NLX230型模糊控制器及其嵌入式应用研究(DOC 12)

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.吧NLX230型翱模糊控制器及其傲嵌入式应用研究隘 疤1 引言 澳在自动控制领域爸，模糊控制理论绊及其应用的研究巴取得了很大的进版展，美国Neu靶raLogix安公司推出的NL唉X230型单片岸模糊控制器是一把种可编程的超大阿规模集成模糊逻挨辑微处理器FM扮C（Fuzzy斑 Micro 爱Control白ler），根据跋模糊逻辑原理对案输入条件进行模柏糊逻辑运算，得伴到最优的动作，扒通过执行并行操耙作控制输出，其摆处理速度高达啊30M霸规则/秒，具有靶与计算

2、机的接口绊电路、与外接E斑EPROM的接敖口电路和晶体振疤荡器接口电路，搬可广泛应用于过挨程嵌入式控制、背模式匹配，人工笆智能，机器人及般专家系统。 爸2 NLX23扳0的设计特点与把工作原理 懊模糊逻辑在控制拌领域的应用原理敖是利用模糊逻辑爸器件通过项靶和规则去构袄造任意复杂的线柏性和非线性函数安，再根据输入状佰态经过模糊推理矮，找到最佳的输坝出动作值并应用斑于控制过程，从扮而使模糊逻辑获哎得类似于人类专爱家似然推理的能半力。 哀NLX230基案于条件用模糊逻凹辑规则计算出优斑化的输出操作。隘输入值在用户定昂义的隶属函数中吧按适合的程度排跋序。为了实施有败效的数字化，采版用1个线性对称阿隶属

3、函数或最简百单的最大/最小暗模糊参考方法，耙规则决定了在输瓣入时所需的状态班集，每一规则至扒多包含16个项捌，每1个项与1敖个清晰输入版/模糊隶属函数颁配对。1个当前巴值是对用户在某伴一规则下的输出唉值合计的修改。班对于所有的输入般和输出，输入排瓣序与规则处理是扒并行的。单片式翱24位宽的规则蔼存储器最多可存奥64个规则，所扳有输入都可共享败这些规则。根据暗需要每个输出可碍以被编程为最多拜用64个规则，扒任一个输出所用昂的规则个数是其皑他规则所用的规班则的剩余数。模稗糊逻辑原理的高安效数字化实现使按NLX230在笆低价格下获得高捌处理速度（叭30M哎规则/秒）。 罢2.1 距离测耙量的相似判决

4、原阿理 拌NLX230型昂单片模糊集成控扮制器利用模糊逻瓣辑元件将输入与氨隶属度函数结合俺起来，确定输入唉对于被选定的隶扳属函数中心值的癌距离，通过距离胺测量进行相似决蔼策。由于最佳隶案属函数的形状与班系统中传感器特啊性、控制响应及袄其他动态特性有扒关，因而确定最安佳隶属函数形状昂往往是很困难的胺（当然，在某些疤情况下可以根据搬经验确定）。N袄LX230型单班片模糊控制器在按设计上采取了一班种新的方法，不哎依赖隶属函数的斑形状和确值输入邦与隶属函数的交拌点，而且测算出伴输入与选定的隶矮属函数的中心点哎的距离，其原理稗如图1所示。不隘考虑隶属函数的蔼区间和输入的单扳调，而测量输出昂与中间位置的距

5、绊离，距离用中心拔位置减去输入，懊忽略符号。确值昂输入Xa离中心肮点越远，其隶属百值越低，反之，拌其隶属值越高。挨当确值输入Xa跋正好位于中心点胺位置时，则隶属挨值最大。 埃有二种不同类型癌的隶属函数，对啊于第一种隶属函拌数，确值输入离翱中心点愈近，隶爱属值愈大，如果般确值输入落入隶八属函数的宽度范佰围之外，那么隶袄属值最小。对于拜第二隶属函数，版当确值输入落入肮隶属函数的宽度瓣范围之内时隶属昂值最小。距离测捌量的优点有二：败其一是使设计者耙在保留重要信息盎的同时不必决定暗复杂隶属函数的按形状；其二是这哎种方法提供了相拔似判决的简单途办径。半2.2 确值输隘入向模糊逻辑量挨的转换 挨确值输入向

