制器及其嵌入式應用

1NLX230型模糊控制器及其嵌入式應用研究1引言

在自動控制領(lǐng)域，模糊控制理論及其應用的研究取得了很大的進展，美國NeuraLogix公司推出的NLX230型單片模糊控制器是一種可編程的超大規(guī)模集成模糊邏輯微處理器FMC（FuzzyMicroController），根據(jù)模糊邏輯原理對輸入條件進行模糊邏輯運算，得到最優(yōu)的動作，通過執(zhí)行并行操作控制輸出，其處理速度高達30M規(guī)則/秒，具有與計算機的接口電路、與外接EEPROM的接口電路和晶體振蕩器接口電路，可廣泛應用于過程嵌入式控制、模式匹配，人工智能，機器人及專家系統(tǒng)。

2NLX230的設(shè)計特點與工作原理

模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應用原理是利用模糊邏輯器件通過"項"和"規(guī)則"去構(gòu)造任意復雜的線性和非線性函數(shù)，再根據(jù)輸入狀態(tài)經(jīng)過模糊推理，找到最佳的輸出動作值并應用于控制過程，從而使模糊邏輯獲得類似于人類專家似然推理的能力。

NLX230基于條件用模糊邏輯規(guī)則計算出優(yōu)化的輸出操作。輸入值在用戶定義的隸屬函數(shù)中按適合的程度排序。為了實施有效的數(shù)字化，采用1個線性對稱隸屬函數(shù)或最簡單的最大/最小模糊參考方法，規(guī)則決定了在輸入時所需的狀態(tài)集，每一規(guī)則至多包含16個項，每1個項與1個"清晰"輸入/模糊隸屬函數(shù)配對。1個當前值是對用戶在某一規(guī)則下的輸出值合計的修改。對于所有的輸入和輸出，輸入排序與規(guī)則處理是并行的。單片式24位寬的規(guī)則存儲器最多可存64個規(guī)則，所有輸入都可共享這些規(guī)則。根據(jù)需要每個輸出可以被編程為最多用64個規(guī)則，任一個輸出所用的規(guī)則個數(shù)是其他規(guī)則所用的規(guī)則的剩余數(shù)。模糊邏輯原理的高效數(shù)字化實現(xiàn)使NLX230在低價格下獲得高處理速度（30M規(guī)則/秒）。

2.1距離測量的相似判決原理

NLX230型單片模糊集成控制器利用模糊邏輯元件將輸入與隸屬度函數(shù)結(jié)合起來，確定輸入對于被選定的隸屬函數(shù)中心值的距離，通過距離測量進行相似決策。由于最佳隸屬函數(shù)的形狀與系統(tǒng)中傳感器特性、控制響應及其他動態(tài)特性有關(guān)，因而確定最佳隸屬函數(shù)形狀往往是很困難的（當然，在某些情況下可以根據(jù)經(jīng)驗確定）。NLX230型單片模糊控制器在設(shè)計上采取了一種新的方法，不依賴隸屬函數(shù)的形狀和確值輸入與隸屬函數(shù)的交點，而且測算出輸入與選定的隸屬函數(shù)的中心點的距離，其原理如圖1所示。不考慮隸屬函數(shù)的區(qū)間和輸入的單調(diào)，而測量輸出與中間位置的距離，距離用中心位置減去輸入，忽略符號。確值輸入Xa離中心點越遠，其隸屬值越低，反之，其隸屬值越高。當確值輸入Xa正好位于中心點位置時，則隸屬值最大。有二種不同類型的隸屬函數(shù)，對于第一種隸屬函數(shù)，確值輸入離中心點愈近，隸屬值愈大，如果確值輸入落入隸屬函數(shù)的寬度范圍之外，那么隸屬值最小。對于第二隸屬函數(shù)，當確值輸入落入隸屬函數(shù)的寬度范圍之內(nèi)時隸屬值最小。距離測量的優(yōu)點有二：其一是使設(shè)計者在保留重要信息的同時不必決定復雜隸屬函數(shù)的形狀；其二是這種方法提供了相似判決的簡單途徑。

2.2確值輸入向模糊邏輯量的轉(zhuǎn)換

確值輸入向模糊邏輯量的轉(zhuǎn)換是通過測量距離的相似判決模糊邏輯單元實現(xiàn)的，在相似判決模糊邏輯單元內(nèi)求取隸屬值的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。模糊邏輯單元內(nèi)被選定的隸屬函數(shù)中心點值和確值輸入送進減法器計算出差值ac，該差值與隸屬函數(shù)寬度值相比較，只有當差值在寬度范圍內(nèi)時，隸屬值計算器才輸出結(jié)果（該結(jié)果等于從允許的最大隸屬值中減去差值ac，如圖1所示），否則，隸屬值計算器輸出將被置零或置最小值。隸屬值實際上是1個模糊邏輯量，用μ（或d）表示。3NLX230的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能

NLX230型模糊控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由模糊輸入選擇器，16個模糊單元、最小和最大比較器、規(guī)則寄存器、輸出寄存器和定時控制等部分組成，完成模糊推理運算并作出控制決策。雕3.太1老模糊貴輸入才選擇緊器和沿模糊擊單元格

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沫3.獨2孟最小厭值比書較器濱和最怎大值咐比較舉器

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貿(mào)3.暈3賀規(guī)則發(fā)寄存吼器和濾輸出蹤寄存菌器

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