專利名稱：仿人直覺推理式模糊控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模糊控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于常規(guī)邏輯器件的仿人直覺推理
式模糊控制器。
背景技術(shù)：
眾所周知，模糊控制器是一種基于語言規(guī)則的智能控制器，現(xiàn)已應(yīng)用于各種工業(yè) 過程控制和家電控制領(lǐng)域，但是模糊控制器的設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)者具有較高的技術(shù)門檻，因而限 制了它進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。自模糊控制器的產(chǎn)生以來，人們應(yīng)用它最直接的動(dòng)力來自于一 些生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有許多成功的人工操作經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)可寫成IF-THEN語言規(guī)則形式，人們希 望利用控制裝置來復(fù)制人類大腦的控制行為。但是，人類的語言具有模糊性，控制裝置都是 基于具體數(shù)值的，這成為了復(fù)制人腦的控制行為最大的障礙。模糊數(shù)學(xué)的出現(xiàn)，人們自然想 到了利用模糊集合理論來處理語言規(guī)則的問題。例如，人們普遍認(rèn)為汽車速度"很快"的 大致范圍為80km/s 150km/s，汽車速度"稍快"的大致范圍為60 90km/s，現(xiàn)有某汽車 的實(shí)際行駛速度84km/s，那么這輛汽車的速度屬于"很快"還是屬于"稍快"呢？顯然，兩個(gè) 模糊集"很快"與"稍快"存在部分重疊。正因?yàn)槿祟愓Z言是允許這種重疊的存在的，所以 不同人有不同的答案，既可說成"很快"，也可說成"稍快"。 一種有效處理工具就是隸屬度函 數(shù)。例如，通過事先定義隸屬度函數(shù)，我們可取此汽車的速度屬于"很快"的隸屬值為0.4， 屬于"稍快"的隸屬值為0.6。這就是說，一個(gè)具體的數(shù)值可以同時(shí)藕合2個(gè)(或以上)模 糊集，由此能同時(shí)激活多條語言規(guī)則。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)糊控制器時(shí)必須考慮規(guī)則的"合 成"(綜合)推理問題。目前，模糊控制器產(chǎn)品都是基于"合成"推理的。但是，許多一線工 程師因?qū)δ：?合成"推理難以理解，應(yīng)用與維護(hù)較難而棄用。因此，在一些場(chǎng)合，人們 需要的是一種易學(xué)易用且效果可靠的模糊控制器。 經(jīng)分析，我們發(fā)現(xiàn)，上述"合成"推理與現(xiàn)場(chǎng)操作者的實(shí)際控制方法是不一致的。例 如某型號(hào)鍋爐的操作者經(jīng)長期的工作，總結(jié)了如下兩條控制規(guī)則規(guī)則1 :溫度稍低，則增 加燃料供給10%;規(guī)則2 :溫度合適，則保持燃料供給不變。對(duì)于該型號(hào)鍋爐，操作者普遍認(rèn)
為，"溫度稍低"的大致范圍為80 95t:，"溫度合適"的大致范圍為90 IO(TC。若溫度 檢測(cè)儀表顯示當(dāng)前溫度為92t:，此時(shí)的操作者必須憑直覺迅速做出判斷，要么使用第1條 規(guī)則，要么使用第2條規(guī)則，而不必考慮抽象復(fù)雜的模糊推理方法。假設(shè)他的判斷標(biāo)準(zhǔn)為 "溫度稍低"的范圍為80 92. 5tV'溫度合適"的范圍為92. 6 IO(TC。此時(shí)，操作者自然 會(huì)使用第l條規(guī)則。這個(gè)判斷是在操作者憑直覺完成的，我們把這種憑直覺判斷而選用模 糊規(guī)則的方法稱之為直覺推理法。顯然，這種直覺推理法實(shí)質(zhì)上是利用有經(jīng)驗(yàn)的操作者的 直覺判斷除去模糊集之間的藕合關(guān)系，使之僅使用一條模糊規(guī)則進(jìn)行輸出的新方法。它與 傳統(tǒng)的Mamdani法和T-S法不同，它是一種完全仿人的推理過程。若把這種直覺推理法應(yīng)
用于模糊控制器裝置中，則稱之為仿人直覺推理式模糊控制器。這種仿人直覺推理式模糊 控制器具有簡單直接，易學(xué)易用，特別適合沒有學(xué)過模糊數(shù)學(xué)的一線工程師使用。同時(shí)，它
又是操作者的成功經(jīng)驗(yàn)的直接應(yīng)用，實(shí)際上是利用模糊控制裝置復(fù)制操作者的控制行為，無疑是有效可靠的。
目前，模糊控制器的硬件實(shí)現(xiàn)形式有兩種 ①基于CPU與存儲(chǔ)器的控制電路，把推理方法寫成程序指令燒入存儲(chǔ)芯片，這種 形式的優(yōu)點(diǎn)是軟件編程靈活，缺點(diǎn)是處理速度較慢，穩(wěn)定性差。 ②基于存儲(chǔ)器的控制電路，事先把所有的輸入輸出數(shù)據(jù)的映射關(guān)系直接存入存儲(chǔ) 芯片，這種形式的優(yōu)點(diǎn)是處理速度相對(duì)較快，缺點(diǎn)是靈活性較差。 兩者的共同缺點(diǎn)是，均需使用抽象難懂的模糊推理方法，難于學(xué)習(xí)使用，這對(duì)許多 一線工程師構(gòu)成了挑戰(zhàn)，制約了模糊控制器的推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、低開銷、傳輸延 時(shí)小、處理速度快、易學(xué)易用、穩(wěn)定可靠的仿人直覺推理式模糊控制器。