NLX230型模糊控制器及其嵌入式应用研究

2006-10-30 15:51:58来源: 国外电子元器件 关键字:逻辑  嵌入式  函数
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NeuraLogixNLX230FMCFuzzy Micro Controller30M/EEPROM

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  有二种不同类型的隶属函数,对于第一种隶属函数,确值输入离中心点愈近,隶属值愈大,如果确值输入落入隶属函数的宽度范围之外,那么隶属值最小。对于第二隶属函数,当确值输入落入隶属函数的宽度范围之内时隶属值最小。距离测量的优点有二:其一是使设计者在保留重要信息的同时不必决定复杂隶属函数的形状;其二是这种方法提供了相似判决的简单途径。确值输入向模糊逻辑量的转换  确值输入向模糊逻辑量的转换是通过测量距离的相似判决模糊逻辑单元实现的,在相似判决模糊逻辑单元内求取隶属值的电路结构如图所示。模糊逻辑单元内被选定的隶属函数中心点值和确值输入送进减法器计算出差值,该差值与隶属函数宽度值相比较,只有当差值在宽度范围内时,隶属值计算器才输出结果(该结果等于从允许的最大隶属值中减去差值,如图所示),否则,隶属值计算器输出将被置零或置最小值。隶属值实际上是个模糊逻辑量,用(或)表示。

的内部结构和引脚功能型模糊控制器的内部结构如图所示,它由模糊输入选择器,个模糊单元、最小和最大比较器、规则寄存器、输出寄存器和定时控制等部分组成,完成模糊推理运算并作出控制决策。

模糊输入选择器和模糊单元多路选择器控制个模糊单元的每个单元的输入。模糊单元求取输入量对用户所定义的隶属函数的隶属度。每个模糊单元从个外部输入中任选个作为输入数据(个模糊单元只能访问个输入数据)。把模糊单元组态构成输出反馈到输入的形式,可不处理外部输入。把一个输入个隶属函数联系起来构成个项,最多可支持个项。每个模糊单元的结构如图所示,含有位的项寄存器,包括位的中心值、位的宽度值及位的输入选择组态(完成对个外部输入中任个输入的选择)。每个模糊单元计算输入值与用户定义的中心点的距离,完成输入确值量到模糊逻辑量的转换。这样,每个模糊单元与位中心位置相联,计算出距离后,其结果与用户定义的宽度相比较,位的宽度值代表输入离中心位置的最远距离,如果输入的距离小于或等于此宽度,那么输入被认为是隶属函数的一部分,距离的求补得到隶属函数度。求补就是减去距离(是最大宽度,)输入离中心越近,隶属值越高,落在宽度内的隶属值被传到最小比较器来进行规则处理。

  当输入等于中心值时,模糊单元输出最大值;当输入落在宽度范围以外时,模糊输出值为,表示完全没有关系。最小值比较器和最大值比较器的最小值比较器是由高流通量的神经元网路执行的,以适合高速的数据量。条规则分别存储在个规则寄存器中,每个规则寄存器字有位,其前位分别用来完成每个模糊单元的输出对最小比较器的使能。每个规则位固定对应个模糊单元。当个规则位被置,则此规则包含该项,相应的模糊单元输出可与其他置的规则位相比较以找出最小项。  某个规则的最小项一旦被找到,就储存在最大值比较器的暂存寄存器中,对应被处理的每一规则经处理所得最小项与暂存于最大值寄存器中的值进行比较,去小存大;当处理完所有规则,最大值寄存器中的结果是所有最小项中的最大值,该值对应的规则为取胜规则,代表模糊逻辑各结果的和。取胜规则的当前值(动作值)送到模糊量与确值量的转换单元(输出寄存器),经转换处理后进行模糊控制。  当前值定义在每个规则寄存器字的个保留位,代表输出动作值所需的修正量,动作修正值是二进制补码值为-。从规则寄存器字来的位动作修正值与用户定义的初值相加。例如,初始值为,动作修正值为-,则输出为规则寄存器和输出寄存器  规则寄存器用于存放控制规则,最多可存放条规则。输出寄存器为总线使能方式,只要处理了所有的规则,规则寄存器的位补码修正值与初始值之和,饱和算数运算使输出位取模(当前值使输出高于或低于界限-),输出即由模糊量转换为确值量,模糊控制器在输入下一组数据的同时输出结果数据。的引脚功能采用引脚双列直插式封装,如图所示。是系统复位脚,低电平有效。位数据输入口。是地。是串行时钟脚,用于将组态数据打入时,该脚输出)。是片选,与联用使能串行数据输入输出(时输出,时输入)。是串行数据输入脚。是串行数据输出脚。是主从模式选择(时为主动模式;时为伺服模式)。是读写输入脚,仅用于伺服模式(为读;为写)。是空脚,必须接地。为晶体振荡器输入脚。为晶体振荡器输出脚。是缓冲系统时钟输出脚。是选通脚,与联用以选通输入输出数据。是输入输出多路传输地址输出脚。是输入输出多路传输地址位输出脚。是输入输出多路传输地址位输出脚。为数据输出脚。是+电源脚。

