汽车主动悬架及控制方法的研究(7)

山东交通学院毕业设计（论文）

的特点所在。

（2）输入/输出接口装置。模糊控制器通过输入/输出接口从被控对象获得数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号经过数模转换，将其转变为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。在I/O接口装置中，除了A/D、D/A转换外，还包括必要的电平转换线路。

（3）执行机构。包括各交流、直流电动机伺服电动机，步进电动机，气动调节阀和液压电动机、液压缸等。

（4）被控对象。它可以是一种设备或装备以及它们的群体，也可以是一个生产的、社会的、生物的或其他各种的状态转换过程。这些被控对象可以是确定的或模糊的、单变的、有后滞的或无后滞的，也可以是线性的或非线性的、定长的或时变的，以及具有强耦合和干扰等多种情况。对于那些难以建立精确数学模型的复杂对象，更适应采用模糊控制。

（5）传感器。传感器是将被控对象或各种过程的被控量转换为电信号（模拟的或数字的）的一类装置。被控制量往往是非电量。如速度、加速度、位移、温度、压力、流量、浓度、强度等。传感器在模糊控制系统中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影响整个控制系统的精度。因此，在选择传感器时，应注意选择精确度高且稳定好的传感器。 3.1.2模糊控制基本原理

模糊控制的基本原理可用下图表示，它的核心部分为模糊控制器。模糊控制器的控制规律有计算机的程序实现，微机通过采样，获得被控量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号E（在此取单位反馈）。一般误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号E的精确量进行模糊量化变成模糊量，误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示。至此得到了误差E的模糊语言集合的一个子集e（e实际上是一个模糊向量）。再由e和模糊控制规则R(模糊关系)根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u为

u=e o R

式中；u是一个模糊量；合成运算符号“o”表示模糊矩阵的乘法运算，它与普通矩阵的乘法运算规则相似，只不过将两数间的相乘改为取“小”，相加改为“取大”而已。

为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量u转换为精确量，这一步骤称为非模糊化处理（亦成为清晰化），得到了精确的数字控制量后，经过模数转换变为清晰的模拟量送给执行机构，对被控对象进行控制。然后，中断等待第二次采样，进行第二个步骤这样循环下去，就实现了被控对象的模糊控制。模糊控制实现有以下五个基本步骤。

27

葛金龙：汽车主动悬架及控制方法的研究

A/D 计算控制 模糊量化 控制规则 模糊决策 非模糊化处D/A 传感器 被控对象 执行机构

图3-2 模糊控制原理框图

Figure 3-2 Fuzzy control theoretical block diagram

1将精确量模糊化

此处的精确量是指模糊控制器的输入变量和模糊控制量的基本论域，常用的论域是系统偏差E，偏差变化率C和控制量U。

模糊控制算法需要模糊量，将输入变量转换为模糊量，称为模糊化，精确量模糊化的规则是一样的，现在以偏差E为例。设偏差E的基本论域为[-x，x]，偏差E所取的模糊集论域为[-n，-n+1，??n-1，n]即可得精确量模糊化的量化因子KP=n/x，基本论域为[a，b]时，可通过变换式 y=

把[a，b]间的变量x转化为[-n，n]之间的变量y。 2将模糊变量分解称为模糊子集

将精确量模糊化后的模糊变量分解成几个不同的模糊子集。模糊子集如何划分有一定的主观性，一般根据经验确定，生活中描述变量的大小和事物的状态，多用“大、中、小”或“快、中、慢”等区别，因此习惯上划分为八个子集，即；正大（PL）、正中（PM）、正小（PS）、正零（PO）、负零（NO）、负小（NS）、负中（NM）、负大（NL）等八挡。 在模糊子集划分以后，也就构成了模糊隶属函数，隶属函数是模糊集合的特性。模糊隶属函数将0～1之间的变量值分配给每一个子集，如下表所示，模糊隶属函数既可以用列表的形式表示也可以用三角形、梯形等图形表示。

28

2nb?a(x-

a?b2)

山东交通学院毕业设计（论文）

Table 3-1 discrete exact amount of the proceeds of the membership function of fuzzy subset

表3-1 精确量离散化所得模糊子集的隶属函数

-6 -5 0.8 0.7 0.1 0 0 0 0 0 -4 0.7 1.0 0.3 0 0 0 0 0 -3 0.4 0.7 0.7 0 0 0 0 0 -2 0.1 0.3 1.0 0.1 0 0 0 0 -1 0 0 0.7 0.6 0 0 0 0 0 0 0 0,2 1.0 1.0 0.2 0 0 1 0 0 0 0 0 0.6 0.7 0 2 0 0 0 0 0.1 1.0 0.2 0.1 3 0 0 0 0 0 0.7 0.7 0.4 4 0 0 0 0 0.1 0.3 1.0 0.7 5 0 0 0 0 0 0.1 0.7 0.8 6 0 0 0 0 0 0 0.3 1.0 NL 1.0 NM 0.2 NS NO PO PS PM PL 0 0 0 0 0 0 3构造模糊控制规则集

