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的設計特點與工作原理

模糊邏輯在控制領域的應用原理是利用模糊邏輯器件通過"項"和"規(guī)則"去構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，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，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換

確值輸入向模糊邏輯量的轉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構如圖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果（該結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)部結構和引腳功能

NLX230型模糊控制器的內(nèi)部結構如圖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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