1、礙NLX230型頒模糊控制器及其哎嵌入式應(yīng)用研究敗 吧1 引言 隘在自動(dòng)控制領(lǐng)域壩，模糊控制理論稗及其應(yīng)用的研究矮取得了很大的進(jìn)絆展，美國Neu柏raLogix疤公司推出的NL阿X230型單片斑模糊控制器是一把種可編程的超大扳規(guī)模集成模糊邏擺輯微處理器FM奧C（Fuzzy佰 Micro 佰Control懊ler），根據(jù)柏模糊邏輯原理對(duì)百輸入條件進(jìn)行模八糊邏輯運(yùn)算，得拔到最優(yōu)的動(dòng)作，襖通過執(zhí)行并行操叭作控制輸出，其岸處理速度高達(dá)3芭0M規(guī)則/秒，矮具有與計(jì)算機(jī)的哀接口電路、與外稗接EEPROM靶的接口電路和晶版體振蕩器接口電版路，可廣泛應(yīng)用絆于過程嵌入式控拜制、模式匹配，挨人工智能，機(jī)器啊人及專

2、家系統(tǒng)。奧 扳2 NLX23斑0的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與背工作原理 盎模糊邏輯在控制奧領(lǐng)域的應(yīng)用原理笆是利用模糊邏輯艾器件通過項(xiàng)扳和規(guī)則去構(gòu)按造任意復(fù)雜的線背性和非線性函數(shù)捌，再根據(jù)輸入狀扮態(tài)經(jīng)過模糊推理敖，找到最佳的輸癌出動(dòng)作值并應(yīng)用氨于控制過程，從辦而使模糊邏輯獲啊得類似于人類專岸家似然推理的能罷力。 笆NLX230基靶于條件用模糊邏芭輯規(guī)則計(jì)算出優(yōu)巴化的輸出操作。藹輸入值在用戶定骯義的隸屬函數(shù)中矮按適合的程度排唉序。為了實(shí)施有愛效的數(shù)字化，采耙用1個(gè)線性對(duì)稱頒隸屬函數(shù)或最簡搬單的最大/最小鞍模糊參考方法，昂規(guī)則決定了在輸癌入時(shí)所需的狀態(tài)般集，每一規(guī)則至霸多包含16個(gè)項(xiàng)罷，每1個(gè)項(xiàng)與1擺個(gè)清晰輸入班/

3、模糊隸屬函數(shù)按配對(duì)。1個(gè)當(dāng)前瓣值是對(duì)用戶在某皚一規(guī)則下的輸出佰值合計(jì)的修改。埃對(duì)于所有的輸入按和輸出，輸入排襖序與規(guī)則處理是伴并行的。單片式罷24位寬的規(guī)則挨存儲(chǔ)器最多可存叭64個(gè)規(guī)則，所扳有輸入都可共享跋這些規(guī)則。根據(jù)按需要每個(gè)輸出可昂以被編程為最多笆用64個(gè)規(guī)則，罷任一個(gè)輸出所用懊的規(guī)則個(gè)數(shù)是其罷他規(guī)則所用的規(guī)哎則的剩余數(shù)。模安糊邏輯原理的高拜效數(shù)字化實(shí)現(xiàn)使哀NLX230在瓣低價(jià)格下獲得高邦處理速度（30阿M規(guī)則/秒）。百 胺2.1 距離測(cè)岸量的相似判決原拜理 暗NLX230型芭單片模糊集成控扳制器利用模糊邏頒輯元件將輸入與伴隸屬度函數(shù)結(jié)合頒起來，確定輸入矮對(duì)于被選定的隸矮屬函數(shù)中心值的啊

4、距離，通過距離稗測(cè)量進(jìn)行相似決熬策。由于最佳隸敖屬函數(shù)的形狀與扳系統(tǒng)中傳感器特按性、控制響應(yīng)及疤其他動(dòng)態(tài)特性有般關(guān)，因而確定最扳佳隸屬函數(shù)形狀伴往往是很困難的靶（當(dāng)然，在某些翱情況下可以根據(jù)把經(jīng)驗(yàn)確定）。N拌LX230型單矮片模糊控制器在疤設(shè)計(jì)上采取了一霸種新的方法，不礙依賴隸屬函數(shù)的斑形狀和確值輸入俺與隸屬函數(shù)的交板點(diǎn)，而且測(cè)算出埃輸入與選定的隸埃屬函數(shù)的中心點(diǎn)拜的距離，其原理岸如圖1所示。不叭考慮隸屬函數(shù)的案區(qū)間和輸入的單哎調(diào)，而測(cè)量輸出罷與中間位置的距奧離，距離用中心愛位置減去輸入，瓣忽略符號(hào)。確值拌輸入Xa離中心胺點(diǎn)越遠(yuǎn)，其隸屬凹值越低，反之，斑其隸屬值越高。把當(dāng)確值輸入Xa版正好位于

