FPGA的模糊控制交通灯控制方案设计-PLC案例分析
&&&&&|&&|&&&|&&|&&|&&|&&|&&|&&|&
作者：　发布时间：　来源：单片机与嵌入式系统　
1概述为了解决城市交通拥挤的问题，需要从供求两个方面来采取措施：一是加强城市道路的基础建设，二是要充分利用、提高现有路网的利用效率。目前，国内的城市交通灯大多数都是采用固定的绿信比(一个信号相位的有效绿灯时长与
1概述为了解决城市交通拥挤的问题，需要从供求两个方面来采取措施：一是加强城市道路的基础建设，二是要充分利用、提高现有路网的利用效率。目前，国内的城市交通灯大多数都是采用固定的绿信比(一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比)，不能满足交叉路口车辆的时变性要求。模糊控制技术作为智能控制的重要分支之一，它的最大特点是针对各类具有非线性、强耦合、不确定性、时变的多变量复杂系统，在各个控制领域中得到广泛的应用，并取得良好的控制效果。在城市道路中存在大量的平面交叉路口，交叉路口一般可以分成十字形、X形、T行、Y行和多路交叉形，本文以十字形交叉路口作为研究对象。在平面交叉路口上某一支或者几支交通流所获得的通行权称为信号权，简称相位。一个周期内有几个信号相位，则称该信号系统为几相位系统。本文以双向6车道4相位系统为例。第1相位东两方向交通流直行，第2相位东西方向交通流左转，第3相位南北方向交通流直行，第4相位南北方向交通流左转，所有右转方向交通流不予控制。其交通运行图如图1所示。2模糊控制器的设计模糊控制器通常包括模糊化接口、数据库、规则库、模糊推理机和解模糊接口5部分，如图2所示。2．1隶属度函数为了完成输入的模糊化，必须知道输入精确值对模糊化的隶属度函数，如取7个，即PL(正大)、PM(正中)、PS(正小)、ZE(零)、NS(负小)、NM(负中)、NL(负大)。在精度要求比较高的情况下可以采用正态分布，一般情况下可取三角形或者梯形，本文采用三角形的隶属度函数。在红灯期间，取线圈感应取为100m，车身及车距平均距离取5m，将测得的车辆排队长度P看作模糊变量。其论域为：P={1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21}取7个语言值，其赋值表如表1所列。当前相位车队长度与下一相位的车队长度之差Q作为绿灯延迟的修正值。其论域为：Q={-12，-9，-6，3，0，3，6，9，12)取7个语言值，其赋值表如表2所列。一般情况下，为了避免车辆来不及通过，绿灯时间不低于20s；为了避免车辆等待时间太长，绿灯时间不超过60s。绿灯的追加时间看作模糊量g。总的追加时间的论域为：T={4，8，12，16，20，24，28，32，36}取7个语言值，其赋值表如表3所列。2．2车辆检测器采用环形线圈式，金属线圈埋在地下，构成LC振荡回路。受车身铁磁材料的影响，电感量发生变化，根据电感不同可知车辆通过时的脉冲，从而推算出车辆通过的频率。2．3控制器的设计本文采用二维模糊控制器，二维指的是模糊控制器的输入变量有两个，而控制器的输出只有一个。这类模糊规则的一般形式为：IFX1ISAiANDX2ISBiTHENYISCi由控制规则得到模糊控制规则表，如表4所列。3模糊控制的FPGA实现3．1Spartan3A／3AN介绍FPGA具有性能好、规模大、可重复编程、开发投资小等优点，在现代电子产品中应用得越来越广。使用Xilinx的Spartan3A／3ANFPGA时，ISE是必备的设计工具。它可以完成开发的全部流程，包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT下载文件、配置和在线调试等。本文采用E-ElementsISEDevelopmentKit开发套件和ISE10．1软件设计工具，建立模糊控制交通灯系统工程，如图3所示。3．2系统的整体结构及软件设计系统生成的RTL如图4所示。