实现模糊算法的优化方式

本小节介绍的用PLC程序实现模糊控制算法，实际是上一节模糊控制算法介绍的注解。所用的实例也是洗澡水温度的模糊控制。整个程序由3部分组成：即模糊化程序、模糊推理程序和解模糊程序。

1.模糊化程序

图4-55所示为模糊化子程序。它用于一个“Δ”，或半“Δ”型的模糊子集的隶属度计算。为便于理解，程序所用的数据用符号表示。

图4-56为调用它的主程序。为便于理解，程序所用的数据也用符号表示。但在每次调用它之前，先对“标志值形参”赋值，即指明该模糊子集隶属度为1时对应的精确量值，如“暖和”隶属度为1时，其值是40℃等；调用后，还得取出返回值，这里即为某输入模糊子集，如暖和等。

对图4-55a程序：先是求出“输入现值”与“标志值形参”（其实际值由计算模糊子集确定）的差（差存于DM72中），并相应判断这两个值，看哪个大（用LR0.00表达，0时前者大，1时后者大）。然后，把这个“差”乘10（积还存于DM72中）。再，此“差”被“上半范围”或“下半范围”（见图4-47）除，其“商”仍存于DM72中。最后，用这个“商”去减10。其结果存于“入模糊集形参”中。这也就是所求的隶属度。只是，它不是处于0～1之间的数，而是0～10之间的数。因为，这里用的都是整数运算指令，故做了这么处理了。

对图4-55b程序：先是比较“输入现值”与“标值形参”（其实际值由计算模糊子集确定）的大小。如前者大，则SM0.0ON，否则M0OFF。如SM0.0ON则“输入现值”被“标志值形参”减；否者则“标值志形参”被“输入现值”减，其差存于VW72中。然后，把这个“差”乘10（积还存于VW72中）。再，此“差”被“上半范围”或“下半范围”除，其“商”仍存于VW72中。最后，用这个“商”去减10。其结果存于“入模糊集形参”中。这也就是所求的隶属度。只是，它不是处于0～1之间的数，而是0～10之间的数。因为，这里用的都是整数运算指令，故做了这么处理了。

对图4-55c程序：先是比较“输入现值”与“标值形参”（其实际值由计算模糊子集确

图4-55 模糊化子程序

定）的大小。如前者大，则M0ON，否则M0OFF。如M0ON则“输入现值”被“标值形参”减；否者则“标值形参”被“输入现值”减，其差存于D72中。然后，把这个“差”乘10（积还存于D72中）。再，此“差”被“上半范围”或“下半范围”除，其“商”仍存于D72中。最后，用这个“商”去减10。其结果存于“入集形参”中。这也就是所求的隶属度。只是，它不是处于0～1之间的数，而是0～10之间的数。因为，这里用的都是整数运算指令，故做了这么处理了。

图4-56程序有5次调子程序。因为本例有5个模糊子集。

图4-56 模糊化子程序调用

2.模糊推理程序

图4-57所示为模糊推理子程序（子程序11）及被它调用的下一层的子程序（子程序12）。它用于进行一个行（本例为5行）与一个列（必须与行相等，本例也为5列）的矩阵乘。程序所用的数据用符号表示，较好理解。

图4-58所示为模糊推理主程序。程序所用的数据用符号表示。在每次调用它之前，先对“模糊关系指针”及“模糊输出指针”赋值，即指明该模糊关系矩阵列的首地址及模糊输出地址。这种调子程序前赋值给指针，由子程序按指针指向去存储子程序运算结果，可作到一个子程序多用，是较简洁的编程方法。这里调了5次子程序，因为，这个矩阵有5列。

图4-57a子程序12为先乘运算，后累加。运算后，修改指针。子程序11先是模糊入指针赋值，指出输入矩阵的首地址；后为模糊出指针指向的地址清零，为累加做准备。以下为连续调5次子程序12，以完成一个行与一个列的矩阵乘。显然，执行这主程序及对应的子程序，将完成整个推理过程。之后，可得出模糊输出矩阵。从图4-58a子程序指针赋值知，此矩阵的各项的地址分别为：DM70、DM72、DM74、DM76及DM78。不过，这模糊输出子集的隶属度也是在0～10之间取值。这里设，模糊关系矩阵参数存于DM10～DM59。

