NLX型模糊控制器及其嵌入式应用

1NLX230型模糊控制器及其嵌入式应用研究1引言

在自动控制领域，模糊控制理论及其应用的研究取得了很大的进展，美国NeuraLogix公司推出的NLX230型单片模糊控制器是一种可编程的超大规模集成模糊逻辑微处理器FMC（FuzzyMicroController），根据模糊逻辑原理对输入条件进行模糊逻辑运算，得到最优的动作，通过执行并行操作控制输出，其处理速度高达30M规则/秒，具有与计算机的接口电路、与外接EEPROM的接口电路和晶体振荡器接口电路，可广泛应用于过程嵌入式控制、模式匹配，人工智能，机器人及专家系统。

2NLX230的设计特点与工作原理

模糊逻辑在控制领域的应用原理是利用模糊逻辑器件通过"项"和"规则"去构造任意复杂的线性和非线性函数，再根据输入状态经过模糊推理，找到最佳的输出动作值并应用于控制过程，从而使模糊逻辑获得类似于人类专家似然推理的能力。

NLX230基于条件用模糊逻辑规则计算出优化的输出操作。输入值在用户定义的隶属函数中按适合的程度排序。为了实施有效的数字化，采用1个线性对称隶属函数或最简单的最大/最小模糊参考方法，规则决定了在输入时所需的状态集，每一规则至多包含16个项，每1个项与1个"清晰"输入/模糊隶属函数配对。1个当前值是对用户在某一规则下的输出值合计的修改。对于所有的输入和输出，输入排序与规则处理是并行的。单片式24位宽的规则存储器最多可存64个规则，所有输入都可共享这些规则。根据需要每个输出可以被编程为最多用64个规则，任一个输出所用的规则个数是其他规则所用的规则的剩余数。模糊逻辑原理的高效数字化实现使NLX230在低价格下获得高处理速度（30M规则/秒）。

2.1距离测量的相似判决原理

NLX230型单片模糊集成控制器利用模糊逻辑元件将输入与隶属度函数结合起来，确定输入对于被选定的隶属函数中心值的距离，通过距离测量进行相似决策。由于最佳隶属函数的形状与系统中传感器特性、控制响应及其他动态特性有关，因而确定最佳隶属函数形状往往是很困难的（当然，在某些情况下可以根据经验确定）。NLX230型单片模糊控制器在设计上采取了一种新的方法，不依赖隶属函数的形状和确值输入与隶属函数的交点，而且测算出输入与选定的隶属函数的中心点的距离，其原理如图1所示。不考虑隶属函数的区间和输入的单调，而测量输出与中间位置的距离，距离用中心位置减去输入，忽略符号。确值输入Xa离中心点越远，其隶属值越低，反之，其隶属值越高。当确值输入Xa正好位于中心点位置时，则隶属值最大。有二种不同类型的隶属函数，对于第一种隶属函数，确值输入离中心点愈近，隶属值愈大，如果确值输入落入隶属函数的宽度范围之外，那么隶属值最小。对于第二隶属函数，当确值输入落入隶属函数的宽度范围之内时隶属值最小。距离测量的优点有二：其一是使设计者在保留重要信息的同时不必决定复杂隶属函数的形状；其二是这种方法提供了相似判决的简单途径。

2.2确值输入向模糊逻辑量的转换

确值输入向模糊逻辑量的转换是通过测量距离的相似判决模糊逻辑单元实现的，在相似判决模糊逻辑单元内求取隶属值的电路结构如图2所示。模糊逻辑单元内被选定的隶属函数中心点值和确值输入送进减法器计算出差值ac，该差值与隶属函数宽度值相比较，只有当差值在宽度范围内时，隶属值计算器才输出结果（该结果等于从允许的最大隶属值中减去差值ac，如图1所示），否则，隶属值计算器输出将被置零或置最小值。隶属值实际上是1个模糊逻辑量，用μ（或d）表示。3NLX230的内部结构和引脚功能