该系统主要由数据采集模块、模糊推理模块、分频模块、计数器模块、状态机控的车流量和下一相位的车流量；模糊推理模块对采集到的数据进行计算，并确定当前交叉口的通行情况(包括4个相位的通行与禁止、通行的准确时间)；分频模块将系统提供的40MHz的频率进行分频得到1Hz；计数器将模糊推理模块得到的具体数据实现减1计数，并通过7段数码管显示。对于模糊决策部分，其中每一条模糊条件语句都决定一个模糊关系。例如：ifP=P1andQ=Q2，thenT=T2所决定的模糊关系可以按下式计算：R2=(P1×Q2)T×T2(1)此处的T表示将矩阵按行排列成一列向量，通过39个模糊关系的“并”运算，可获取表征总的模糊关系，即：给定输入，由R按合成推理规则可得模糊输出：Ri=(Pi×Qj)T×R(3)根据所有的组合以及按式(2)和式(3)可求得绿灯延时，加上绿灯基本延时最终可确定当前相位的绿灯总时间，然后建立控制查询表，编写VHDL描述语言。3．3模糊控制交通灯硬件实现BIT文件由FPGA综合实现T具产生，用于配置FPGA，JTAG边界扫描链的每一个FPGA需要一个BIT文件。使用电缆下载配置文件到PROM时，主要工作过程是启动iMPACT，在文件模式中用PROMFormatter把BIT文件转为MCS／EXO格式的PROM文件，然后在配置模式中初始化边界扫描链，接着就可以下载配置文件了，如图5所示。
【】【】【
※ 相关信息
无相关信息
※ 其他信息
访问数：&|&
数据加载中..第25卷第4期
2004年12月
　　文章编号:04)河北科技大学学报JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnologyVol.25,No.4Dec.2004
基于PLC的模糊PID控制器在调速系统中的应用
韩兵欣1,刘利贤1,李永伟2
(1.石家庄铁道学院电气工程系,河北石家庄　.河北科技大学科研处,河北石家庄　050018)
摘　要:介绍了一种基于PLC的模糊PID控制器实现的直流调速控制系统,着重从控制原理上介绍了工程中的应用方法,简述了该系统的组成和设计特点,给出了较详细的控制流程图。该系统有较高的稳定性和控制精度,具有在调速系统中推广应用的价值。
关键词:PLC;模糊PID控制器;直流调速系统
中图分类号:TP27312　　　文献标识码:A
随着现代技术的发展及对控制要求的提高,,
机器人等控制系统,负载、模型参数的变化以及非线性因素的影响,传统的PID控制器与模糊控制技术相结合构成模糊PID控制器,[1,2]。模糊PID控制器由可编程序控制器(PLC)实现,PI控制器,转速环采用模糊PID控制器。1　PLCPLC作为控制核心,其示意图见图1,系统框图见图2,其中,由PLC实现速度
图1　系统示意图
Fig.1　Sketchmapofsystem
收稿日期:;责任编辑:李　穆
基金项目:河北省科技攻关项目(D)
作者简介:韩兵欣(19572),男,河北晋州人,副教授,主要从事自动控制理论、自动化技术及智能控制方面的研究。
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
52河北科技大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　2004年　
模糊PID控制、电流PI控制以及逻辑无环流双闭
环控制,虚线框内为(V2M)三相桥式晶闸管2电动机系统,GT为V2M系统的晶闸管触发电路。换向软开关由PLC软件实现,速度环采用模糊PID控制,它既具有传统PID控制器的优点,又具有模糊智能控制的特点,并且结构简单,易于实现。
2　模糊PID控制器
由于PID控制器应用广泛以及优点显著,故对待它的研究倍受关注,并出现了许多不同结构的模糊PID控制器,其中,文献[3]提出了一种新型的模糊PID控制器。该控制器的最大特点是结构简单,采用单输入、3个规则和最多6个调节参数,极大地简化了模型控制存在的控制曲面的生成,其单输入模糊PID控制器结构见图3。其中:误差e为(Un-Ufn);Se为误差规范化因子;em为规范化误差;um为模糊部分的输出;Su为误差规范化因子。
其模糊规则形式为
IfemisEithenumisUi,
当i=1,2,3时,Ei,Ui分别表示NB,ZE,PBem和um图2　系统构成框图
