关键词：LabVIEW Fuzzy Logic ToolKit 模糊控制位置纠偏系统设计

摘要：本文所介绍了在基于LabVIEW 高效的软件开发环境和强大功能，Fuzzy Logic ToolKit直观方便的模糊逻辑控制器设计功能的条件下，如何结合PCI-1200 数据采集卡和其它相关硬件，迅速有效地完成了一个采用自调整模糊控制方法的包装机械位置纠偏实验系统的开发设计、仿真及实际应用。

模糊控制及Fuzzy Logic ToolKit

模糊控制是基于规则的一种智能控制，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适宜对具有多输入—多输出的强耦合性、参数的时变性和严重的非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，实际效果好，近年来在各个工程领域得到了广泛应用。但由于模糊控制理论还并不完善，系统设计缺乏统一有效的理论指导，在模糊控制器的实际设计和应用中仍主要采用试凑的方法。

通过试凑法进行模糊控制器的设计，必须根据仿真或实际控制效果不断的调整控制器参数，如隶属函数的形状、分布，比例、量化因子的取值，解模糊方法，控制规则等，工作量大而繁琐，因此一个高效方便的开发环境对模糊控制控制器的设计至关重要。

利用NI的基于LabVIEW的模糊逻辑工具包（ Fuzzy Logic for G Toolkit），不但可以在LabVIEW 环境下通过友好的人机交互界面直观方便地进行模糊控制器的设计，还能充分利用LabVIEW 的各种强大功能，特别是同数据采集板卡等硬件的良好结合，迅速地搭建所需的自动控制系统，进行模糊控制器的实际仿真及应用。

基于模糊控制的位置纠偏系统

对包装机械而言，最普遍和重要的一项控制即位置的纠偏控制，如各种分条机、制袋机中对包装膜位置的精确控制。由于该类机械及其控制对象大多具有非线性和时变性特征，数学建模困难，采用常规控制方法如PID 控制等，难以满足性能要求，因此引入了模糊控制方法。

为提高系统设计的效率，使用LabVIEW及Fuzzy Logic ToolKit，结合PCI-1200 数据采集卡和其它相关硬件，开发一个采用自调整模糊控制方法的包装机械位置纠偏实验系统。该系统一方面用于LabVIEW 软件设计、模糊控制及位置纠偏控制方法的实验教学，另一方面用于对所设计模糊控制器的实际运行仿真，以便在应用单片机完成实际系统时减轻设计和调试的工作量。

位置纠偏系统的硬件结构

该模糊控制位置纠偏实验系统的硬件结构如图示。这是一个基于PC 平台的控制系统，用LabVIEW 和Fuzzy Logic Toolkit 开发系统监控软件。由于本系统要求的输入输出通道不多，采用了适用型的PCI-1200 数据采集卡，该卡具有八个模拟输入通道、两个模拟输出通道（12 位的A/D、D/A转换精度），以及3 个8位TTL电平的数字I/O 口。输入信号调理部分主要采用5B32 模块，它可将输入电流转化为0～ 5V 的电压输出。控制信号输出部分除了进行光电隔离外，还使用了5B39 信号调理模块，该模块能将0～ 5V 的电压输入转化为4～20mA 的电流输出。

PS-260 为日本三桥生产的光电眼，它用于检测包装膜特征边或特征线标志，并通过由两路光敏元件产生相应的电流信号，经信号调理模块输出到数据采集卡PCI-1200的模拟输入通道。在LabVIEW 中测量电流值，同平衡位置的电流设定值比较，将其误差和误差的变化作为模糊控制器输入，经模糊化、模糊推理和解模糊后，得到相应的控制量。该控制量由PCI-1200 的模拟通道输出，经光电隔离后用以控制直流电动机驱动装置，从而控制电机的转速，并经滚珠丝杆转化为对直线位移的纠偏控制。