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種仿人直覺推理式模糊控 制器，它由數(shù)據(jù)輸入單元、預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元、偏差數(shù)據(jù)通道、偏差變化率數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)選擇單 元和數(shù)據(jù)輸出單元組成，所述數(shù)據(jù)輸入單元接收外部信號(hào)并輸出偏差信號(hào)和偏差變化率信 號(hào)，所述數(shù)據(jù)輸入單元的偏差信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元的輸出端一起連接到偏差數(shù)據(jù)通 道的輸入端，所述數(shù)據(jù)輸入單元的偏差變化率信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元的輸出端一起連 接到偏差變化率數(shù)據(jù)通道的輸入端，所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)有一組屬于模糊論域的預(yù)設(shè)數(shù) 值，所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元、偏差數(shù)據(jù)通道和偏差變化率數(shù)據(jù)通道的輸出端分別與數(shù)據(jù)選擇單 元相連，數(shù)據(jù)選擇單元根據(jù)偏差數(shù)據(jù)通道和偏差變化率數(shù)據(jù)通道分別輸出的選通信號(hào)選擇 預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值，并通過所述數(shù)據(jù)輸出單元將該預(yù)設(shè)數(shù)值輸出。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn) 所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元由一組數(shù)值存儲(chǔ)器組成，所述每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)一個(gè)預(yù) 設(shè)數(shù)值； 所述偏差數(shù)據(jù)通道由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的第一比 較器構(gòu)成，所述第一比較器的輸入端分別與所述數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及所述數(shù)據(jù)輸入 單元的偏差信號(hào)輸出端口相連，所述第一比較器的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)選擇單元的控制 端相連；所述偏差變化率數(shù)據(jù)通道由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的第 二比較器構(gòu)成，所述第二比較器的輸入端分別與所述數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及所述數(shù)據(jù) 輸入單元的偏差變化率信號(hào)輸出端口相連，所述第二比較器的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)選擇 單元的控制端相連； 所述數(shù)據(jù)選擇單元由并聯(lián)的多個(gè)三態(tài)緩沖器單元構(gòu)成，每個(gè)三態(tài)緩沖器單元包括 依次串聯(lián)的前三態(tài)緩沖器和后三態(tài)緩沖器，所述前三態(tài)緩沖器的輸入端分別與所述預(yù)設(shè)存 儲(chǔ)單元的輸出端相連，前三態(tài)緩沖器的控制端與所述第一比較器的輸出端相連，所述后三 態(tài)緩沖器的控制端與所述第二比較器的輸出端相連，輸出端與所述數(shù)據(jù)輸出單元相連，所 述三態(tài)緩沖器單元在所述第一比較器和第二比較器分別輸出選通信號(hào)時(shí)將所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ) 單元中的一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值輸出至所述數(shù)據(jù)輸出單元； 所述數(shù)值存儲(chǔ)器與一組二進(jìn)制開關(guān)相連，所述二進(jìn)制開關(guān)用于預(yù)設(shè)數(shù)值存儲(chǔ)器內(nèi) 的數(shù)值；
5輸入單元由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一鎖存器、微分器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第 二鎖存器組成，所述外部信號(hào)分別輸入至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述外部信號(hào)通過微 分器輸入至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述微分器將輸入的偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換成偏差變化率信 號(hào)后輸出至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過第一鎖存器輸出偏差信號(hào)，所述第 二模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過第二鎖存器輸出偏差變化率信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)輸出單元由第三鎖存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，所述第三鎖存器的輸入端與