图4-57 模糊推理子程序

图4-57b子程序SBR-12为先乘运算，后累加。运算后，修改指针。子程序11先是模糊入指针赋值，指出输入矩阵的首地址；后为模糊出指针指向的地址清零，为累加做准备。以下为连续调5次子程序12，以完成一个行与一个列的矩阵乘。显然，执行这主程序及对应的子程序，将完成整个推理过程。之后，可得出模糊输出矩阵。从图4-58b子程序指针赋值知，此矩阵的各项的地址分别为：VW140、VW142、VW144、VW146及VW148。不过，这模糊输出子集的隶属度也是在0～10之间取值。这里设，模糊关系矩阵参数存于VW20～VW106。

(www.xing528.com)

图4-58 模糊推理子程序调用

图4-57c子程序P12为先乘运算，后累加。运算后，修改指针。子程序11先是使变址器V0赋值为0，后为D70V0指向的地址，即D（70+V0的内容），清零，为累加做准备。以下为连续调5次子程序12，以完成一个行与一个列的矩阵乘。显然，执行这主程序及对应的子程序，将完成整个推理过程。之后，可得出模糊输出矩阵。从图4-53c子程序指针赋值知，此矩阵的各项的地址分别为：D70、D72、D74、D76及D78。不过，这模糊输出子集的隶属度也是在0～10之间取值。这里设，模糊关系矩阵参数存于D10～D59。

3.解模糊程序

上已提及，解模糊程序的任务是，根据各输出模糊子集的隶属度，确定相应的控制输出。本例用的为积分输出。解模糊用的是最大隶属度法。图4-59和图4-60所示即为这个程序。该图指令操作数为符号地址。

对图4-59a：这里的ZLL对应的地址为DM70（是模糊输出指针的指向，见图4-58a，下同），ZL对应的地址为DM72，Z0对应的地址为DM74，ZR对应的地址为DM76，ZRR对应的地址为DM78。

对图4-59b：这里的ZLL对应的地址为VW140（是模糊输出指针的指向，见图4-58b，下同），ZL对应的地址为VW142，Z0对应的地址为VW144，ZR对应的地址为VW146，ZRR对应的地址为VW148。

对图4-59c：这里的ZLL对应的地址为D70（是模糊输出指针的指向，见图4-58c，下同），ZL对应的地址为D72，Z0对应的地址为D74，ZR对应的地址为D76，ZRR对应的地址为D78。

图4-59 解模糊程序

图4-59程序用以查找最大隶属度的模糊子集。它用了多个比较指令，目的是把最大隶属度模糊子集的地址保存在相应地址中（图4-59a保存在DM98中、图4-59b保存在VW196中、图4-59c保存在D98中）。同时把这个模糊子集对应的输出值存于相应地址中（图4-59a保存在DM96中、图4-59b保存在VW192中、图4-59c保存在D96中）。为取得相应的控制输出准备数据。

图4-60程序是用以产生积分输出的。

图4-60 解模糊程序续

对图4-60a：使控制输出增大还是将减小，取决于LR0.05是 ON，还是 OFF。而LR0.05的 ON， OFF则由模糊子集的隶属度大决定。在查找最大隶属度模糊子集的程序（图4-59）的第一操作就是使LR0.05 OFF，但如出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出增大），则置LR0.05 ON。如未出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出减小），则保持LR0.05 OFF。这正是系统所要求的控制。

对图4-60b：积分是使控制输出增大还是将减小，取决于M0.5是 ON，还是 OFF。而M0.5的 ON， OFF则由模糊子集的隶属度大决定。在查找最大隶属度模糊子集的程序（图4-59）的第一操作就是使LR0.05 OFF，但如出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出增大），则置M0.5 ON。如未出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出减小），则保持M0.5 OFF。这正是系统所要求的控制。

对图4-60c：使控制输出增大还是将减小，取决于M5是 ON，还是 OFF。而M5的 ON， OFF则由模糊子集的隶属度最大者决定。在查找最大隶属度模糊子集的程序（图4-59）的第一操作就是使M5 OFF，但如出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出增大），则置M5 ON。如未出现ZR或ZRR的隶属度最大（要使控制输出减小），则保持M5 OFF。这正是系统所要求的控制。

此外，还有以下两点要考虑：

1）这个程序应是“微分执行”，其执行的时间间隔由TIM000、T101或T1控制。这个间隔可小些，但模糊子集对应的输出值也要小些。因为每次增减量小，可避免“静态不稳定”。

2）控制输出值要控制，最大不能大过允许的最大值；最小不能小于允许的最小值。这在图4-60的各组程序中已做了处理。

提示：上面介绍的几个程序基本上是分别编写的。如合成为一个统一的程序，则所使用的实际地址也应统一分配，应避免重复使用。特别要注意，欧姆龙、三菱PLC的乘、除运算，存储的结果字的字长为参加运算字的字长的2倍。