5、中心點(diǎn)瓣位置時(shí)，則隸屬版值最大。 白有二種不同類型拔的隸屬函數(shù)，對(duì)案于第一種隸屬函瓣數(shù)，確值輸入離吧中心點(diǎn)愈近，隸疤屬值愈大，如果奧確值輸入落入隸般屬函數(shù)的寬度范凹圍之外，那么隸搬屬值最小。對(duì)于靶第二隸屬函數(shù)，岸當(dāng)確值輸入落入芭隸屬函數(shù)的寬度耙范圍之內(nèi)時(shí)隸屬案值最小。距離測(cè)翱量的優(yōu)點(diǎn)有二：耙其一是使設(shè)計(jì)者愛在保留重要信息俺的同時(shí)不必決定癌復(fù)雜隸屬函數(shù)的壩形狀；其二是這罷種方法提供了相埃似判決的簡單途辦徑。扮2.2 確值輸骯入向模糊邏輯量耙的轉(zhuǎn)換 爸確值輸入向模糊背邏輯量的轉(zhuǎn)換是藹通過測(cè)量距離的唉相似判決模糊邏哎輯單元實(shí)現(xiàn)的，板在相似判決模糊哀邏輯單元內(nèi)求取凹隸屬值的電路結(jié)瓣構(gòu)如圖2所示。昂模糊

6、邏輯單元內(nèi)跋被選定的隸屬函爸?jǐn)?shù)中心點(diǎn)值和確哀值輸入送進(jìn)減法凹器計(jì)算出差值a胺c，該差值與隸耙屬函數(shù)寬度值相扮比較，只有當(dāng)差半值在寬度范圍內(nèi)佰時(shí)，隸屬值計(jì)算昂器才輸出結(jié)果（邦該結(jié)果等于從允笆許的最大隸屬值凹中減去差值ac班，如圖1所示）拔，否則，隸屬值叭計(jì)算器輸出將被盎置零或置最小值唉。隸屬值實(shí)際上挨是1個(gè)模糊邏輯叭量，用（或d把）表示。 頒3 NLX23按0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和霸引腳功能 辦NLX230型板模糊控制器的內(nèi)邦部結(jié)構(gòu)如圖3所頒示，它由模糊輸阿入選擇器，16凹個(gè)模糊單元、最頒小和最大比較器凹、規(guī)則寄存器、白輸出寄存器和定叭時(shí)控制等部分組澳成，完成模糊推芭理運(yùn)算并作出控邦制決策。斑3.1 模糊

7、輸佰入選擇器和模糊芭單元 霸8選1多路選擇疤器控制N LX哀230中16個(gè)懊模糊單元的每個(gè)唉單元的輸入。模敖糊單元求取輸入耙量對(duì)用戶所定義暗的隸屬函數(shù)的隸扒屬度。每個(gè)模糊霸單元從8個(gè)外部百輸入中任選1個(gè)霸作為輸入數(shù)據(jù)（搬1個(gè)模糊單元只哀能訪問1個(gè)輸入稗數(shù)據(jù)）。把模糊罷單元組態(tài)構(gòu)成輸版出反饋到輸入的版形式，可不處理百外部輸入。把一按個(gè)輸入同1個(gè)隸艾屬函數(shù)聯(lián)系起來半構(gòu)成1個(gè)項(xiàng)，N哀LX230最多襖可支持16個(gè)項(xiàng)伴。每個(gè)模糊單元礙的結(jié)構(gòu)如圖2所敗示，含有1個(gè)1芭6位的項(xiàng)寄存器絆，包括8位的中吧心值、5位的寬斑度值及3位的輸壩入選擇組態(tài)（完阿成對(duì)8個(gè)外部輸般入中任1個(gè)輸入瓣的選擇）。每個(gè)疤模糊單元計(jì)算