所述數(shù)據(jù)選擇單元的輸出端口相連，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端口與第三鎖存器的輸出端口
相連，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口輸出所述數(shù)據(jù)選擇單元選擇的預(yù)設(shè)數(shù)值； 所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元、偏差數(shù)據(jù)通道、偏差變化率數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)選擇單元為可編
程邏輯器件。 本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過偏差數(shù)據(jù)通道、偏差變化率數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)選 擇單元的組合，實(shí)現(xiàn)了基于常規(guī)邏輯器件的仿人直覺推理的模糊控制器，具有易學(xué)易用、使 用方便、易于推廣，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、低開銷、延時(shí)小、處理速度快、穩(wěn)定性更好的優(yōu)點(diǎn)。 三態(tài)緩沖器陣列實(shí)現(xiàn)查表操作，提高了處理速度、抗干擾性，控制可靠性；偏差數(shù)據(jù)通道、偏 差變化率數(shù)據(jù)通道均采用比較器實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠；數(shù)值預(yù)設(shè)器的輸入端設(shè)有一組 二進(jìn)制開關(guān)，因此現(xiàn)場(chǎng)預(yù)設(shè)數(shù)值方便，適合現(xiàn)場(chǎng)操作，應(yīng)用范圍廣泛，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元、偏差數(shù) 據(jù)通道、偏差變化率數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)選擇單元采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，因此體積小、便于 攜帶，數(shù)據(jù)輸入單元和數(shù)據(jù)輸出單元采用鎖存器和模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，成本低，速度快。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的框架原理示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的框架結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的偏差數(shù)據(jù)通道選通信號(hào)分布示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的偏差變化率數(shù)據(jù)通道選通信號(hào)分布示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例的模糊控制規(guī)則表的示意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元與數(shù)據(jù)選擇單元的連接關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本實(shí)施例中的仿人直覺推理式模糊控制器由數(shù)據(jù)輸入單元1、預(yù)設(shè)存 儲(chǔ)單元2、偏差數(shù)據(jù)通道3、偏差變化率數(shù)據(jù)通道4、數(shù)據(jù)選擇單元5和數(shù)據(jù)輸出單元6組成， 數(shù)據(jù)輸入單元1接收外部信號(hào)并輸出偏差信號(hào)和偏差變化率信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入單元1的偏差 信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的輸出端一起連接到偏差數(shù)據(jù)通道3的輸入端、偏差變化率 信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的輸出端一起連接到偏差變化率數(shù)據(jù)通道4的輸入端，預(yù)設(shè) 存儲(chǔ)單元2存儲(chǔ)有一組屬于模糊論域的預(yù)設(shè)數(shù)值，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2、偏差數(shù)據(jù)通道3和偏差 變化率數(shù)據(jù)通道4的輸出端分別與數(shù)據(jù)選擇單元5相連，數(shù)據(jù)選擇單元5根據(jù)偏差數(shù)據(jù)通 道3和偏差變化率數(shù)據(jù)通道4分別輸出的選通信號(hào)選擇預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2中存儲(chǔ)的一個(gè)預(yù)設(shè) 數(shù)值，并通過所述數(shù)據(jù)輸出單元6將該預(yù)設(shè)數(shù)值輸出。 如圖2所示，數(shù)據(jù)輸入單元1由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11、第一鎖存器12、微分器13、第
