模糊控制器模块

　　电涡流缓速器是一个非线性系统、强耦合、模型较复杂的对象。由于常规PID控制不具备在线调整参数的功能，所以不适于励磁电流与车速呈非线性关系的系统控制。而模糊理论具有很强的非线性建模能力，能完成复杂系统的非线性映射功能，将模糊推理机制引入到测控系统中，实现对电涡流缓速器的最佳控制，以满足实际的行车情况，控制器原理图如图2所示。
图2 模糊控制器原理图

　　从原理图可以看出，本模糊控制器采用了二维模糊调节的方式，以改善系统的动态性能，即模糊控制器的输入为给定值与测量值偏差e和偏差变化率芿=ek-ek-1所对应的两个模糊控制集，经量化因子量化后，得到对应的量化等级，其量化等级分别表示为{-7、-6、-5、-4、 -3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7}。控制决策表是经离线模糊控制推理
运算，并结合系统的实际运行进行调整、修改得到的，但它仅反映常规模糊控制的控制规则，不能保证系统的动、静态特性在大范围内最优。因此，为改善模糊控制器的性能，根据系统的误差和误差变化等信息，对控制器实行在线调整，实际输出的控制量为决策表值与比例因子的乘积。比例因子的选取规则如下：当e和芿较大时，系统主要是减少误差，加快动态过程，应取较大值;当e和芿较小时，系统接近稳定值，应取较小值。最后，按此原则并结合实际经验得到比例因子表。

　　根据上面的分析，利用Verilog HDL语言设计出aul运算模块和rom存储模块，另外由Quartus II软件的LPM设计乘法器lpm_mult0模块，如图3所示。aul模块首先根据输入值in_a[7..0]和in_b[7..0]进行求差、除法等运算得到e和芿的值，并乘上各自的量化因子得到量化等级E和艵，然后根据E和艵与控制策略表和比例因子表的对应关系得到查表地址;rom模块存储了控制策略表U和比例因子表GU，根据aul模块传递过来的地址查找U和GU表，然后将结果输出到乘法器模块，并计算出PWM的调节增量，从而改变PWM的占空比，实现对励磁电流的调节。
图3 模糊控制器顶层模块电路原理图

　　基于Nios的主控程序

　　Nios处理器是整个系统的中枢，是各控制模块通讯的桥梁。Nios处理器通过Avalon总线将采集进来的各种参数，如车速、ABS、电压等，按需要传递到各控制模块，控制模块再把相关的运算结果返回给主控程序，以实现相关的控制策略，如图4所示。
图4 主控程序流程图

　　结语