6、模糊哀逻辑量的转换是百通过测量距离的熬相似判决模糊逻拔辑单元实现的，胺在相似判决模糊胺逻辑单元内求取氨隶属值的电路结阿构如图2所示。办模糊逻辑单元内坝被选定的隶属函哎数中心点值和确吧值输入送进减法矮器计算出差值a埃c，该差值与隶艾属函数宽度值相氨比较，只有当差澳值在宽度范围内鞍时，隶属值计算绊器才输出结果（爸该结果等于从允白许的最大隶属值巴中减去差值ac矮，如图1所示）爱，否则，隶属值般计算器输出将被懊置零或置最小值盎。隶属值实际上俺是1个模糊逻辑矮量，用（或d办）表示。 爱3 NLX23版0的内部结构和斑引脚功能 哀NLX230型坝模糊控制器的内叭部结构如图3所暗示，它由模糊输斑入选择器，1

7、6耙个模糊单元、最霸小和最大比较器捌、规则寄存器、奥输出寄存器和定班时控制等部分组岸成，完成模糊推碍理运算并作出控哎制决策。癌3.1 模糊输拔入选择器和模糊捌单元 翱8选1多路选择蔼器控制N LX肮230中16个把模糊单元的每个半单元的输入。模瓣糊单元求取输入拌量对用户所定义半的隶属函数的隶靶属度。每个模糊扳单元从8个外部肮输入中任选1个暗作为输入数据（按1个模糊单元只胺能访问1个输入敖数据）。把模糊啊单元组态构成输版出反馈到输入的半形式，可不处理俺外部输入。把一板个输入同1个隶熬属函数联系起来巴构成1个项，N扳LX230最多办可支持16个项傲。每个模糊单元哀的结构如图2所霸示，含有1个1扳6

8、位的项寄存器隘，包括8位的中版心值、5位的宽吧度值及3位的输笆入选择组态（完柏成对8个外部输拔入中任1个输入扒的选择）。每个埃模糊单元计算输板入值与用户定义巴的中心点的距离霸，完成输入确值班量到模糊逻辑量颁的转换。这样，笆每1个模糊单元肮与1个8位中心袄位置相联，计算八出距离后，其结斑果与用户定义的斑宽度相比较，5哎位的宽度值代表哀输入离中心位置佰的最远距离，如拜果输入的距离小佰于或等于此宽度坝，那么输入被认胺为是隶属函数的哎一部分，距离的版求补得到隶属函艾数度。求补就是隘30减去距离（隘30是最大宽度靶，）输入离中心佰越近，隶属值越拜高，落在宽度内芭的隶属值被传到伴最小比较器来进安行规则处理

9、。 般当输入等于中心哎值时，模糊单元挨输出最大值31盎；当输入落在宽懊度范围以外时，佰模糊输出值为0坝，表示完全没有白关系。 板3.2 最小值碍比较器和最大值懊比较器 懊NLX230的邦最小值比较器是矮由高流通量的神跋经元网路执行的爸，以适合高速的袄数据量。64条跋规则分别存储在坝64个规则寄存斑器中，每个规则佰寄存器字有24熬位，其前16位拜分别用来完成每耙个模糊单元的输搬出对最小比较器捌的使能。每个规把则位固定对应1氨个模糊单元。当凹1个规则位被置爸1，则此规则包阿含该项，相应的办模糊单元输出可败与其他置1的规翱则位相比较以找罢出最小项。熬某个规则的最小捌项一旦被找到，澳就储存在NLX爸2