6二模數(shù)轉(zhuǎn)換器14和第二鎖存器15組成，外部信號(hào)分別輸入至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11的輸入 端、通過微分器13輸入至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的輸入端，微分器13將輸入的偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換 成偏差變化率信號(hào)后輸出至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器14，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11通過第一鎖存器12輸 出偏差信號(hào)，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器14通過第二鎖存器15輸出偏差變化率信號(hào)。預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2 由一組數(shù)值存儲(chǔ)器組成，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2通過一組數(shù)值存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有一組屬于模糊論域的 預(yù)設(shè)數(shù)值，數(shù)值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值。數(shù)值存儲(chǔ)器與一組二進(jìn)制開關(guān)相連，二進(jìn)制 開關(guān)用于在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)設(shè)數(shù)值。偏差數(shù)據(jù)通道3由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ) 器對(duì)應(yīng)的第一比較器構(gòu)成，第一比較器的輸入端分別與數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及數(shù)據(jù)輸 入單元1的偏差信號(hào)輸出端口相連，第一比較器的輸出端分別與數(shù)據(jù)選擇單元5的控制端 相連；偏差變化率數(shù)據(jù)通道4由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的第二 比較器構(gòu)成，第二比較器的輸入端分別與數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及數(shù)據(jù)輸入單元1的偏 差變化率信號(hào)輸出端口相連，第二比較器的輸出端分別與數(shù)據(jù)選擇單元5的控制端相連。 數(shù)據(jù)選擇單元5由并聯(lián)的多個(gè)三態(tài)緩沖器單元構(gòu)成，每個(gè)三態(tài)緩沖器單元包括依次串聯(lián)的 前三態(tài)緩沖器和后三態(tài)緩沖器，前三態(tài)緩沖器的輸入端分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的輸出端相 連、控制端與第一比較器控制的輸出端相連，后三態(tài)緩沖器的控制端與第二比較器控制的 輸出端相連、輸出端與數(shù)據(jù)輸出單元6相連，三態(tài)緩沖器單元在第一比較器和第二比較器 分別輸出選通信號(hào)時(shí)將預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值輸出至數(shù)據(jù)輸出單元6。數(shù)據(jù)輸出 單元6由第三鎖存器61和數(shù)模轉(zhuǎn)換器62組成，第三鎖存器61的輸入端與數(shù)據(jù)選擇單元5 的輸出端口相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器62的輸入端口與第三鎖存器61的輸出端口相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器 62的輸出端口用于輸出數(shù)據(jù)選擇單元5選擇的預(yù)設(shè)數(shù)值。 如圖3所示，本實(shí)施例中以溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用為例，對(duì)本發(fā)明的仿人直覺推理 式模糊控制器的應(yīng)用進(jìn)行說明。本實(shí)施例中，溫度偏差E的論域劃分為5個(gè)模糊集(NB、NS、 ZE、PS、PB)，這種模糊集的劃分是仿照人的直覺判斷而設(shè)計(jì)的，NB、NS、ZE、PS、PB分別表"負(fù) 大"、"負(fù)小"、"零"、"正小"、"正大"之含義。