NLX230型模糊控制器的内部结构如图3所示，它由模糊输入选择器，16个模糊单元、最小和最大比较器、规则寄存器、输出寄存器和定时控制等部分组成，完成模糊推理运算并作出控制决策。雕3.太1老模糊贵输入才选择紧器和沿模糊击单元格

尺8选糕1多朵路选辣择器机控制跑N袍LX前23梁0中练16予个模膝糊单敏元的猴每个燥单元度的输棒入。忽模糊轰单元员求取扔输入筑量对昌用户丧所定默义的组隶属瓣函数芒的隶阵属度举。每旬个模搏糊单庭元从过8个滥外部切输入损中任钳选1兄个作绍为输演入数衫据（厨1个瓦模糊健单元也只能泳访问天1个听输入陪数据穿）。搜把模低糊单株元组移态构蝶成输义出反淘馈到室输入扯的形极式，圆可不撒处理染外部砌输入堆。把激一个亚输入嫂同1步个隶农属函垃数联仰系起缺来构湿成1椅个项揪，N委LX叼23亮0最瓶多可芳支持毫16尖个项轧。每座个模洲糊单皇元的私结构情如图删2所搭示，敲含有男1个仅16裁位的妈项寄垒存器炕，包晚括8洽位的订中心吧值、懒5位牌的宽倒度值泊及3践位的叫输入薄选择啦组态沃（完狠成对显8个歪外部冻输入征中任吊1个乎输入碗的选鱼择）亭。每闯个模务糊单壳元计个算输熊入值盐与用油户定酿义的祸中心界点的悟距离桌，完臂成输礼入确须值量出到模快糊逻企辑量律的转箩换。刃这样挎，每嫂1个段模糊欺单元暗与1储个8草位中菌心位踏置相内联，劝计算陈出距叛离后仿，其屠结果丛与用让户定硬义的誓宽度悉相比汇较，治5位姨的宽椅度值沟代表斩输入这离中脱心位节置的头最远过距离膜，如械果输仍入的欧距离搞小于规或等矛于此馅宽度咳，那在么输天入被会认为互是隶挠属函愁数的丧一部肥分，极距离充的求京补得即到隶驼属函俯数度予。求惑补就睁是3等0减触去距贿离（忌30桐是最梨大宽扫度，去）输追入离宇中心酬越近陡，隶糠属值饭越高泉，落生在宽垄度内态的隶向属值防被传何到最致小比衣较器暴来进档行规纹则处棵理。芳

阴当输驶入等锯于中叠心值慈时，疏模糊破单元倾输出储最大普值3虾1；忙当输制入落宋在宽牛度范击围以评外时薯，模扁糊输膛出值躬为0顺，表感示完盾全没懂有关推系。费

沫3.独2孟最小厌值比书较器滨和最怎大值咐比较举器

针NL延X2施30洽的最坚小值扫比较格器是坏由高缓流通页量的键神经鹅元网干路执萝行的所，以笨适合侦高速接的数偷据量柔。6薄4条列规则功分别诞存储命在6湖4个清规则炎寄存化器中拨，每拆个规听则寄市存器毛字有逮24娘位，接其前酿16酒位分卖别用计来完惰成每唐个模午糊单汁元的豪输出辰对最财小比羡较器各的使鱼能。声每个粒规则咸位固耽定对勺应1滑个模远糊单故元。触当1轻个规资则位欠被置看1，朵则此霜规则清包含还该项缩，相运应的微模糊琴单元嘉输出要可与叉其他陡置1同的规粱则位翁相比渡较以悉找出运最小介项。

白某个焦规则秋的最豆小项谣一旦状被找雪到，筹就储换存在堆NL绞X2赌30灭最大胁值比厦较器漏的暂凑存寄超存器篇中，厚对应盟被处彻理的戒每一悠规则赞经处附理所摇得最唯小项您与暂棉存于死最大药值寄肠存器笼中的持值进亩行比民较，袋去小独存大妈；当泊处理央完所竹有规颠则，胸最大毒值寄势存器沾中的蒜结果射是所性有最醒小项产中的咽最大绪值，剃该值乐对应峰的规霉则为果取胜蚁规则议，代额表1馅个"浪模糊农"逻坚辑各放结果喷的和瓶。取绝胜规吓则的剪当前光值（骡动作衰值）晶送到阻模糊势量与鲜确值宽量的林转换奥单元勒（输奖出寄掌存器烤），狡经转发换处求理后蝇进行陷模糊槐控制岗。

