模糊控制在基于CAN總線的數據采集與控制系統中的應用

　　系統軟件所實現的功能為:采樣n時刻A/D轉換輸出值，與系統設定值和上次采樣值e(n-1)比較得n時刻偏差e(n)和偏差變化率e_c(n);選擇合適的量化因子k_e和k_c，由相應的模糊化規則得到模糊值E(n)和EC(n);分析E(n)和EC(n)的變化趨勢以確定是否加入積分環節。然后，根據E(n)和EC(n)的值直接查程序存儲器內的模糊控制總表或進行積分運算得到模糊控制增量。最后，對加入或不加入的模糊控制增量采用最大隸屬度原則進行模糊判決，選擇適當的比例因子ku得到控制增量Δu，計算Δu+u(n-1)的值，即可得n時刻的控制量。該值可通過CAN總線傳送給其它智能單元，進行D/A轉換后即可控制現場設備或上位機做進一步的處理以協調整個系統各控制單元的正常、有效的運行。智能控制單元在處理以上任務的同時還要完成與CAN總線數據通信和對現場設備的狀態顯示與報警。由離線方式計算出的模糊控制總表可以直接以矩陣的形式寫入芯片內部程序存儲器，其軟件設計流程如圖4所示。

4 仿真實驗

　　針對以上描述的模糊控制算法和控制系統設計思想，我們選擇某一被控系統做了仿真實驗。該被控系統的傳遞函數為:。從系統的傳遞函數可以看出，該系統非線性較強、純滯后大(T=1s);對純PID控制算法和本論文討論的模糊控制算法的階躍響應曲線如圖5所示。

　　其中，曲線1是在k_p=1、k_c=0.2和k_d=1.25參數下純PID控制的系統響應曲線，曲線2是在k_e=48、k_c=80和k_u=7情況下采用模糊控制算法的系統響應曲線。從系統控制響應曲線2來看，由于該模糊控制器采用了純模糊控制算法和加入積分環節相結合的方案，在系統響應偏離平衡點較遠時，只有模糊控制的作用，響應速度很快，曲線斜率大;而當響應接近平衡點且有偏離趨勢時，由于加入積分環節，曲線變化速率變慢，幾次作用后，系統響應最后在平衡點附近穩定或到達平衡點。與純PID控制器算法相比，它具有算法簡潔、響應速度快等特點。同時要使系統達到快速響應且無超調，在參數選擇上是矛盾的，只憑固定的參數ke、kc和ku很難達到要求。因此，k_e、k_c和k_u參數的選擇可以根據E和EC的變化而調整以達到提高系統的穩態精度的目的，這樣整個控制系統既能達到控制的快速性，同時還能實現減少或消除系統穩態誤差的效果。

　　模糊控制和現場總線是近些年控制領域向智能化、全面化、快速化方向發展而建立起來的兩門新技術;把智能控制與現場總線結合起來是以后工程控制中的主要應用方向。從整個控制系統的設計過程和仿真結果來看，系統的硬件結構相對比較簡單，軟件實現方便，系統控制效果理想，實時性好。