设分别表示偏差E、偏差变化率C及控制量U的变化量为模糊量，则典型的模糊控制规划集如下图所示。

模糊控制集是实践经验的总结，它由若干模糊条件语句组成，如E=NL.则不论C为何值，都应使E迅速增加，故取U=PL.如E=NO,C=PS,则取U=NS以消除偏差??，制定这些规则的原则是；既要迅速消除偏差，又要防止振动和超调。

Table 3-2 Typical fuzzy control rule set

表3-2典型模糊控制规则集

NL NM NS O PS PM PL NL × PL PL PL PL PL PL NM × PL PM PM PM PM PM NS PL PS PS PS NS NM NL NO PL PM PS O NS NM NL PO PL PM PS O NS NS NL PS PL PM PS NS NS NS NL PM NM NM NM NM NM NL × PL NL NL NL NL NL NL × 注:表中“×”为不可能出现的情况 4确定系统的模糊输出量

一组多重条件语句组成模糊控制规则，可以表示为从偏差论域到控制量论域的模糊关系矩阵。通过偏差模糊向量和偏差变化模糊向量与模糊关系矩阵的合成进行模糊推理，得到模糊控制向量。

上述模糊控制规则表示为语句，即 If E and C ,Then U

29

葛金龙：汽车主动悬架及控制方法的研究

都可用前面讲过的方法得出模糊关系矩阵R为 R=(E×C)×U 隶属度定义为

?R(x,y,z)?[?E(x)??C(y)]??U(z)

实际上，优秀操纵人员的控制经验可归纳为一系列的条件语句； If E1and C1 then U1 If E2and C2 then U2

……

If En and Cn then Un

有了控制规则表，根据每一条语句，都可以推断出相应的模糊关系矩阵，即可得R1,R2,R3,??Rn而整个系统的控制规则的模糊关系矩阵为

n R??R

ii?1有了R,则当任意输入时，相应的输出为

Ui?（Ei?Ci）?R

不同类型的模糊控制规则，可以有不同的模糊推理方法。 5进行模糊判决，得出控制量的精确值

由模糊控制器得出输出量U是一个模糊子集，需要把它转化为一个精确的控制量u，常用的方法有最大隶属度法，取中位数法和重心法等。

（1）最大隶属度法。取模糊子集U中隶属度最大的元素作为输入量u，如

U=

0.120.430.741.050.760.37+++++

控制量隶属于等级5的隶属度最大，则u=5.

此法简单，但要求隶属度函数曲线为正规的凸模糊集合（即曲线只能单峰）。如果曲线为梯形度平顶，具有最大隶属度的元素不止一个，此时就要对所有偶最大隶属度元素取正值。

（2）取中位法。最大隶属度法完全排除了其他一切隶属度较小的元素的影响和作用。为了充分利用模糊子集所有的信息量，可以求出隶属函数曲线和横坐标之间包含平分为两部分之和，以此数作为输入量。

（3）重心法。求出隶属度函数曲线和横坐标之间包含面积的中心位置，以此得出控制量的精确值，这和取中位法基本相似。

30

山东交通学院毕业设计（论文）

3.1.3模糊控制器的结构设计

模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller）简称为模糊控制器，因为模糊控制器的运算规则是基于模糊条件语句描述的语言控制规则，所以模糊控制器又称为模糊语言控制器。

模糊控制器的设计主要包括以下几项内容； （1） 确定模糊控制器的输入变量和输出变量； （2） 设计模糊控制器的控制规则； （3） 进行模糊化和去模糊化；

（4） 选择模糊控制器的输入变量和输出变量的论域并确定模糊控制器的参数（如

量化因子、比例因子）； （5） 编制模糊控制算法的应用程序； （6） 合理选择模糊控制算法的采样时间。

模糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。究竟选择哪些变量作为模糊控制器的信息量，还必须深入研究，在手动控制过程中，人如何输入、获取信息，因为模糊控制器的控制规则归根到底还是要模拟人脑的思维决策方式。

在确定性自动控制系统中，通常将具有一个输入变量和一个输出变量（即一个控制量和一个被控量）的系统成为单变量系统（SISO, Single Input Single Output）,而将多余一个输入/输出变量的系统称为多变量控制系统（MIMO, Multiple Input Multiple Output）。在模糊控制系统中，也可以类似的分别定义为“单变量模糊控制系统”和“多变量模糊控制系统”。所不同的是模糊控制系统往往把一个被控量（通常是系统输出量）的偏差，偏差变化，以及偏差变化的变化率作为模糊控制器的输入，因此，从形式上看，这时的输入量应该为三个，但是人们也习惯于称它为单变量模糊控制系统。

如下图所示。一般情况下，一维模糊控制器用于一阶被控对象，由于这种控制器输入变量只选一个误差，它的动态控制性不佳。所以，目前被广泛应用的为二位模糊控制器，这种控制器以误差和误差的变化为输入变量。以控制量的变化为输出变量。从理论上讲，模糊控制器的维数越高，控制越精细。但是维数过高，模糊控制工作变得过于复杂，控制算法的实现相当困难。这或许是目前人们广泛涉及和应用二维模糊控制器的原因所在。

31

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库汽车主动悬架及控制方法的研究(7)在线全文阅读。