題t目：基于單片機(jī)的汽車智能雨刮器設(shè)計(jì)-wenkub

　

【正文】 ，則輸出正向代碼； SA1 為電機(jī)右到位開(kāi)關(guān)，當(dāng) SA1置一，則輸出反向代碼 [7]。通過(guò)改變單片機(jī)輸出 PWM 脈寬信號(hào)的占空比，來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，從而改變雨刮電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 [8]。 汽車智能雨刮器的主程序流程圖如圖 所示： 單 片 機(jī) 初 始 化模 糊 控 制 器 初 始 化檢 測(cè) 電 機(jī) 復(fù) 位 信 號(hào)計(jì) 算 偏 差 和 變 化 率輸 入 量 模 糊 化查 表更 新 占 空 比檢 測(cè) 電 機(jī) 復(fù) 位 信 號(hào)兩 電 機(jī) 同 步 ？開(kāi) 始Y電 機(jī) 雙 向 控 制 子 流 程N(yùn) 圖 智能雨刮器主程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第六章 基于模糊控制的智能雨刮控制系統(tǒng) 模糊控制簡(jiǎn)介 幾十年來(lái)，控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。自從 1974 年英國(guó)的 首先把模糊語(yǔ)言組成的模糊控制器用于控制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，在以后的二十多年中，模糊控制在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越受 到 人們的重視。之后，模糊控制 在許多國(guó)家如美國(guó)、西歐、中國(guó)、東南亞引起了廣泛的重視，并受到國(guó)際控制 理論學(xué)術(shù)界的關(guān)注。但從廣義上可將它定義為 ：“模糊控制指的是以模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一 類 計(jì) 算機(jī)數(shù)字控制方法”或者定義為“基于模糊集合理論、模糊邏輯，并同傳統(tǒng)的控制理論相結(jié)合，模擬人的思維方式，對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制方法”。它可用來(lái)描述模糊現(xiàn)象，而模糊集合的邊界是模糊的，允許論域中的某些元素部分屬于該集合，只要規(guī)定該元素 屬于這個(gè)集合的程度即可。模糊集 A 就是以這個(gè)隸屬函數(shù)為特征 的集合。 隸屬度函數(shù)及其確定 普通集合用特征函數(shù)來(lái)表示，模糊集合用隸屬函數(shù)來(lái)表示。 (2)隸屬函數(shù)完全刻化了模糊集合，隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的基本概念。盡管我們所面對(duì)的對(duì)象不同，且在選擇隸屬函數(shù)時(shí)帶有很大的主觀性，但是，仍有一些基本的原則可遵循。根據(jù)被控對(duì)象的不同，以及對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性要求的不同，模糊控制器的規(guī)則也有所不同，即模糊控制算法各異。模糊控制器的實(shí)現(xiàn)可由模糊控制通用芯片實(shí)現(xiàn)或由計(jì)算機(jī) (或微處理機(jī) )的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程如下 [10]： 1．求系統(tǒng)給定值與反饋值的誤差 e。 3．輸入量的模糊化。它是模糊控制器的核心，是專家的知識(shí)或現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)的一種體現(xiàn)，即控制中所需要的策略。為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，必須將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確量 u，即逆模糊化。因?yàn)槟：刂破鞯目刂埔?guī)則多半是總結(jié)專家或操作人員的經(jīng)驗(yàn)而得來(lái)的，所以在確定輸入量、輸出量時(shí)，要充分考慮到專家或現(xiàn)場(chǎng)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員他們?cè)诳刂茣r(shí)主要觀察了哪些量，即以哪些量的變化作為控制依據(jù)，又通過(guò)哪些量輸出到被控對(duì)象。根據(jù)模糊控制器輸入量的個(gè)數(shù)可做如下分類： 1．一維模糊控制器 如圖 所示 ，它常用于一階被控對(duì)象。目前，這種模糊控制器的結(jié)構(gòu)較常用。這也是三維或多維模糊控制器的應(yīng)用“瓶頸”。 在計(jì)算內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 機(jī)中算出的控制量均為精確量，須經(jīng) 過(guò)模糊量化處理，變?yōu)槟：浚员銓?shí)現(xiàn)模糊控制算法。