奋当前虏值定偶义在槽每个状规则震寄存垂器字戴的8断个保桑留位驴，代膀表输越出动阔作值蹦所需跨的修款正量叉，动库作修牌正值钻是1脾个8咸位二著进制排补码腐值为曲－1铃28受～1浓27拆。从照规则灭寄存胞器字薄来的歉8位独动作给修正势值与恩用户婆定义坐的初伍值相这加。往例如阴，初脖始值晴为1动00修，动援作修围正值退为－漫5，续则输拢出为沉95苏。

贸3.晕3贺规则发寄存吼器和滤输出踪寄存菌器

朽规则科寄存躬器用奶于存侦放控浓制规近则，童NL谜X2乖30此最多悼可存磁放6迅4条洽规则堂。输盘出寄浆存器玻为总应线使顽能方买式，才只要顿处理氏了所愁有的冬规则栗，规组则寄俊存器席的8层位补车码修灵正值饲与初你始值贷之和裤，饱有和算远数运姜算使对输出师位取琴模1境28构（当圣前值乘使输安出高穗于或倾低于傻界限奸－1螺28糠和1帝27敢），扛输出暴即由食模糊淡量转暂换为骡确值煤量，有模糊为控制生器在冈输入锁下一欲组数萝据的事同时闻输出准结果坐数据勇。

悉3.婚4笼NL下X2狗30屡的引爬脚功佩能

闹NL博X2尚30幼采用茎40如引脚螺双列忙直插关式封润装，强如图敞4所陵示。碰RS阁T是翁系统刺复位盆脚，栋低电载平有帜效。习DI烫0－险DI它7是势8位偏数据渠输入驱口。划VS仰S是原地。档SK值是串替行时浸钟脚排，用驾于将宪组态位数据初打入为FM呼C（衣M/守S＝版0时锡，该拼脚输盾出）专。C光S是姨片选型，与箭M/镰S和后R/孤W联内用使误能串跳行数厘据输间入/时输出语（M渡/S中＝1后时输姨出，环M/不S＝酒0时罚输入劝）。新DI浊是串国行数米据输由入脚栗。D消O是妇串行米数据太输出昼脚。授M/魔S是爹主/惜从模朵式选且择（推M/林S＝蔽1时啊为主休动模痛式；泥M/扁S＝位0时董为伺支服模叮式）狸。R洪/W损是读痛/写险输入击脚，崇仅用自于伺旷服模记式（委R＝歪1为虽读；倍W＝出0为消写）仗。N冬C是筑空脚论，必高须接撒地。垒XI劫为晶纽体振秘荡器镇输入里脚。姿XO参为晶农体振镇荡器发输出堵脚。链CL轨K是欢缓冲搅系统册时钟城输出赛脚。锅ST艺B是呈选通绘脚，芬与M抢A0母－M左A2馒联用器以选药通输旋入/至输出骑数据毒。M谊A2惹是输蚊入/递输出叙多路涉传输薪地址肝2输齿出脚裹。M勒A1票是输率入/羊输出株多路未传输姥地址陡位1范输出剂脚。采MA芳0是寸输入暮/输佛出多耍路传煎输地适址位袭0输客出脚腹。D铸O7往－D冠O0拆为数厨据输愉出脚涝。V鞭DD条是＋级5V油电源竖脚。耗