8、輸?shù)K入值與用戶定義罷的中心點(diǎn)的距離埃，完成輸入確值邦量到模糊邏輯量凹的轉(zhuǎn)換。這樣，愛每1個(gè)模糊單元邦與1個(gè)8位中心案位置相聯(lián)，計(jì)算絆出距離后，其結(jié)哀果與用戶定義的搬寬度相比較，5傲位的寬度值代表盎輸入離中心位置捌的最遠(yuǎn)距離，如埃果輸入的距離小拌于或等于此寬度奧，那么輸入被認(rèn)敗為是隸屬函數(shù)的案一部分，距離的拔求補(bǔ)得到隸屬函皚數(shù)度。求補(bǔ)就是俺30減去距離（皚30是最大寬度癌，）輸入離中心盎越近，隸屬值越絆高，落在寬度內(nèi)奧的隸屬值被傳到捌最小比較器來進(jìn)半行規(guī)則處理。 白當(dāng)輸入等于中心佰值時(shí)，模糊單元耙輸出最大值31扒；當(dāng)輸入落在寬藹度范圍以外時(shí)，艾模糊輸出值為0伴，表示完全沒有稗關(guān)系。 矮3.2 最

9、小值啊比較器和最大值澳比較器 笆NLX230的隘最小值比較器是壩由高流通量的神啊經(jīng)元網(wǎng)路執(zhí)行的岸，以適合高速的哀數(shù)據(jù)量。64條懊規(guī)則分別存儲(chǔ)在翱64個(gè)規(guī)則寄存邦器中，每個(gè)規(guī)則佰寄存器字有24昂位，其前16位敗分別用來完成每捌個(gè)模糊單元的輸傲出對(duì)最小比較器罷的使能。每個(gè)規(guī)案則位固定對(duì)應(yīng)1拔個(gè)模糊單元。當(dāng)搬1個(gè)規(guī)則位被置癌1，則此規(guī)則包凹含該項(xiàng)，相應(yīng)的耙模糊單元輸出可吧與其他置1的規(guī)捌則位相比較以找把出最小項(xiàng)。皚某個(gè)規(guī)則的最小哀項(xiàng)一旦被找到，扒就儲(chǔ)存在NLX拜230最大值比板較器的暫存寄存啊器中，對(duì)應(yīng)被處壩理的每一規(guī)則經(jīng)敗處理所得最小項(xiàng)叭與暫存于最大值稗寄存器中的值進(jìn)背行比較，去小存敗大；當(dāng)處理完

10、所笆有規(guī)則，最大值爸寄存器中的結(jié)果瓣是所有最小項(xiàng)中懊的最大值，該值昂對(duì)應(yīng)的規(guī)則為取哎勝規(guī)則，代表1邦個(gè)模糊邏輯奧各結(jié)果的和。取案勝規(guī)則的當(dāng)前值扳（動(dòng)作值）送到百模糊量與確值量邦的轉(zhuǎn)換單元（輸版出寄存器），經(jīng)啊轉(zhuǎn)換處理后進(jìn)行瓣模糊控制。 奧當(dāng)前值定義在每扮個(gè)規(guī)則寄存器字吧的8個(gè)保留位，安代表輸出動(dòng)作值笆所需的修正量，半動(dòng)作修正值是1愛個(gè)8位二進(jìn)制補(bǔ)白碼值為128鞍127。從規(guī)笆則寄存器字來的敗8位動(dòng)作修正值澳與用戶定義的初絆值相加。例如，礙初始值為100耙，動(dòng)作修正值為拔5，則輸出為鞍95。 襖3.3 規(guī)則寄疤存器和輸出寄存案器 吧規(guī)則寄存器用于俺存放控制規(guī)則，啊NLX230最頒多可存放64條頒

11、規(guī)則。輸出寄存埃器為總線使能方奧式，只要處理了稗所有的規(guī)則，規(guī)稗則寄存器的8位胺補(bǔ)碼修正值與初啊始值之和，飽和笆算數(shù)運(yùn)算使輸出骯位取模128（邦當(dāng)前值使輸出高斑于或低于界限翱128和127哀），輸出即由模絆糊量轉(zhuǎn)換為確值翱量，模糊控制器骯在輸入下一組數(shù)扳據(jù)的同時(shí)輸出結(jié)隘果數(shù)據(jù)。 愛3.4 NLX澳230的引腳功隘能 拌NLX230采阿用40引腳雙列般直插式封裝，如唉圖4所示。RS靶T是系統(tǒng)復(fù)位腳啊，低電平有效。邦DI0DI7傲是8位數(shù)據(jù)輸入昂口。VSS是地拌。SK是串行時(shí)氨鐘腳，用于將組岸態(tài)數(shù)據(jù)打入FM跋C（M/S0隘時(shí)，該腳輸出）伴。CS是片選，按與M/S和R/啊W聯(lián)用使能串行板數(shù)據(jù)輸入/輸

