数字化舞台布光灯具控制器的设计

WM值。如图3所示，u表示位置设定值，y表示伺服机构测量值。
　　
　　所有输入变量的模糊隶属度函数都采用角形且全交叠，如图4所示。
　　
　　e的模糊集合有五个：{大的正值，小的正值，零，小的负值，大的负值}，用PB、PS、Z、NS、NB表示。
　　
　　v的模糊隶属度函数如图5所示。v的模糊集合有三个：{正，零，负}，用P、Z、N表示。
　　
　　最常用的模糊推理方法有Mamdani型和Sugeno型，两者在很多方面是相同的，不同的是Mamdani型的模糊推理后件是模糊量，而Sugeno型的模糊推理后件是线性变量或常量。比如推理规则：IfInput1=xandInput2=y,thenOutputisz=ax+by+c中，Input1和Input2是前件，是模糊变量，z是后件，是确定的值。如果系数a=b=0，则z=c为常量，称为0阶Sugeno模型。
　　
　　每条逻辑规则的输出z的权重wi由AND算子决定，wi=AndMethod(F1(x),F2(y))，其中F1,2（）是Inputs1和Inputs2的模糊隶属度函数。
　　
　　对于结论相同的逻辑规则的输出，权重wi由OR算子决定，wi=OrMetod（wi1,wi2）。
　　
　　Sugeno模型的解模糊过程较简单，最终的输出值是各结论输出zi的加权平均值：
　　
　　Output=∑wizi/∑wi
　　
　　由于不需要像Mamdani型那样计算面积重心，Sugeno型的解模糊算法相对简单，运算量较小。
　　
　　Mamdani型和Sugeno型有各自的优势，Mamdani型的优点为：
　　
　　·直观、符合人的习惯
　　
　　·广泛被接受
　　
　　Sugeno型的优点为：
　　
　　·很高的运算效率
　　
　　·可以协同线性控制理论(如PID)
　　
　　·可以使用优化和自适应技术
　　
　　·可以保证输出平面的连续性
　　
　　·可以进行数学分析
　　
　　对于本项目，通过在PC机中进行的仿真和实际测试表明，二者的输出平面和控制效果相近。而Sugeno型运算量少，更适合在单片机中使用。
　　
　　模糊控制器的输出为PWM值，采用0阶Sugeno模型推理，有五个输出值：{反向高速，反向中速，停，正向中速，正向高速}，由NRun、NWalk、Prone、PWalk、PRun表示，模糊逻辑推理规则见表1。
　　
　　表1模糊逻辑揄规则
　　
　　PB,5PS,4Z,3NS,2NB,1P,3NRunNRunPronePronePRunZ,2NRunNWalkPronePWalkPRunN,1NRunPronePronePRunPRun
　　对于不同的灯具和自由度，NWalk和PWalk的数值是可调参数，从EEPROM中读取，因此不能使用查表方式编程，而要进行实时运算。为提高速度，在程序中所有的四则运算都是字节型和整型，避免使用浮点量，标准8051内核可以用一个指令完成，最长为4个机器周期。模糊隶属度值用0～255表示，而不是0～1，在运算最后一步再作归一化处理。
　　
　　由于在模糊控制器中缺乏积分环节，使得其无法对较小的残差作出合理的反应。例如由于电机、机构的静摩擦力的存在，当残差较小时，电机无法启动。因

《数字化舞台布光灯具控制器的设计(第3页)》