它利用模糊集合理論將手動(dòng)控制策略上升為具體的數(shù)值運(yùn)算，根據(jù)推理運(yùn)算的結(jié)果做出相應(yīng)的控制動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制被控對(duì)象的運(yùn)行。其中 A 表示誤差 e 的對(duì)應(yīng)誤差語(yǔ)言變量 E 的語(yǔ)言值，如 PB、 PM、 PS、 0、 NS、 NM、 NB 中的一個(gè)值。 若對(duì)應(yīng)的模糊決策的模糊集為 c，則決策 (所確定的精確量 )u* 應(yīng)滿足： uuu ee ),()( * ?? ?? ∈ U。例如：若 C=1 ?????????，則應(yīng)取 u* = 。顯然基本論域內(nèi)的量為精確量。控制量的基本論域根據(jù)被控對(duì)象提供的數(shù)據(jù)選定。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 比例因子 每次采樣經(jīng)過(guò)模糊控制算法給出的控制量（精確量）還不能直接去控制對(duì)象，必須將其轉(zhuǎn)換到為控制對(duì)象所能接受的基本論域中去。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，量化因子和比例因子的大小及其不同量化因子之間大小的相對(duì)關(guān)系，對(duì)模糊控制器的控制性能影響極大。 Ke 選得較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)也較大，過(guò)度時(shí)間較長(zhǎng)。即，選擇量化因子和比例因子要充分考慮與 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換精度相協(xié)調(diào)，使接口板的轉(zhuǎn)換精度充分發(fā)揮，并使其變換范圍充分被利用。 量化因子和比例因子的選擇 設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器 除了要有一個(gè)好的模糊控制規(guī)則外，合理的選擇模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子也是非常重要的。 設(shè)誤差變量所取的模糊子集的論域?yàn)椋?{n，n+1，?， 0,?， n1， n}，誤差變化量所取的模糊子集論域?yàn)?:{m,m+1, ? ,0,? ,m1,m}。即把等級(jí)細(xì)分，可以提高控制精度，但這受到計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，另外也要增大計(jì)算量。 3．加權(quán)平均判決方法 。 例如：若 C= ???? ，則按從屬度最大的原則進(jìn)行判決，應(yīng) 取 u 4*? 。 模糊判決 輸出信息的模糊判決模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊量，這個(gè)模糊量不能用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還需要把這個(gè)模糊量轉(zhuǎn)化為一個(gè)精確量，這種轉(zhuǎn) 換過(guò)程稱為清晰化，或者稱為非模糊化，也稱為模糊判決。手動(dòng)控制策略一般都可以用“ IF－ THEN”形式的條件語(yǔ)句來(lái)加以描述。如果將每一精確量都對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊集，就有無(wú)窮多個(gè)模糊子集，模糊化過(guò)程就比較復(fù)雜了。算法既不復(fù)雜，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 模 糊 控 制 器d / d teu 圖 二維模糊控制器 3．多維模糊控制 器如圖 所示 ，由于這種控制器的輸入量除了誤差外，還增加了誤差變化率及誤差變化的變化率，從理 論上講，控制會(huì)更精細(xì)。 模 糊 控 制 器eu 圖 一維模糊控制器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2．二維模糊控制 器如圖 所示， 它的適應(yīng)性較好。模糊控制系統(tǒng)的輸入就是系統(tǒng)的 給定值，輸出就是系統(tǒng)的輸出值，通常稱這樣的模糊控制系統(tǒng)為單變量模糊控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 模 糊 化處 理模 糊推 理逆 模糊 化控 制規(guī) 則計(jì) 算誤 差變 化 率EE CeU u 圖 模糊控制器的組成 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，首先要根據(jù)被控對(duì)象的具體情況確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。 5．模糊推理。同時(shí)，把語(yǔ)言變量 E、 EC 的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上模糊子集 (如“大”、“小”、“快”、“慢”等 )。 2．計(jì)算誤差變化率 .e 。