10、30最大值比熬较器的暂存寄存巴器中，对应被处扒理的每一规则经啊处理所得最小项挨与暂存于最大值爸寄存器中的值进白行比较，去小存耙大；当处理完所斑有规则，最大值翱寄存器中的结果半是所有最小项中傲的最大值，该值斑对应的规则为取傲胜规则，代表1罢个模糊逻辑把各结果的和。取吧胜规则的当前值奥（动作值）送到吧模糊量与确值量斑的转换单元（输蔼出寄存器），经蔼转换处理后进行鞍模糊控制。 爱当前值定义在每板个规则寄存器字氨的8个保留位，蔼代表输出动作值矮所需的修正量，把动作修正值是1瓣个8位二进制补绊码值为128耙127。从规班则寄存器字来的翱8位动作修正值挨与用户定义的初芭值相加。例如，凹初始值为100版，动

11、作修正值为隘5，则输出为矮95。 把3.3 规则寄跋存器和输出寄存摆器 袄规则寄存器用于吧存放控制规则，疤NLX230最俺多可存放64条唉规则。输出寄存扮器为总线使能方背式，只要处理了靶所有的规则，规凹则寄存器的8位皑补码修正值与初暗始值之和，饱和哎算数运算使输出奥位取模128（阿当前值使输出高扳于或低于界限版128和127俺），输出即由模搬糊量转换为确值肮量，模糊控制器氨在输入下一组数笆据的同时输出结稗果数据。 芭3.4 NLX绊230的引脚功阿能 捌NLX230采疤用40引脚双列把直插式封装，如癌图4所示。RS稗T是系统复位脚把，低电平有效。哎DI0DI7爱是8位数据输入八口。VSS是地安

12、。SK是串行时啊钟脚，用于将组败态数据打入FM澳C（M/S0瓣时，该脚输出）澳。CS是片选，扳与M/S和R/芭W联用使能串行败数据输入/输出哀（M/S1时拜输出，M/S傲0时输入）。D笆I是串行数据输阿入脚。DO是串办行数据输出脚。背M/S是主/从绊模式选择（M/佰S1时为主动罢模式；M/S败0时为伺服模式岸）。R/W是读耙/写输入脚，仅吧用于伺服模式（肮R1为读；W爸0为写）。N背C是空脚，必须盎接地。XI为晶扳体振荡器输入脚唉。XO为晶体振皑荡器输出脚。C隘LK是缓冲系统埃时钟输出脚。S芭TB是选通脚，办与MA0MA埃2联用以选通输斑入/输出数据。版MA2是输入/鞍输出多路传输地疤址2输出

13、脚。M绊A1是输入/输绊出多路传输地址班位1输出脚。M袄A0是输入/输绊出多路传输地址岸位0输出脚。D柏O7DO0为捌数据输出脚。V扮DD是5V电懊源脚。 矮4 NLX23靶0模糊控制器的矮工作模式 矮NLX230模癌糊控制器的工作碍模式有模糊单元跋模式、输入模式败、输出模式及输绊入输出扩展应用般。氨4.1 模糊单摆元模式 肮在模糊单元模式挨下有二种方式，伴典型应用为模糊皑单元的输出表示敖每一个输入接近霸中心位置的程度埃；另一种方式是八将NLX230蔼组态成为不包含爸模糊单元，通过版使用不包含模糊挨单元的工作方式爸可用输入与中心癌位置的距离来加叭权规则项。 白4.2 输入模白式 般NLX230

14、的巴输入即可以是来昂自8个分时多路百输入引脚的信号瓣又可以是输出的岸内部反馈信号，把二种输入模式通吧过输入组态寄存笆器选择。 敖4.3 输出模哀式 班NLX230的胺每个输出可以配矮置为立即输出和办累加输出二种组碍态。在立即输出俺模式中，由取胜班规则（该规则带袄有最大的最小项胺）所特指的动作芭值加上初始值。柏对NLX230昂的工作周期，原斑始的初始值都被唉用来计算输出。颁在累加输出模式袄中，1个输出的氨新值是加了新动坝作值（此动作值霸由获胜规则所决捌定）的现在值。俺在这个模式中，袄新输入值被保留埃作为初始我用于皑下1个输出值的班计算。用户定义熬的原始初始值仅绊在复位后计算第蔼一个输出值时被澳使

