模糊控制算法概述

模糊控制算法是指用于控制變頻器的電壓和頻率的算法，使電動(dòng)機(jī)的升速時(shí)間得到控制，以避免升速過快對(duì)電動(dòng)機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級(jí)別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。

模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control）簡(jiǎn)稱模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。1965年，美國(guó)的L.A.Zadeh創(chuàng)立了模糊集合論;1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。1974年，英國(guó)的E.H.Mamdani首次根據(jù)模糊控制語句組成模糊控制器，并將它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，獲得了實(shí)驗(yàn)室的成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既有系統(tǒng)化的理論，又有大量的實(shí)際應(yīng)用背景。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力;然而在東方尤其是日本，得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。

模糊控制工作原理

從模糊控制器的構(gòu)成我們知道，輸入模糊化，模糊推理，去模糊化是實(shí)施模糊控制的三個(gè)主要環(huán)節(jié)。有時(shí)根據(jù)這三個(gè)環(huán)節(jié)的作用分別稱為：模糊器，模糊推理機(jī)和解模糊器。所以要學(xué)會(huì)使用模糊控制，主要就是弄明白這三個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)方法。

基于模糊控制算法的智能車轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制

1、智能車尋跡誤差模型建立

智能車的導(dǎo)向控制利用光電傳感器對(duì)路徑進(jìn)行識(shí)別，然后根據(jù)車輛與路徑標(biāo)線之間的相對(duì)位置偏差控制車輛的運(yùn)行方向，保證車沿著路徑標(biāo)線運(yùn)行。我們選擇了光電傳感器尋跡方案作為控制的輸入途徑。如圖1所示小車前排為光電傳感器，r為兩兩相臨之間的傳感器距離，yn為正中光電傳感器與檢測(cè)到路徑傳感器之間的距離，位于軌跡上方的為正，下方的為負(fù)，則：yn=（m-5）×r（1）

其中：m為檢測(cè)到軌跡的傳感器的位置。

2、模糊控制的引入

分析系統(tǒng)后可知，由于小車機(jī)械部分以及電路部分的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。因此，我們?cè)谶@里考慮使用模糊控制的辦法，從理論上建立模糊控制過程，以完善整體控制體系。模糊控制過程如圖2所示。

Yr：系統(tǒng)輸出，即小車舵機(jī)偏轉(zhuǎn)方向。

Y：系統(tǒng)設(shè)定輸入，即尋跡線上小車的正方向中央位置。

圖中模糊控制器由單片機(jī)編程模塊實(shí)現(xiàn)，反饋信號(hào)由紅外對(duì)管傳感器模塊采集，控制對(duì)象為小車舵機(jī)偏轉(zhuǎn)方向與角度。

其中模糊控制器的設(shè)計(jì)如下：

1）模糊化小車偏離位置

設(shè)小車左偏方向?yàn)樨?fù)方向，右偏方向?yàn)檎较?，其偏離范圍e（論域，單位為cm）為［-7.5，7.5］，在將論域離散化為整數(shù)集E=［-6，-5，…，5，6］，則量化因子k=n/x=12/15=0.8。

接下來做如下設(shè)定：

“負(fù)大”（NB）：［-6，-4］，左偏特大。

“負(fù)中”（NM）：［-6，-2］，左偏較大。

“負(fù)小”（NS）：［-4，0］，左偏較小。

“零”（ZE）：［-2，2］，正中。

“正小”（PS）：［0，4］，右偏較小。

“正中”（PM）：［2，6］，右偏較大。

“正大”（PB）：［4，6］，右偏特大。

設(shè)隸屬函數(shù)為三角函數(shù)分布，如圖3所示。

用表1表示偏離位置的語言變量值表。

2）模糊化控制量u（偏轉(zhuǎn)方向與角度）

u的論域?yàn)椋?36，36］，將其離散化為整數(shù)集N=［-6，-5，…，5，6］。取PB，PM，PS，ZE，NS，NM，NB七個(gè)語言變量值檔次，與偏離位置類似表1以下語言變量值表2。

3）控制規(guī)則

控制規(guī)則如表3所示。

4）模糊推理

采用CRI推理查表法，即直接通過輸入量（偏差E）與控制規(guī)則比較得出控制量（偏轉(zhuǎn)角U）。

5）模糊量的清晰化

采用重心法，即將模糊化的輸出量（模糊集）的各個(gè)元素與其對(duì)應(yīng)的論域值相乘取平均值，用公式表示如下：

3、舵機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略及算法

基于前面的模糊控制模型，程序算法的設(shè)計(jì)包括：對(duì)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行量化（便于模糊化處理），對(duì)應(yīng)舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算。另外為了避免從直道入彎的過沖，和從彎道進(jìn)入直道的振蕩問題，程序中還需要對(duì)速度進(jìn)行控制。

