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模糊控制技术在单板机中的应用
近年来，模糊控制技术已逐渐为广大技术人员所接受。模糊控制与单片机应用的结合，使模糊控制技术更加实用化。１９９３年８月，在广州召开的’９３全国单片机学术交流会上，Ｉｎｔｅｌ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、ＮＳ、ＮＥＣ等公司纷纷介绍了他们新近推出的、已在单机上实施的模糊推理软件，引起与会者的极大兴趣。本期专题特邀请有关的技术人员撰文将这些软件介绍给大家，希望能对该项技术在我国的广泛应用起到积极的作用。这些文章是：１．模糊控制技术在单片机中的应用２．Ｍｏｔｏｒｏｌａ的模糊控制软件３．神经元网络模糊逻辑控制ＮｅｕＦｕｚ４．设计模糊逻辑基系统的软件工具ＦｕｚｚｙＴＥＣＨ５．ＮＥＣ模糊逻辑系统开发环境６．家用电器的模糊控制技术本期技术纵横：性能先进的快闪存储器正向主流市场挺进１９６５年，美国Ｌ·Ａ·Ｚａｄｅｈ教授提出了模糊集合（ＦｕｚｚｙＳｅｔ）的概念，开创了模糊控制技术的应用，并在７０年代的工业控制等方面得到了应用。特别是８０年代，模糊控制技术在日本的家用消费类产品中得到成功的应用，使相应的产品身价百倍。９０年代，模糊控制技术在单片机上得到进一步发展，使模糊控制技术更加实用，应用也更加广泛。
一、模糊逻辑的过程自然界的许多现象很难用“是”或“不是”、“对”或“不对”这样非此即彼的精确语言来描述。如气温的描述只用“冷”或“热”就显得过分简单，故人们往往会用“很冷”、“冷”“较冷”、“稍冷”、“温暖”、“稍热”、“较热”、“热”、“很热”这类亦比亦彼的模糊语言来描述。模糊语言事实上最接近自然的语言。要用实现（０，１）双值逻辑的传统计算机来实施模糊逻辑控制，就要通过模糊化（Ｆｕｚｚｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、模糊规则推理（ＲｕｌｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ）和逆模糊化（Ｄｅｆｕｚｚｉｆｉｃａｔｉｏｎ）三个步骤.输入的精确量通过模糊化转换成输入模糊量；通过模糊规则推理所得出的输出模糊量，再通过逆模糊化转换成输出精确量。因此，从某种含义上来讲，模糊化和逆模糊化过程很类似于Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换。输入和输出的模糊量一般用输入和输出隶属函数来描述，而模糊规则推理常采用“ＩＦＴＨＥＮ”条件语言来推理。例如，在倒摆控制系统中，输入为角度θ和角度变化量△θ，输出控制量为马达速度ν。若这个摆向右倒，马达将用一个负值去补偿；若这个摆向左倒，马达用正值去补偿；在平衡是马达的速度为零。输入和输出变量分为ＮＬ（负大）、ＮＭ（负中）、ＮＳ（小）、ＮＥ（零）、ＰＳ（正小）、ＰＭ（正中）、ＰＬ（正大）７级模糊量。
如果现在倒摆的角度θ＝１５°，角度变化△θ＝－１０°。首先，如图３所示，把θ＝１５°及△＝－１０°的输入精确量模糊化，得出相应输入模糊量的隶属度。θ＝１５°的ＰＳ隶属度为０．８，ＺＥ的隶属度为０．２；△θ＝－１０°的ＮＥ隶属度为０．５。其次，经过Ｉｆθ＝ＰＳａｎｄ△θ＝ＮＥｔｈｅｎν＝ＮＳ和Ｉｆθ＝ＺＥａｎｄ△θ＝ＮＥｔｈｅｎν＝ＮＥ的模糊规则推理得出规则的结论。第一条规则的输出力度为０．５，第二条规则的力度为０．２（条件项取小）。最后，对所得输出模拟量进行逆模糊化，把输出模糊量转换成精确量ν＝－３。
二、实现模糊控制的方法目前，实现模糊控制的方法有查表（Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ）、硬件专用模糊控制器和软件模糊推理等。１．查表法输入的隶属函数、模糊规则和输出隶属函数都用表格来实现，从而使输入模糊化、模糊规则的推理和输出逆模糊化都可通过查表来实现。该方法结构简单，实施方便，资源开销少，因而早期的模糊控制多采用这一方法。但是，此方法精度不高，且更改模糊规则和隶属函数较为困难，故常用于家用电器和简单的控制系统。２．硬件专用模糊控制器这一方法是实现模糊控制的方向，如Ｔｏｇａｌ公司的ＴＣ－１００、ＮｅｕｒａｌＬｏｇｉｃ公司的ＮＬＸ－２３０等模糊控制器已经开始应用。硬件专用模糊控制器推理速度快，控制精度高；但是，价格比较贵，输入、输出以及模糊规则有限（不够灵活）。因此，目前应用还不十分广泛，主要用于工业控制领域。３．软件模糊推理法模糊逻辑控制的输入模糊化、模糊规则推理和输出逆模糊化三个过程都用软件来实现。该方法通用性强，应用范围广，而且资源开销不大，可以用单片机来实现。但是，推理执行要花费时间，同时也要求单片机有较高的运算速度。在上述三种方法中：查表法以往应用得较普遍；硬件专用模糊控制器由于价格较贵，目前应用量还不大；软件模糊推理法正在逐步取代查表法，并结合在单片机中的实施，即将诞生新型的硬件模糊控制器。
三、模糊推理软件及开发工具目前，Ｉｎｔｅｌ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＮＳ）和ＮＥＣ等公司都为其生产的单片机配备或研制了相应的模糊推理的软件和开发工具：·Ｉｎｔｅｌ公司将ＩｎｆｏｒｍＳｏｆｔｗａｒｅ公司的ｆｕｚｚｙＴＥＣＨ用来开发８０Ｃ