通過8位二進(jìn)制開關(guān)，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的NB、 NS、ZE、PS、PB分別設(shè)為33H、66H、99H、CCH、FFH。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器14 的輸入端量程均設(shè)定為0 5V，數(shù)模轉(zhuǎn)換器62輸出量程為亦設(shè)定為0 5V。另外，第一鎖 存器12、第二鎖存器15和第三鎖存器61均外接相同時(shí)鐘信號(hào)CLK。與模糊集的數(shù)量相對(duì) 應(yīng)預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2由數(shù)值存儲(chǔ)器M1 數(shù)值存儲(chǔ)器M5這5個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器組成；偏差數(shù)據(jù)通 道3由C0MP1 C0MP5五個(gè)第一比較器組成，第一比較器一個(gè)輸入端與數(shù)據(jù)輸入單元1的 偏差信號(hào)輸出端口相連，另一個(gè)輸入端分別與5個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端相連。例如，C0MP1 的該輸入端與數(shù)值存儲(chǔ)器Ml相連，C0MP2的該輸入端與數(shù)值存儲(chǔ)器M2相連，依此類推。當(dāng) 輸入偏差信號(hào)E時(shí)，偏差數(shù)據(jù)通道3的5個(gè)第一比較器分別將輸入的偏差信號(hào)與5個(gè)數(shù)值 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)數(shù)值進(jìn)行比較，偏差信號(hào)必然落入5個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)數(shù)值構(gòu)成 的5個(gè)模糊集中的一個(gè)，從而使一個(gè)第一比較器輸出有效的選通信號(hào)。如圖4所示，偏差信 號(hào)E的5個(gè)模糊集與5個(gè)數(shù)值比較器之間的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系為 當(dāng)00H《E《33H時(shí)，認(rèn)為E屬于NB，僅C0MP1的輸出端E1為高電平"l";
當(dāng)33H < E《66H時(shí)，認(rèn)為E屬于NS，僅C0MP2的輸出端E2為高電平"l";
當(dāng)66H < E《99H時(shí)，認(rèn)為E屬于ZE，僅C0MP3的輸出端E3為高電平"1";
當(dāng)99H < E《CCH時(shí)，認(rèn)為E屬于PS，僅C0MP4的輸出端E4為高電平"l";
當(dāng)CCH < E《FFH時(shí)，認(rèn)為E屬于PB，僅C0MP5的輸出端E5為高電平"l";
偏差變化率數(shù)據(jù)通道4由C0MP6 C0MP10五個(gè)第二比較器組成，第二比較器一個(gè) 輸入端與數(shù)據(jù)輸入單元1的偏差變化率信號(hào)輸出端口相連，另一個(gè)輸入端分別與5個(gè)數(shù)值 存儲(chǔ)器的輸出端相連。例如，C0MP6的該輸入端與數(shù)值存儲(chǔ)器M1相連，C0MP7的該輸入端與 數(shù)值存儲(chǔ)器M2相連，依此類推。當(dāng)輸入偏差變化率信號(hào)EC時(shí)，偏差變化率數(shù)據(jù)通道4的五 個(gè)第二比較器分別將輸入的偏差變化率信號(hào)與5個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)值進(jìn)行比較，偏差 變化率信號(hào)必然落入5個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)數(shù)值構(gòu)成的5個(gè)模糊集中的一個(gè)，從而使 一個(gè)第二比較器輸出有效的選通信號(hào)。如圖5所示，偏差變化率信號(hào)EC的5個(gè)模糊集與5 個(gè)數(shù)值比較器之間的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系為 當(dāng)OOH《EC《33H時(shí)，認(rèn)為EC屬于NB，僅C0MP6的輸出端EC1為高電平"l"
當(dāng)33H < EC《66H時(shí)，認(rèn)為EC屬于NS，僅C0MP7的輸出端EC2為高電平"1"
當(dāng)66H < EC《99H時(shí)，認(rèn)為EC屬于ZE，僅C0MP8的輸出端EC3為高電平"1"
當(dāng)99H < EC《CCH時(shí)，認(rèn)為EC屬于PS，僅C0MP9的輸出端EC4為高電平"l"
當(dāng)CCH < EC《FFH時(shí)，認(rèn)為EC屬于PB，僅C0MP10的輸出端EC5為高電平"1";