1）量化的過程

為了方便處理，我們將所得到的傳感器的信號(hào)量化到［1，2，3，…，22，23，24］，具體量化過程如下：

a.將傳感器（傳感器的布局見傳感器模塊）從右至左依次編號(hào)為1，2，…，11，12。

b.由于傳感器分布比較密，可能會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)（一般為一到兩個(gè)）傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑線的情況，取其中的最大和最小值之和作為檢測(cè)到的參數(shù)（如果只有一個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線，那么最大值與最小值相同）。

2）舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算

對(duì)于這個(gè)模糊控制問題來說，整個(gè)推理過程較為簡(jiǎn)單，沒必要通過設(shè)計(jì)專門的程序來計(jì)算，我們是通過計(jì)算來得到最后的舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角，具體計(jì)算推理過程如下：

a.如前所述，將傳感器的設(shè)計(jì)位置投影到基準(zhǔn)線上得到的對(duì)應(yīng)偏差從左到右依次為-7.5，-6.7，…，6.7，7.5。其中-7.5，-5，-2.5，0，2.5，5，7.5與整數(shù)集E的-6，-4，-2，0，2，4，6對(duì)應(yīng)，近似與上面的量化處理之后的24，20，16，13，10，6，2對(duì)應(yīng)。這樣的話，上面的量化結(jié)果可用Zadeh表示法來表示其在論域E上的模糊集合，如：19的位置可以表示為

b.由控制規(guī)則知，N中的-6，-4，-2，0，2，4，6對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果（偏轉(zhuǎn)角度模糊量E）依次為-6，-4，-2，0，2，4，6。通過模糊推理之后，可得到各量化結(jié)果的輸出量（模糊量），可用Zadeh表示法表示在論域U上，如19對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果（模糊量）可以表示為

c.再通過重心法清晰化后得到各量化結(jié)果對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果，如－2對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果為7度，-4對(duì)應(yīng)的結(jié)果大約為21度，則19對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果（清晰量）為0.25×7＋21×0.75＝17.5。

d.另外為了使得傳感器在直道上跑的時(shí)候比較平穩(wěn)，量化值10到16的輸出結(jié)果做適當(dāng)調(diào)整，使得中間的12，13，14的對(duì)應(yīng)的輸出量為0度，其它的相應(yīng)調(diào)整使得角度變化較為平均。

3）速度的控制

由于釆用勻速時(shí)，當(dāng)小車從直道入彎時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生過沖，和從彎道進(jìn)入直道有時(shí)會(huì)有振蕩，所以必須要調(diào)節(jié)速度。具體做法是：在檢測(cè)到傳感器偏出時(shí)立即減速，當(dāng)從偏出回到中心位置時(shí)再恢復(fù)原速。

4、試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，把制作好的智能小車放到特定的軌道上進(jìn)行試驗(yàn)，如圖4、圖5、圖6，小車都能夠很好的、快速的在規(guī)定的軌道內(nèi)行駛?；谀：刂频霓D(zhuǎn)向控制器在直線、“S”形路徑和大轉(zhuǎn)彎路徑處行駛時(shí)都可以實(shí)現(xiàn)智能車輛的轉(zhuǎn)向控制，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性較好。

制臺(tái)調(diào)用學(xué)習(xí)模塊，配置和調(diào)整隸屬函數(shù)和權(quán)重值，從而適宜外界環(huán)境的變化；另一方面當(dāng)工作方式為在線狀態(tài)下，IIDS系統(tǒng)主要是針對(duì)非法用戶行為進(jìn)行檢測(cè)，首先搜索存儲(chǔ)系統(tǒng)Mysql數(shù)據(jù)庫中的三類行為記錄表，如果在某類表中存在且次數(shù)大于等于三次的用戶，則直接觸發(fā)響應(yīng)機(jī)制；否則，則采用模糊綜合評(píng)判分析法對(duì)此非法行為進(jìn)行檢測(cè)，最后再觸發(fā)響應(yīng)機(jī)制。

智能響應(yīng)模塊采用的是主動(dòng)響應(yīng)，而不是被動(dòng)響應(yīng)。它根據(jù)不同的入侵行為主動(dòng)采取相應(yīng)的措施，它通過與防火墻的聯(lián)動(dòng)來阻止入侵，并對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。

網(wǎng)格管理控制平臺(tái)：它是基于網(wǎng)格的入侵檢測(cè)系統(tǒng)的集中控制管理單元，通過該系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，使得新建的入侵檢測(cè)網(wǎng)格子系統(tǒng)與其他已經(jīng)存在的各個(gè)子系統(tǒng)通過統(tǒng)一的規(guī)范，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的互通、互聯(lián)和互操作，在網(wǎng)格管理控制平臺(tái)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制下發(fā)揮出入侵檢測(cè)網(wǎng)格系統(tǒng)的最大功用。