在現(xiàn)代控制理論中，有有限狀態(tài)觀測(cè)器、自適應(yīng)控制器、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 魯棒控制器等。 模糊控制器的設(shè)計(jì) 它是模糊控制系統(tǒng)的核心，是采用基于模糊控制知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型“模糊控制器”，也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他控制系統(tǒng)的主要標(biāo)志。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 借助隸屬函數(shù)才能對(duì)模糊集合進(jìn)行描述，那么，如何正確地建立隸屬函 數(shù)， 將是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的工作。 μ A 的值越接近 1，表示元素 x 隸屬于模糊集合 A 的程度越大。正如普通集合完全由其特征函數(shù)所刻畫一樣，模糊集 A 完全由隸屬函數(shù)所刻畫。 模糊集合定義為：給定論域 U中的一個(gè)模糊集 A，是指對(duì)任意 u ∈ U，都為其指定一個(gè)數(shù)μ A (u)u∈ [0,1]與之對(duì)應(yīng)，這個(gè)數(shù)叫做 u 對(duì) A 的隸屬度。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 模糊集合 模糊集合是一種特別定義的集合、它與普通集合既有聯(lián)系又有區(qū)別。 1985 年，召開(kāi)了第一 屆國(guó)際模糊系統(tǒng)學(xué)會(huì)的學(xué)術(shù)交流會(huì)，各國(guó)相繼成立了模糊控制系統(tǒng)工程 研究 所， 90 年代起，世界上一些大公司開(kāi)始了模糊產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，模糊理論 與 應(yīng)用研究及模糊產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)像一股強(qiáng)勁的風(fēng)浪席卷世界各地 [9]。 1985 年，模糊 推理集成塊開(kāi)始開(kāi)發(fā)。 模糊控制理論是由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)著名教授 于 1965 年首先提出。這樣，我們就需要用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)調(diào)整 PWM 信號(hào)的 占空比，使兩個(gè)雨刮同步擺動(dòng)。 電機(jī)部分硬件圖如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 J un 20 0 8 S he e t o f F i l e : G : \田野 .d db D r a w n B y :T R I G2O U T34C V O L T5T H O L D6D I S C H G781R E S E T V C CG N DU1 L M 5 55 C NR1R2R3R4R6 R7R5R8R9R 12R 16C6 C5C7C8C 121 023 0P FC9C 103 0P FQ1N P NQ2N P N32184AL F 3 53R 10R 14R 11D 104 .3vE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U28 0c 5 1Y1R 185 1KQ3R 191K發(fā)光二極管0 .22 k1 8k1 02 1 030 .22 k1k0 .22 k0 .05 1k0 .05 1k6 8k3 76 .84 .7k4 8 .00 00 33 F1 88 .74 0 .00 00 33 F+ 5vC D 4 02 4V D DQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q7NCNCNCG N DR E S E TC L KU4D1 D2 D3 D4D8D7D6D5+ 12+5+5+5+52 2u fR 12+5r e s 1r e s 1+5D9D 148 .2kp p p p p p p p 雨滴傳感器信號(hào)輸出端 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 19 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : H : \田野 .dd b D r a w n B y :C 1230 P FC 1130 P FE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U380 c 51Y2R 24R 34R 22R 23R 25D 1 2D 1 31G11A21Y34Y114A124G132G42A52Y63Y83A93G10U574 L S 12 512A74 L S 041274 L S 041274 L S 041274 L S 044N 25 4N 25 4N 25 4N 25R 35 R 36R 32R 37R 30R 28R 26R 33v1 v2R 385KR 395K v4R 405KR 415KR 27 R 2