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第五章家用电器模糊控制的关键技术
本章概要:





在家用电器模糊控制中,一般要求对一些物理量进行模糊检测,以求出其对应的模糊量。这样才能实现对家用电器的有效控制。家用电器经工业控制过程控制要求更高的性能价格比,即要求控制器有极好的经济性,这样才能大批量生产。因此,要求在模糊控制系统的设计中有很优化的硬件设计。内部不含A/D转换器的单片机的价格比较便宜,如果用它们作为模糊控制器的硬件,显然会有较好的经济性。但是,内部不含A/D会使单片既无法实现模糊信号的采样和输入。因此要采用内部不含A/D转换器的单片机作为模糊控制器的硬件,必须解决A/D转换的问题。但不能采用外部A/D转换器芯片,因为这样无法提高经济性,须另辟途径。另外,在家用电器中进行模糊控制还需
要模糊控制表,以便实现快速控制,同时避免进行过多的计算。采用关系矩阵或其他方法求控制量都要执行较复杂的计算过程,这样不但需要编制较长的程序,还会占用较多的内存单元,对提高经济性不利。所以要求有一种较方便的模糊控制表形成方法。在有的家用电器控制中,由于要求有较好的控制品质,所以要求有较好的优化结果;另外,有的家用电器在运行一定时间之后会产生结构上的磨损,从而导致性能变化,故要求模糊控制系统能自动适应这种变化,使系统的控制性能始终处于优化状态,这些技术是一些关键技术,对于家用电器模糊控制是很重要的。
模糊物理量的检测方法
在模糊控制中,需要对物理量进行检测,以得出被检物理量的量值,作为模糊控制输入信号,以求对应的输出控制信号。在模糊控制中,由于采用模糊控制器,故希望输入的信号是模糊信号,也就是说,检测的物理量最后应该是模糊量。物理量的模糊量是通过模糊检测得到的。
物理量的模糊检测一般有两个过程:一是物理量的精确检测;二是把检测所得的精确物理量进行模糊化。
为了检测出物理量的模糊值,可采用模糊物理量的直接检测方法,间接检测方法以及多重检测方法。
本节介绍物理量模糊检测的方法。

模糊物理量的直接检测由物理量的精确检测和模糊化两个机制构成。在计算机监测系统中,通常由传感器、信号变换电路、采样电路和A/D转换器组成。系统结构如图5-1所示。
传感器是把非电类物理量转换成电量的器件,这是系统中的第一次信号变换。这次信号变换是属于不同类别的信号间的变换,可以看成数学上的论域变换。用X表示非电论域,Y表示电量论域,用T表示变换。则有:
也可写作:Y=T(X)
信号变换电路是把传感器输出的微电信号放大,成为适合于A/D转换的电平信号。这是系统中的第二次信号变换。这次信号变换是属于同类信号间的量值变换,也可以看作数学上的论域变换。用Y表示为电信号论域,用E表示A/D电平论域,用F表示变换,则有:
也可写作:
E=F(Y)
采样就是把模拟信号进行离散化,以便于进行A/D转换。以信号变换电路输出的电压信号虽然在幅值上符合A/D转换的要求,但是由于该信号是连续的模拟信号,故不能直接送去进行A/D转换,只有把模拟信号离散化之后,变成一个脉冲序列,才能送到A/D转换器,由A/D转换器对一个一个脉冲实行A/D转换。
采样电路是由采样开关实现的。采样开关时,则对被检信号采样。采样开关闭合时间成为采样时间。采样开关重复开闭的周期TS称为采样周期。
在图5-2中给出模拟信号x(t)以及被采样后脉冲序列。
从图5-2可知,离散的脉冲序列是由模拟信号x(t)采样脉冲序列调制而成的, 是单位脉冲序列信号,故而有:
()
并且:
()
即: 是周期为Ts的单位脉冲序列。
因此,采样结果可表示为:
()
在式()中,x(t)的值只有在t=nTs时才能有意义,所有可以用下式表示:
()
A/D转换是把脉冲模拟信号变换成数字信号。A/D转换器在采样周期Ts内把采样的离散模拟信号转换成数字信
号。一般要求A/D转换器的转换速度较高,也就是说A/D的转换周期TAD要求小于采样周期Ts,即TAD<Ts。
对于A/D转换器而言,是把一个特定采样周期中采样到的离散模拟信号转换成数字信号。如果用Ad表示A/D转换器的转换作用,用D表示转换后的数字信号,则有:
()
即:
()
模糊化包含两个重要过程,一个是模糊划分,一个是把采样的精确量映射到相应的模糊量上去。
一、模糊划分
模糊划分的目的在于把需检测的物理量的论域划分成
若干个模糊量,而这些模糊量的划分方式及合理性由控制系统的品质要求所决定的。
于一般控制系统,特别是在家用电器控制中,通常将物理量