[发明专利]一种模糊控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种模糊控制器，属于模糊控制技术领域。

背景技术

采用模糊控制技术设计的模糊控制器，已广泛应用于各类对象的控制，构成模糊控制系统。以超声波电机的转速控制为例，图1给出了采用模糊控制器的超声波电机转速控制系统基本结构框图。图1所示系统的控制目的，是使得电机实际输出转速值ω与转速给定值ωr相同。图中，转速给定值ωr减去电机实际转速值ω，得到当前的转速误差ωe；ωe经微分算子p作用，得到转速误差变化率ωec。ωe和ωec作为模糊控制器的输入量，经模糊控制器的模糊推理计算后，得到控制量f，作用于电机驱动电路。驱动电路根据控制量的数值，输出符合控制量要求的交流驱动电压u，施加于超声波电机定子绕组，实现对电机转速ω的自动调节。图1中的旋转编码器为电机转速测量传感器，用来实时测量电机转速。旋转编码器输出量为频率与转速成正比的方波信号，该方波信号需经转速反馈信号处理单元处理，得到转速值ω作为反馈信号。

图1中的模糊控制器，采用二输入一输出的形式，这是普遍使用的模糊控制器结构。其内部结构框图如图2所示，图2中，Ge、Gec和Gf分别为输入、输出变量的量化因子，可有可无，两个输入变量ωe和ωec，经模糊化、模糊推理、解模糊三个主要环节的处理，得到的信号df再经积分∫，得到输出控制量f。按照现有模糊控制器的设计理论，图2中的“模糊推理”、“解模糊”环节的具体设计，都可在已有的多种成熟方法中进行选择。例如，常用的模糊推理方法有“Mamdani推理方法”、“Lusing Larson推理方法”、“Sugeno推理方法”等，常用的解模糊方法有“重心法”、“最大平均值法”、“Sugeno解模糊法”等。模糊推理过程中采用的输入量有两个，使得模糊推理环节的计算量大，增加了模糊控制器的复杂度。

发明内容

本发明的目的是提供一种模糊控制器，以解决目前模糊控制器采用两输入一输出形式所导致计算量大的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种模糊控制器，一种模糊控制器，包括输入变量的模糊化单元、模糊推理单元和解模糊单元，所述的输入变量的模糊化单元的输入信号为被控制量，输入变量的模糊化单元的输出端与模糊推理单元的输入端连接，模糊推理单元的输出端与解模糊单元的输入端连接，所述解模糊单元的输入端还输入有被控制量的误差和被控制量的误差变化量。

所述的模糊推理单元采用改进的一阶Sugeno推理算法，该算法采用的模糊规则形式为：

规则1：如果W＝NS，那么DF＝Z₁＝A₁₁*ωe+A₂₁*ωec

……

规则n：如果W＝NB，那么DF＝Z_n＝A_1n*ωe+A_2n*ωec

W为输入变量ω经输入变量的模糊化单元处理之后得到的模糊变量；ωe为被控制量的误差；ωec为被控制量的误差变化量；DF为与df对应的模糊变量，df为DF经解模糊环节处理得到的变量；A₁₁、……A_1n、A₂₁、……、A_2n为系数常数。

所述的解模糊单元采用一阶解模糊算法，该算法的计算公式为：

其中DOF₁、DOF₂、DOF_n分别为一阶Sugeno推理方法采用的第1条、2条、n条规则前提部分的满意度值。

所述的模糊控制器的控制对象为超声波电机，被控制量为超声波电机的转速，被控制量的误差为超声波电机的转速误差，被控制量的误差变化量为超声波电极的转速误差变化量。

本发明的有益效果是:本发明的模糊控制器采用一输入一输出的形式，输入变量的模糊化单元的输入信号为被控制量，输入变量的模糊化单元的输出端与模糊推理单元的输入端连接，模糊推理单元的输出端与解模糊单元的输入端连接，解模糊单元的输入端还输入有被控制量的误差和被控制量的误差变化量。本发明中被控制量的误差和误差变化率两个输入变量仅用于模糊控制器中“解模糊”环节的计算，不参与模糊推理等其它环节的计算，显著降低了模糊控制器的复杂度，并通过具体实例说明了本发明能够使在线计算量显著减小，并将其应用到超声波电机控制上，得到了良好的控制效果。

附图说明

图1是现有技术中超声波电机模糊转速控制系统的基本框图；

图2是现有技术中超声波电机模糊转速控制器的结构框图；