為了基于兩路選通信號(hào)實(shí)現(xiàn)三態(tài)緩沖器的二維查表操作，一共需要25個(gè)三態(tài)緩 沖器單元，每個(gè)三態(tài)緩沖器單元包括依次串聯(lián)的前三態(tài)緩沖器和后三態(tài)緩沖器，第一個(gè)三 態(tài)緩沖器單元由前三態(tài)緩沖器Sl和后三態(tài)緩沖器S26組成，第二個(gè)三態(tài)緩沖器單元由前三 態(tài)緩沖器S2和后三態(tài)緩沖器S27組成，以此類推，因此共需要50個(gè)三態(tài)緩沖器。三態(tài)緩沖 器陣列的控制端子與偏差數(shù)據(jù)通道3、偏差變化率數(shù)據(jù)通道4的比較器的輸出端子之間的 具體連接如下 對(duì)于偏差數(shù)據(jù)通道3的C0MP1 C0MP5的輸出端子El E5 : El與前三態(tài)緩沖器Sl、 S2、 S3、 S4、 S5的控制端子&和52相連； E2與前三態(tài)緩沖器S6、 S7、 S8、 S9、 S10的控制端子&和52相連； E3與前三態(tài)緩沖器Sll、 S12、 S13、 S14、 S15的控制端子&和52相連； E4與前三態(tài)緩沖器S16、 S17、 S18、 S19、 S20的控制端子&和52相連； E5與前三態(tài)緩沖器S21、 S22、 S23、 S24、 S25的控制端子&和52相連； 對(duì)于偏差變化率數(shù)據(jù)通道4的C0MP6 C0MP10的輸出端子EC1 EC5 : EC1與后三態(tài)緩沖器S26、 S31、 S36、 S41、 S46的控制端子&和52相連；EC2與后三態(tài)緩沖器S27 、 S32 、 S37 、 S42 、 S47的控制端子&和52相連；EC3與后三態(tài)緩沖器S28 、 S33 、 S38 、 S43 、 S48的控制端子&和52相連；EC4與后三態(tài)緩沖器S29、 S34、 S39、 S44、 S49的控制端子&和52相連；EC5與后三態(tài)緩沖器S30 、 S35 、 S40 、 S45 、 S50的控制端子&和52相連。 預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的輸出端子(ZNB， ZNS， ZZE， ZPS， ZPB)分別與數(shù)據(jù)選擇單元5中三態(tài)緩
沖器單元的數(shù)據(jù)輸入端子(Z1 Z25)相連，具體的連接關(guān)系則取決于模糊控制規(guī)則表。在
本實(shí)施例中，選用如圖6所示的模糊控制規(guī)則表，表中括號(hào)內(nèi)的記號(hào)與圖3中的端子名稱一
致。根據(jù)圖6，就可以得到如圖7所示的預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2的輸出端子(ZNB， ZNS， ZZE， ZPS， ZPB)
與數(shù)據(jù)選擇單元5中三態(tài)緩沖器單元的數(shù)據(jù)輸入端子(Zl Z25)的連接關(guān)系。 如圖3所示，本實(shí)施例中為了減少電路尺寸，將預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2、偏差數(shù)據(jù)通道3、
偏差變化率數(shù)據(jù)通道4和數(shù)據(jù)選擇單元5采用可編程邏輯器件CPLD實(shí)現(xiàn)，此外在該CPLD上還集成了第一鎖存器11、第二鎖存器14和第三鎖存器61。 現(xiàn)舉具體數(shù)值(溫度偏差e = 0. 5V，溫度偏差變化率ec = 2. 8V)說明本發(fā)明的工 作過程。根據(jù)仿人直覺推理方法，首先應(yīng)將溫度偏差e = 0. 5V歸屬于一個(gè)模糊集，將溫度 偏差變化率ec = 2. 8V亦歸屬于一個(gè)模糊集，然后根據(jù)比較器的輸出結(jié)果選擇預(yù)設(shè)數(shù)值并 輸出。針對(duì)此數(shù)據(jù)，本發(fā)明的具體工作過程如下 第1步當(dāng)外部輸入e = 0. 5V的模擬溫度偏差信號(hào)后，經(jīng)過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn) 換后得到數(shù)字偏差數(shù)據(jù)19H，在時(shí)鐘CLK的配合下鎖入第一鎖存器12中。當(dāng)外部輸入e = 0. 5V的溫度偏差信號(hào)經(jīng)過微分器13得到ec = 2. 8V的模擬偏差變化率信號(hào)，經(jīng)過第二模數(shù) 轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字偏差變化率數(shù)據(jù)8EH，同樣地，在時(shí)鐘CLK的配合下鎖入第二鎖 存器15中。 第2步偏差信號(hào)的數(shù)據(jù)19H與偏差數(shù)據(jù)通道3的5個(gè)第一比較器(C0MP1、C0MP2、 C0MP3、C0MP4、C0MP5)比較后，根據(jù)圖4可知19H落在第一比較器C0MP1相對(duì)應(yīng)的模糊集內(nèi)， 因此唯有第一比較器C0MP1的輸出端子E1為高電平"1"，其余4個(gè)比較器的輸出均為"0"。 偏差變化率信號(hào)的數(shù)據(jù)A3H與偏差變化率數(shù)據(jù)通道4的5個(gè)第二比較器(C0MP6、 C0MP7、 C0MP8、 C0MP9、 C0MP10)比較后，根據(jù)圖5可知A3H落在第二比較器C0MP9相對(duì)應(yīng)的模糊集 內(nèi)，唯有第二比較器C0MP9的輸出端子EC4為高電平"1"，其余4個(gè)比較器的輸出均為"0"。
第3步在第一比較器C0MP1的輸出端子El和第二比較器C0MP9的輸出端子EC4 兩個(gè)選通信號(hào)的作用下，由前三態(tài)緩沖器S4與后三態(tài)緩沖器S29所組成的三態(tài)緩沖器單元 接通，即端子Z4與第三鎖存器61接通，其余的三態(tài)緩沖器單元均呈高阻狀態(tài)。