Fig.2　Structurechartofsystem
min2max2gravity方法,。
图3　模糊PID控制器结构
Fig.3　StructureofPIDfuzzy2controller
设计中规定ex1um的隶属函数
参数x2可调节5个设计参数x1,x2,kI,kD,Su,其中:x1和x2为结构参数,其余为调节参数。通过调节结构参数x1和x2改变非线性曲线形状,从而可得到所需要的非线性曲线。设计中可根据先验知识选择kP=1,Se=|1/e(0)|,从而可减少设计参数。参数设计范围为
0&x1≤1,0≤x2&1,0≤kI≤1,0≤kD≤1,0&Su≤max(|umin|,|umax|),
其中:umin和umax为被控对象允许的最小和最大输入。经模糊推理可求得误差论域内模糊逻辑部分的完整
解,利用现有控制理论研究其有关特性,得到模糊PID控制器模糊逻辑部分的输出um,模糊PID控制器的输出为
UPID=kPum+kI
emΔt+kED(1)
由此可以看出,其形式与普通线性PID相似,不同的是该模糊PID控制器的增益kEP,kEI,kED随em改变而变化的非线性增益。模糊PID控制规则表见表1。表中:NB“负大”;NM“负中”;NS“负小”;PS“正小”;PM“正中”;PB“正大”。
表1　模糊规则表
Tab.1　Tableoffuzzyruler
　PLC实现模糊PID控制
用PLC实现模糊PID控制,既可减少分接头数、提高PID调节的快速性和控制精度,又可以保证动作的可靠性,提高系统运行的安全性。在直流双闭环调速系统中,为了提高系统响应的快速性和限流的必要性,
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
　第4期　　　　　　　　　　韩兵欣等　基于PLC的模糊PID
控制器在调速系统中的应用53电流内环仍然采用传统的PI调节器。转速环采用模糊PID控制器,以提高系统的鲁棒性。两级相串联的PID运算均由PLC子程序完成。模糊PID控制器的中断处理子程序流程图见图4。根据系统所要实现的功能以及PLC顺序执行程序的特点,主程序流程图见图5
该系统的PLC选用S72200系列进行配置。根据逻辑无环流可逆直流调速系统实际运行的要求,PLC主要用来实现速度模糊PID控制、电流PI调节以及逻辑换向等功能,同时,还实现了系统保护和显示功能。
对该系统进行了负载运行实验,运行效果良好,其特性达到了设计要求,同时也消除了传统PID控制器调节系统在起制动和换相过程中存在的震动及不稳定现象。
本文把模糊PID控制器应用于调速系统,大大提高了系统的鲁棒性,改善了动态特性。用PLC实现其整个调速系统的控制部分不仅控制精度高,而且经济可靠、抗干扰能力强。在允许负载、电枢电阻和转动惯量变化的范围内,都能保持响应的快速性以及无静差、无超调的优良性能。该控制方法可在机床控制系统等领域推广应用,它既可实现调速功能,同时也能利用PLC顺序控制的特点,替代继电器接触器功能,这样可使系统结构紧凑,便于维护。
[1]　闫利平1自适应模糊控制在工业过程控制中的应用[J]1河北工业科技,):38240.
[2]　曹月东,高东杰,胡包钢.一类模糊PID控制器的鲁棒优化设计[J].控制与决策,):73276.
[3]　邸敏艳,陈光东1“模糊+PI”控制技术在开关磁阻电动机调速系统中的应用[J].河北工业科技,):15217.
(下转第71页)
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
猜你喜欢的内容。。。
……模糊 pid 控制器由 可编程序控制器 (plc) 实现, 并应用于逻辑无环流可逆调速控制系统中, 其中电流环采用传统的 pi 控制器, 转 速环采用模糊 pid 控制器。......
……2004 基于 plc 的模糊 pid 控制器在调速系统中的应用韩兵欣1 ,刘利...
……?42 ? 工业仪表与自动化装置 2004 年第 1 期 基于 plc 的 pid 自适应控制器 在调速系统中的应用韩兵欣 ,刘利贤 ,吴瑰丽 ,魏英静 ( 石家庄铁道学院 ,......