石4鸦NL沈X2亩30隶模糊梁控制脉器的萄工作用模式腐

拘NL钉X2干30者模糊母控制丘器的装工作丝模式桑有模次糊单淡元模飘式、分输入服模式秀、输概出模佩式及展输入汉输出哗扩展疮应用马。

楚4.阀1荣模糊征单元致模式发

拍在模侍糊单遇元模盗式下都有二猪种方歪式，氏典型底应用没为模菌糊单喷元的竭输出拒表示镰每一辜个输起入接迷近中粥心位愁置的饰程度淹；另刑一种妨方式姐是将谅NL宰X2棚30陆组态废成为特不包短含模稠糊单骑元，苹通过谈使用稻不包拢含模蚁糊单解元的条工作烧方式铁可用复输入衡与中洞心位岂置的妄距离铺来加似权规弊则项刊。

汤4.品2跪输入消模式化

随NL方X2六30臭的输庸入即副可以与是来椒自8冤个分择时多另路输享入引景脚的趣信号选又可辱以是止输出购的内邻部反府馈信任号，刊二种哗输入得模式弟通过疤输入亏组态炒寄存饲器选虹择。拒

隙4.彩3鸦输出障模式智

世NL箩X2疼30遭的每丈个输浪出可化以配之置为愚立即轻输出拉和累舟加输拘出二相种组扇态。菠在立斜即输往出模胖式中朗，由想取胜老规则退（该侧规则笋带有个最大项的最唯小项卖）所墨特指禁的动巩作值奴加上筝初始公值。爽对N巴LX翻23斯0的谈工作脱周期奔，原谦始的渴初始新值都倚被用泽来计渣算输宇出。娇在累锄加输速出模唇式中叉，1舱个输矛出的航新值救是加摧了新落动作拦值（博此动固作值袋由获改胜规投则所棍决定盗）的完现在塌值。串在这洁个模颜式中务，新推输入钢值被歼保留多作为丙初始首我用裂于下款1个虽输出虚值的桑计算伙。用矿户定塑义的眉原始杰初始院值仅劲在复差位后兽计算博第一波个输港出值只时被亿使用摩。

虫4.戏4党扩展调

每多个哪NL惯X2瘦30榴级联冲使用药能够齐扩展与输入奏、输帝出、甩模糊决单元军和规喉则的纷数目江。

膀4.漂5微时钟闻

剑1个尸外部悠时钟少源从鸭XI诸引脚梦输入旺可直北接驱僵动N纸LX蓄23宴0。解NL思X2冒30烂也包蛮含了拜1个芹有源东振荡筑器电恢路用要于时帽钟的夕发生俩。C董LK罗提供仅了所议需的急时钟柿输出取。

岁5僵NL劫X2砌30淋的操袍作方掉式

我NL焦X2餐30懒的操满作模讽式通掘过初荷始化陷完成劳。复毛位引茧脚M斩/S摸可设浪置2膨种不慧同结顺构的码操作茂方式迫：主铅动方韵式（熄NL启X2婚30塌自动获从外办部E吸EP婶RO酬M中察读取换数据貌）和临从动哀方式法（N迟LX味23痛0等乔待外薄部逻漂辑电从路读锈写数抢据）并。

馅5.元1凭主动扭方式铅

钻主动体方式羊是在泛复位矩引脚肥由"如1"说变为将"0章"和粉M/杀S为只"1但"时蚕使N水LX朋23亏0开抽始1偏个自醋动卸滴载周高期。辉NL闭X2妹30排通过嘱时钟卷SK匆的发喇生、最片选鼻使能鞋和地好址（尖DO艘）的塘发生迹来寻欲址2天04鸡8位塔的串悲行E斑EP寺RO哄M。看NL冰X2校30痛输出街串行众时钟刚（S柔K）锐并维券持片吸选（当CS川），召接着抖出现摇"读忘标志逆"，沸7位没地址盈在D惭O输淹出引健脚出抄现，艇NL缸X2鄙30独立即婆开始午在D赛I引幸脚输帮入1晶6位产数据估，该爬过程抱持续驰进行贡到N剑LX蔬23毁0已根经输丙入1或28抄个数意据字储（1饶6×善28眼＝2拼04静8）沙，之易后片谢选失弄效。早这个佩组态垂周期末的下隆1个沟工作庸是由贡NL斩X2择30母处理娱出现晶在输畅入引对脚（康DI残0－内DI市7）牵上的隶数据熟。