第4步根據(jù)圖7的連接關(guān)系，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元2中預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)PS (CCH)的數(shù)值存儲(chǔ)器 的輸出端ZPS與Z4相連。因此由前三態(tài)緩沖器S4與后三態(tài)緩沖器S29所組成的三態(tài)緩沖 器單元接通預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)PS (CCH)的數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端ZPS，從而預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)CCH經(jīng)過該三態(tài)緩 沖器單元后，在時(shí)鐘CLK的配合下鎖入第三鎖存器61中。 第5步第三鎖存器61輸出的數(shù)據(jù)CCH經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器62轉(zhuǎn)換后輸出模擬電壓 4. 0V，此電壓即為本實(shí)施例中的仿人直覺推理式模糊控制器的最終輸出量。
9
權(quán)利要求
一種仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于它由數(shù)據(jù)輸入單元(1)、預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)、偏差數(shù)據(jù)通道(3)、偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)、數(shù)據(jù)選擇單元(5)和數(shù)據(jù)輸出單元(6)組成，所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)接收外部信號(hào)并輸出偏差信號(hào)和偏差變化率信號(hào)，所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)的偏差信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)的輸出端一起連接到偏差數(shù)據(jù)通道(3)的輸入端，所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)的偏差變化率信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)的輸出端一起連接到偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)的輸入端，所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)存儲(chǔ)有一組屬于模糊論域的預(yù)設(shè)數(shù)值，所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)、偏差數(shù)據(jù)通道(3)和偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)的輸出端分別與數(shù)據(jù)選擇單元(5)相連，數(shù)據(jù)選擇單元(5)根據(jù)偏差數(shù)據(jù)通道(3)和偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)分別輸出的選通信號(hào)選擇預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)中存儲(chǔ)的一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值，并通過所述數(shù)據(jù)輸出單元(6)將該預(yù)設(shè)數(shù)值輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單 元(2)由一組數(shù)值存儲(chǔ)器組成，所述每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述偏差數(shù)據(jù)通 道(3)由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的第一比較器構(gòu)成，所述 第一比較器的輸入端分別與所述數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)的偏 差信號(hào)輸出端口相連，所述第一比較器的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)選擇單元(5)的控制端相 連；所述偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)由一組分別與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)中每個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng) 的第二比較器構(gòu)成，所述第二比較器的輸入端分別與所述數(shù)值存儲(chǔ)器的輸出端口以及所述 數(shù)據(jù)輸入單元(1)的偏差變化率信號(hào)輸出端口相連，所述第二比較器的輸出端分別與所述 數(shù)據(jù)選擇單元(5)的控制端相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述數(shù)據(jù)選擇單 元(5)由并聯(lián)的多個(gè)三態(tài)緩沖器單元構(gòu)成，每個(gè)三態(tài)緩沖器單元包括依次串聯(lián)的前三態(tài)緩 沖器和后三態(tài)緩沖器，所述前三態(tài)緩沖器的輸入端分別與所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)的輸出端 