模糊控制器的工作模式模糊控制器的工作模式有模糊单元模式、输入模式、输出模式及输入输出扩展应用。模糊单元模式  在模糊单元模式下有二种方式,典型应用为模糊单元的输出表示每一个输入接近中心位置的程度;另一种方式是将组态成为不包含模糊单元,通过使用不包含模糊单元的工作方式可用输入与中心位置的距离来加权规则项。输入模式的输入即可以是来自个分时多路输入引脚的信号又可以是输出的内部反馈信号,二种输入模式通过输入组态寄存器选择。输出模式的每个输出可以配置为立即输出和累加输出二种组态。在立即输出模式中,由取胜规则(该规则带有最大的最小项)所特指的动作值加上初始值。对的工作周期,原始的初始值都被用来计算输出。在累加输出模式中,个输出的新值是加了新动作值(此动作值由获胜规则所决定)的现在值。在这个模式中,新输入值被保留作为初始我用于下个输出值的计算。用户定义的原始初始值仅在复位后计算第一个输出值时被使用。

扩展  多个级联使用能够扩展输入、输出、模糊单元和规则的数目。时钟个外部时钟源从引脚输入可直接驱动也包含了个有源振荡器电路用于时钟的发生。提供了所需的时钟输出。的操作方式的操作模式通过初始化完成。复位引脚可设置种不同结构的操作方式:主动方式(自动从外部中读取数据)和从动方式(等待外部逻辑电路读写数据)。主动方式  主动方式是在复位引脚由变为时使开始个自动卸载周期。通过时钟的发生、片选使能和地址()的发生来寻址位的串行输出串行时钟()并维持片选(),接着出现读标志位地址在输出引脚出现,立即开始在引脚输入位数据,该过程持续进行到已经输入个数据字(),之后片选失效。这个组态周期的下个工作是由处理出现在输入引脚()上的数据。

从动(伺服)方式时,处于从动(伺服)模式,由外部控制逻辑提供等信号。在上升沿之前,维持为低电平和为高电平以触发卸载过程。然后,在的上升沿由引脚输入数据。所有数据位()顺序写入后,变为低电平;在的上升沿之前,保持信号为高电平以触发加载过程。然后,在的上升沿由引脚输出数据。所有数据位()被顺序读出后,变为低电平。在串行卸载或加载周期之后,需要一个复位信号(保持为低电平)以清除内部数据通道。应用接口接口功能个时分多路复用输入脚和个多路复用输出脚。内部连接输出到输入可以得到反馈路径、外部晶体振荡器或电路;输入和输出计数的个时钟输出;为使外部数据输入信号同步的个帧信号;串行接口由数据输入()、片选()、时钟()和读写()引脚组成。当与微机接口时,只需引脚即可。数据接口电路

与微处理器(或单片机)接口只需个引脚信号:。图所示为典型的控制系统数据接口,作为输入输出数据锁存器,其个数与输入输出个数相同。用于典型的输入输出为位数值的多路复用控制系统。地址脚)、选通脚及动态输入或输出通道的译码由提供。提供所有必要的信号,由典型帧时序图可显示时间关系。输入值从)输入的同时输出也在)进行。

应用实例  应用实例是玩具电动汽车自动驾驶控制系统。根据输入由提供决策输出,由控制规则控制不同路面环境下的速度与方向。的开发系统由软、硬件二部分组成,主要功能是将应用系统的控制规则写成控制规则文件,并转换为有关寄存器的内容写入的规则寄存器。标号定义:前方;:右方;:左方;:速度;:路面;:方向;:油门;:刹车;:左;:右;:直;:接近前方;:远离前方;:远离右方;:远离左方;:低速;:中速;:高速;:路面滑;:路面适度;:抵挡;:中挡;:高挡;:不刹车;:提示躲避;:提示速度;:右信号;:左信号;:关油门;:速度变高;:累加;:立即;:是;:不是;:是;:包含;:不包含;:则;:并且;:反馈。
  输入
输出定义如表所示。项的定义如表所示。
结束语  在模糊控制方面,型模糊控制器与单片机相比,具有推理速度快、功能强大、应用灵活和控制效果好等特点,因此,可广泛应用于过程嵌入式控制、模式匹配、人工智能、机器人及专家系统。

关键字:逻辑  嵌入式  函数

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/qrsxt/200610/3015.html
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