酬5.步2逝从动剑（伺拉服）能方式宪

棉M/地S为译"0膏"时色，N域LX顶23横0处颠于从霜动（穗伺服文）模科式，妖由外叶部控夸制逻变辑提马供S丢K、金CS辫、R营/W波等信润号。散在S爸K上然升沿救之前拔，维见持R渐/W饮为低厦电平患和C浴S为泡高电财平以甘触发傲卸载狡过程顺。然船后，延在S挖K的弹上升时沿由铺DI悲引脚绝输入垒数据秤。所吹有数晌据位厚（2别04持8）洗顺序陡写入士后，覆CS讽变为奥低电陪平；厌在S驻K的混上升评沿之即前，犯保持竞R/械W和小CS肚信号谜为高属电平旱以触有发加慧载过弄程。董然后侧，在刃SK哀的上蹦升沿企由D亦O引王脚输号出数亿据。惯所有乌数据播位（轧20叹48余）被雨顺序艘读出穷后，备CS德变为丰低电次平。剩在串且行卸费载或棒加载始周期臭之后祖，需佣要一讲个复桃位信保号（占保持归为低栏电平价）以疼清除孟内部猴数据累通道责。

蚁6叠应用假接口园

硬6.爽1质NL狐X2侵30拘接口烂功能悬

搬NL荡X2虹30验有8狸个时轿分多寸路复猫用输废入脚钥和8害个多搂路复论用输槐出脚惠。内阅部连麻接输轻出到债输入嗽可以谈得到跳反馈留路径沈、外随部晶闭体振依荡器织或P虏C电骡路；悼输入缘和输昂出计萌数的寨1个赖时钟头输出新；为讨使外仇部数婆据输爬入信许号同辽步的孙1个思帧信妹号；自串行西EE猫PR枝OM岗接口名由数像据输府入（晶DI拔）、框片选捆（C族S）座、时惊钟（永SK翅）和鸭读写摇（R岗/W俱）引犬脚组歌成。凭当N扔LX偷23辈0与剩微机正接口屑时，槽只需龄DI若、C愿S、门DO羊、S砖K和洗R/非W引晚脚即造可。

纲6.潜2植数据思接口篇电路然

湿NL柔X2挣30楼与微玉处理扒器（毯或单轰片机亦）接青口只讽需5零个引哭脚信锡号：侮DI啦、C斑S、饥DO劝、S洋K、耕R/竖W。纱图5怒所示荣为典案型的蝇控制书系统颜数据驰接口村，7匪43熄73拆作为弱输入纲/输裁出数珍据锁凤存器膏，其碑个数哪与输哪入/秒输出飞个数螺相同门。N脏LX陶23言0用名于典弓型的分输入滤/输吸出为剑8个碗8位抢数值迟的多发路复三用控难制系道统。窄MU锋X地抚址脚搞MA笋（2狡：0旬）、壁选通滴脚S对TB议及动春态输圈入或赞输出冰通道搅的译谋码由董NL蝇X2率30践提供碌。N片LX葡23赏0提滴供所并有必哈要的谜信号佩，由会典型化帧时忌序图异可显要示时谅间关紫系。兽输入紫值从娃DI泽（7平：0币）输计入的猴同时菠输出四也在黄DO叔（7嘴：0难）进忘行。化叹7芒应用届实例谋

蜡应用祸实例盗是玩膛具电鸦动汽伙车自含动驾嘱驶控巨制系侮统。将根据螺输入那由N中LX威23灿0提灯供决岗策输希出，略由控筋制规刑则控壤制不脊同路帮面环鼓境下医的速亡度与刊方向洽。N蚀LX跪23愤0的己开发候系统榴AD陕S2抓30蛛由软床、硬灯件二蝴部分辣组成式，主溜要功鸟能是弄将应额用系按统的蜓控制丸规则晌写成下控制作规则