相連，前三態(tài)緩沖器的控制端與所述第一比較器的輸出端相連，所述后三態(tài)緩沖器的控制 端與所述第二比較器的輸出端相連，輸出端與所述數(shù)據(jù)輸出單元(6)相連，所述三態(tài)緩沖 器單元在所述第一比較器和第二比較器分別輸出選通信號(hào)時(shí)將所述預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元(2)中 的一個(gè)預(yù)設(shè)數(shù)值輸出至所述數(shù)據(jù)輸出單元(6)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述數(shù)值 存儲(chǔ)器與一組二進(jìn)制開關(guān)相連，所述二進(jìn)制開關(guān)用于預(yù)設(shè)數(shù)值存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述數(shù) 據(jù)輸入單元(1)由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)、第一鎖存器(12)、微分器(13)、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (14)和第二鎖存器(15)組成，所述外部信號(hào)分別輸入至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)的輸入端，所 述外部信號(hào)通過微分器(13)輸入至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14)的輸入端，所述微分器(13)將輸 入的偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換成偏差變化率信號(hào)后輸出至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14)，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (11)通過第一鎖存器(12)輸出偏差信號(hào)，所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14)通過第二鎖存器(15) 輸出偏差變化率信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述數(shù) 據(jù)輸出單元(6)由第三鎖存器(61)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(62)組成，所述第三鎖存器(61)的輸入 端與所述數(shù)據(jù)選擇單元(5)的輸出端口相連，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(62)的輸入端口與第三鎖存器(61)的輸出端口相連，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(62)的輸出端口輸出所述數(shù)據(jù)選擇單元(5)選 擇的預(yù)設(shè)數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的仿人直覺推理式模糊控制器，其特征在于所述預(yù) 設(shè)存儲(chǔ)單元(2)、偏差數(shù)據(jù)通道(3)、偏差變化率數(shù)據(jù)通道(4)和數(shù)據(jù)選擇單元(5)為可編 程邏輯器件。
全文摘要
一種仿人直覺推理式模糊控制器，它由數(shù)據(jù)輸入單元、預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元、偏差數(shù)據(jù)通道、偏差變化率數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)選擇單元和數(shù)據(jù)輸出單元組成，數(shù)據(jù)輸入單元接收外部信號(hào)并輸出偏差信號(hào)和偏差變化率信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入單元的偏差信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元一起連接到偏差數(shù)據(jù)通道的輸入端、偏差變化率信號(hào)輸出端與預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元一起連接到偏差變化率數(shù)據(jù)通道的輸入端，預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)有一組屬于模糊論域的預(yù)設(shè)數(shù)值，數(shù)據(jù)選擇單元根據(jù)偏差數(shù)據(jù)通道和偏差變化率數(shù)據(jù)通道分別輸出的選通信號(hào)選擇預(yù)設(shè)存儲(chǔ)單元中的預(yù)設(shè)數(shù)值，并通過所述數(shù)據(jù)輸出單元輸出該預(yù)設(shè)數(shù)值。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、低開銷、傳輸延時(shí)小、處理速度快、易學(xué)易用、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B13/02GK101738937SQ200910260579
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者龍祖強(qiáng) 申請(qǐng)人:衡陽師范學(xué)院