……新型pid控制及其应用_第四... 7页 免费 基于智能优化的模糊pid控制... 63页 免费 模糊pid控制在s7_300plc中... 4页 1财富值 模糊规则的pid控制器设计 .....
……pid控制器设计过程的详细分析,提出了一种基于plc查表方式实现模糊自适应pid控 制器的方法,实现了基于plc的自适应模糊pid控制器的设计,并应用于实际的控制系统中。......
……基于plc的混合型模糊pid在胶温控制系统中的应用_专业资料。从一类工业过程控制对象出发,针对传统pid控制存在的设定值跟随特性不佳的问题,设计出一种基于变设定值权重......
……基于plc 的混合型模糊 pid 在胶温控制系统中的应用彭彦卿 1,2,罗键 ..
……模糊pid控制在直流调速系统中的应用 独创性声明本人声明所呈交的毕业设计 (论文...
……基于plc的模糊pid在热压机控制系统中的应用研究_专业资料。本文结合实际的人造板热压工艺流程,构建了热压机控制系统,把模糊控制与传统pid控制相结合的新控制方法应用于......
……在液压平台自动调平系统中,一般使用电液比例调速阀 作为控制元件, 与普通换向阀...4 结束语仿真结果证明基于 plc 的模糊 pid 控制器能够较好地完 成对液压平台......
……(73-03 plc实现的模糊pid控制器及在高炉布料系统中的应用卢燕,...变频调速装置在攀钢四号高炉布料溜槽倾动 控制中的应用实践[j].仪器仪表用户,......
……基于plc的模糊pid控制器... 4页 2下载券 plc在直流电动机双闭环调... 3页...《可编程控制器技术》 课程设计报告 题 目: plc 在多段调速系统中的应用 ......
……模糊pid型电流控制器在异步电机调速系统中的应用_电力水利_工程科技_专业资料。模糊pid型电流控制器在异步电机调速系统中的应用模糊pid 型电流控制器在异步电机调速......
……基于plc模糊控制调速系统的研究 fpga 风力发电 plc mcu dsp 模糊pid 模糊控制 ...(22—04 0 引言直流调速器是直流调速系统在工业领域中应用 负载......
……模糊pid控制在s7_300plc中... 4页 1财富值 基于智能优化的模糊pid控制... ...能够根据系统 的工 作状况在线 广泛 的应用 , 其控制器 大多采用工业控制 机......
……基于plc的模糊自整定pid参数控制器在变频调速恒压供气系统中的应用 plc的模糊自整定pid参数控制器在变频调速恒压供气系统中的应用plc的模糊自整定pid参数控制器在......
……基于plc的模糊pid控制在烟叶复烤系统中的应用_能源化工_工程科技_专业资料...
……基于plc的模糊自整定pid参数控制器在变频调速恒压供气系统中的应用_机械仪表_工程科技_专业资料。基于plc的模糊自整定pid参数控制器在变频调速恒压供气系统中的应......
……s7-300 系列可编程控制器是西门子全集成自动化系统中 的控制核心,是其集成与...应用 plc 中的模糊 pid 模块控制,使 plc 进行模糊 计算后反模糊化后控制仿真......
……辽宁科技大学信息技术学院本科生毕业设计(论文) 第i页 模糊 pid 控制在直流调速系统中的应用摘 要本设计将 pid 控制和模糊控制相结合,解决了直流调速系统中的一些......
看过本文章的还看过。。。
您可能感兴趣。。。
最新浏览记录模糊自适应PI控制
,内容来自筑龙网相关的培训课程、论坛帖子、行业资讯等。筑龙网为国内最权威最专业的建筑工程学习。交流平台，超过1000万设计师、工程师和造价师在筑龙网交流、学习更多相关资料请访问日更新500篇的!(发布于:日)
此时有人在和您一起浏览筑龙优搜库
筑龙网以1040万会员的建筑社区为基础，为建筑师、工程师及相关人员提供建筑行业资讯、技术资料下载、招聘求职、技能培训、建材查询等服务，同时也是建筑人展示自我，增加业务合作与交流的平台
模糊自适应PI控制相关专题推荐