12、出敖（M/S1時(shí)絆輸出，M/S瓣0時(shí)輸入）。D凹I是串行數(shù)據(jù)輸邦入腳。DO是串啊行數(shù)據(jù)輸出腳。柏M/S是主/從隘模式選擇（M/鞍S1時(shí)為主動(dòng)翱模式；M/S辦0時(shí)為伺服模式把）。R/W是讀傲/寫輸入腳，僅澳用于伺服模式（胺R1為讀；W澳0為寫）。N埃C是空腳，必須半接地。XI為晶罷體振蕩器輸入腳稗。XO為晶體振壩蕩器輸出腳。C霸LK是緩沖系統(tǒng)絆時(shí)鐘輸出腳。S芭TB是選通腳，罷與MA0MA辦2聯(lián)用以選通輸班入/輸出數(shù)據(jù)。哀MA2是輸入/暗輸出多路傳輸?shù)氐K址2輸出腳。M稗A1是輸入/輸暗出多路傳輸?shù)刂钒奈?輸出腳。M靶A0是輸入/輸把出多路傳輸?shù)刂窋[位0輸出腳。D壩O7DO0為半數(shù)據(jù)輸出腳。V辦DD

13、是5V電吧源腳。 癌4 NLX23熬0模糊控制器的氨工作模式 巴NLX230模百糊控制器的工作暗模式有模糊單元哀模式、輸入模式壩、輸出模式及輸頒入輸出擴(kuò)展應(yīng)用版。靶4.1 模糊單白元模式 伴在模糊單元模式氨下有二種方式，暗典型應(yīng)用為模糊絆單元的輸出表示澳每一個(gè)輸入接近哀中心位置的程度胺；另一種方式是巴將NLX230背組態(tài)成為不包含柏模糊單元，通過安使用不包含模糊敗單元的工作方式案可用輸入與中心礙位置的距離來加唉權(quán)規(guī)則項(xiàng)。 艾4.2 輸入模熬式 埃NLX230的板輸入即可以是來矮自8個(gè)分時(shí)多路罷輸入引腳的信號(hào)捌又可以是輸出的胺內(nèi)部反饋信號(hào)，佰二種輸入模式通胺過輸入組態(tài)寄存跋器選擇。 襖4.3 輸

14、出模班式 佰NLX230的案每個(gè)輸出可以配班置為立即輸出和鞍累加輸出二種組擺態(tài)。在立即輸出礙模式中，由取勝懊規(guī)則（該規(guī)則帶辦有最大的最小項(xiàng)頒）所特指的動(dòng)作矮值加上初始值。版對(duì)NLX230白的工作周期，原癌始的初始值都被扳用來計(jì)算輸出。敗在累加輸出模式襖中，1個(gè)輸出的癌新值是加了新動(dòng)扒作值（此動(dòng)作值礙由獲勝規(guī)則所決藹定）的現(xiàn)在值。哎在這個(gè)模式中，扳新輸入值被保留瓣作為初始我用于罷下1個(gè)輸出值的唉計(jì)算。用戶定義昂的原始初始值僅般在復(fù)位后計(jì)算第敖一個(gè)輸出值時(shí)被愛使用。 癌4.4 擴(kuò)展 皚多個(gè)NLX23昂0級(jí)聯(lián)使用能夠稗擴(kuò)展輸入、輸出襖、模糊單元和規(guī)襖則的數(shù)目。佰4.5 時(shí)鐘 皚1個(gè)外部時(shí)鐘源昂從XI

15、引腳輸入俺可直接驅(qū)動(dòng)NL澳X230。NL岸X230也包含矮了1個(gè)有源振蕩絆器電路用于時(shí)鐘骯的發(fā)生。CLK白提供了所需的時(shí)半鐘輸出。 芭5 NLX23叭0的操作方式 扳NLX230的澳操作模式通過初般始化完成。復(fù)位熬引腳M/S可設(shè)伴置2種不同結(jié)構(gòu)愛的操作方式：主鞍動(dòng)方式（NLX艾230自動(dòng)從外埃部EEPROM拌中讀取數(shù)據(jù)）和笆從動(dòng)方式（NL辦X230等待外把部邏輯電路讀寫柏?cái)?shù)據(jù)）。 皚5.1 主動(dòng)方搬式 懊主動(dòng)方式是在復(fù)巴位引腳由1耙變?yōu)?和M巴/S為1時(shí)盎使NLX230拔開始1個(gè)自動(dòng)卸頒載周期。NLX半230通過時(shí)鐘板SK的發(fā)生、片唉選使能和地址（胺DO）的發(fā)生來暗尋址2048位絆的串行EEP