15、用。 氨4.4 扩展 疤多个NLX23唉0级联使用能够绊扩展输入、输出搬、模糊单元和规靶则的数目。绊4.5 时钟 唉1个外部时钟源哀从XI引脚输入白可直接驱动NL盎X230。NL拔X230也包含摆了1个有源振荡哀器电路用于时钟摆的发生。CLK瓣提供了所需的时熬钟输出。 白5 NLX23白0的操作方式 挨NLX230的百操作模式通过初搬始化完成。复位哎引脚M/S可设靶置2种不同结构昂的操作方式：主拌动方式（NLX傲230自动从外暗部EEPROM鞍中读取数据）和挨从动方式（NL般X230等待外拔部逻辑电路读写翱数据）。 矮5.1 主动方熬式 隘主动方式是在复坝位引脚由1白变为0和M捌/S为1时败使

16、NLX230拌开始1个自动卸蔼载周期。NLX埃230通过时钟柏SK的发生、片按选使能和地址（斑DO）的发生来矮寻址2048位班的串行EEPR案OM。NLX2案30输出串行时颁钟（SK）并维氨持片选（CS）八，接着出现读叭标志，7位地拔址在DO输出引跋脚出现，NLX摆230立即开始百在DI引脚输入霸16位数据，该案过程持续进行到敖NLX230已板经输入128个鞍数据字（16蔼282048翱），之后片选失跋效。这个组态周熬期的下1个工作颁是由NLX23扮0处理出现在输阿入引脚（DI0俺DI7）上的安数据。 拌5.2 从动（俺伺服）方式 疤M/S为0案时，NLX23袄0处于从动（伺斑服）模式，由外肮

17、部控制逻辑提供邦SK、CS、R鞍/W等信号。在拜SK上升沿之前矮，维持R/W为袄低电平和CS为碍高电平以触发卸俺载过程。然后，碍在SK的上升沿败由DI引脚输入邦数据。所有数据暗位（2048）氨顺序写入后，C板S变为低电平；拌在SK的上升沿熬之前，保持R/邦W和CS信号为澳高电平以触发加傲载过程。然后，懊在SK的上升沿叭由DO引脚输出疤数据。所有数据稗位（2048）盎被顺序读出后，巴CS变为低电平奥。在串行卸载或白加载周期之后，啊需要一个复位信澳号（保持为低电白平）以清除内部按数据通道。 巴6 应用接口 颁6.1 NLX瓣230接口功能拔 巴NLX230有爸8个时分多路复凹用输入脚和8个昂多路复

18、用输出脚靶。内部连接输出疤到输入可以得到扮反馈路径、外部矮晶体振荡器或P艾C电路；输入和隘输出计数的1个澳时钟输出；为使懊外部数据输入信瓣号同步的1个帧俺信号；串行EE凹PROM接口由瓣数据输入（DI斑）、片选（CS板）、时钟（SK暗）和读写（R/摆W）引脚组成。扮当NLX230疤与微机接口时，版只需DI、CS癌、DO、SK和澳R/W引脚即可背。柏6.2 数据接蔼口电路 案NLX230与扮微处理器（或单爱片机）接口只需百5个引脚信号：坝DI、CS、D斑O、SK、R/矮W。图5所示为摆典型的控制系统伴数据接口，74按373作为输入岸/输出数据锁存白器，其个数与输安入/输出个数相懊同。NLX23昂0用于典型的输氨入/输出为8个罢8位数值的多路板复用控制系统。白MUX地址脚M百A（2：0）、拔选通脚STB及邦动态输入或输出艾通道的译码由N佰LX230提供巴。NLX230拔提供所有必要的熬信号，由典型帧柏时序图可显示时袄间关系。输入值暗从DI（7：0巴）输入的同时输版出也在DO（7俺：0）进行。 班7 应用实例 扒应用实例是玩具唉电动汽车自动驾绊驶控制系统。根扮据输入由NLX班230