16、R絆OM。NLX2巴30輸出串行時(shí)跋鐘（SK）并維胺持片選（CS）澳，接著出現(xiàn)讀唉標(biāo)志，7位地暗址在DO輸出引伴腳出現(xiàn)，NLX笆230立即開始版在DI引腳輸入傲16位數(shù)據(jù)，該辦過程持續(xù)進(jìn)行到佰NLX230已昂經(jīng)輸入128個(gè)半數(shù)據(jù)字（16岸282048皚），之后片選失吧效。這個(gè)組態(tài)周巴期的下1個(gè)工作翱是由NLX23瓣0處理出現(xiàn)在輸岸入引腳（DI0按DI7）上的八數(shù)據(jù)。 佰5.2 從動(dòng)（辦伺服）方式 扮M/S為0百時(shí)，NLX23拜0處于從動(dòng)（伺拌服）模式，由外班部控制邏輯提供跋SK、CS、R礙/W等信號(hào)。在版SK上升沿之前敖，維持R/W為頒低電平和CS為斑高電平以觸發(fā)卸哎載過程。然后，矮在SK的上

17、升沿岸由DI引腳輸入扒數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)敗位（2048）百順序?qū)懭牒?，C班S變?yōu)榈碗娖剑粣墼赟K的上升沿骯之前，保持R/案W和CS信號(hào)為捌高電平以觸發(fā)加巴載過程。然后，柏在SK的上升沿拜由DO引腳輸出板數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)板位（2048）奧被順序讀出后，般CS變?yōu)榈碗娖桨骸Ｔ诖行遁d或傲加載周期之后，翱需要一個(gè)復(fù)位信凹號(hào)（保持為低電拔平）以清除內(nèi)部盎數(shù)據(jù)通道。 佰6 應(yīng)用接口 爸6.1 NLX按230接口功能白 拔NLX230有暗8個(gè)時(shí)分多路復(fù)埃用輸入腳和8個(gè)班多路復(fù)用輸出腳吧。內(nèi)部連接輸出邦到輸入可以得到板反饋路徑、外部翱晶體振蕩器或P奧C電路；輸入和搬輸出計(jì)數(shù)的1個(gè)稗時(shí)鐘輸出；為使靶外部數(shù)據(jù)輸入信罷

18、號(hào)同步的1個(gè)幀伴信號(hào)；串行EE皚PROM接口由八數(shù)據(jù)輸入（DI俺）、片選（CS澳）、時(shí)鐘（SK懊）和讀寫（R/礙W）引腳組成。扒當(dāng)NLX230礙與微機(jī)接口時(shí)，奧只需DI、CS伴、DO、SK和礙R/W引腳即可敖。拜6.2 數(shù)據(jù)接伴口電路 吧NLX230與白微處理器（或單案片機(jī)）接口只需八5個(gè)引腳信號(hào)：昂DI、CS、D捌O、SK、R/哀W。圖5所示為襖典型的控制系統(tǒng)扳數(shù)據(jù)接口，74柏373作為輸入阿/輸出數(shù)據(jù)鎖存矮器，其個(gè)數(shù)與輸伴入/輸出個(gè)數(shù)相敖同。NLX23埃0用于典型的輸般入/輸出為8個(gè)拜8位數(shù)值的多路扒復(fù)用控制系統(tǒng)。稗MUX地址腳M礙A（2：0）、暗選通腳STB及皚動(dòng)態(tài)輸入或輸出阿通道的譯碼由N埃LX230提供氨。NLX230巴提供所有必要的愛信號(hào)，由典型幀罷時(shí)序圖可顯示時(shí)罷間關(guān)系。輸入值板從DI（7：0吧）輸入的同時(shí)輸笆出也在DO（7癌：0）進(jìn)行。 哎7 應(yīng)用實(shí)例 鞍應(yīng)用實(shí)例是玩具稗電動(dòng)汽車自動(dòng)駕拔駛控制系統(tǒng)。根笆據(jù)輸入由NLX藹230提供決策奧輸出