磁悬浮转向架的悬浮由四组电磁铁实现，每组电磁铁都有独立的悬浮控制器，控制该点的悬浮与下落。为了获得最优的控制参数，需要在整个转向架的悬浮过程中通过上位机监视轨道与电磁铁之间的间隙、电磁铁工作电流等状态参数以及悬浮控制器的控制参数，动态地修改控制参数以观察控制效果。
悬浮控制器之间是相互独立的，上位机无法同时监控多个悬浮控制器，因此需要找到合理的通信方式使上位机同时与所有的控制器连接，使它们之间能够实时传递数据。CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的多主的异步串行通信网络。由于CAN总线具有较强的纠错能力，支持差分收发，适合高噪声环境，具有较远的传输距离，在各个领域中得到了广泛应用。CAN通信协议规定通信波特率、每个位周期的取样位置和个数都可以自行设定，这保证了用户在使用过程中的灵活性。选用CAN总线，无论是在抗电磁干扰方面还是在实时性方面都能够满足实验要求。
图1
1调试系统硬件端口的设计
悬浮控制器使用SJA1000作为CAN总线协议转换芯片。SJA1000是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它内建BASICCAN协议，并提供对CAN2．0B协议的支持。通过对片内寄存器的读、写操作，悬浮控制器的核心处理器能够设置CAN总线通信模式，实现数据的发送与接收。它的传输速度很快，位速率可达1Mbit／s，可满足高速大流量实时传输要求。
SJA1000在逻辑上实现了传输数据的编码和解码，若要与物理线路连接，必须借助总线驱动器。PCA82C250是协议控制器与物理链路之间的接口，可以用高达1Mbit／s的位速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据，它与SJA1000结合才能实现CAN总线通信。
图1为CAN总线接口电路原理图。图中，SJA1000用16MHz的晶振作为基准时钟，数据线AD0～AD7与核心控制器的低八位数据线相连，在CS、RD、WR的控制下可实现芯片寄存器的读写。RX0和TX0与PCA82C250数据输入引脚相连，作为串行数据线。RX1与PCA82C250的参考电压引脚5相连，向PCA82C250输出参考电压。PCA82C250的两根输出数据线之间加上120Ω的终端电阻，用以匹配线路。
上位机通过专用的USBTOCAN转换器实现PC机与CAN总线的连接，市场上有很多这类产品，这里不再详细说明。上位机主要提供人机交互界面，显示状态和控制器参数，并完成参数与程序的下载。
2通信协议构建
DSP控制器上的CAN总线端口要完成两项工作：(1)上传控制器的控制常量和电流、间隙等状态参数，送给检测系统；(2)读取上位机下传的待修改的控制参数，实现参数的在线修改，接收下传的程序文件，实现DSP主程序的在线写入。
在调试过程中，实现多DSP系统的在线联调是很有效的调试手段。这样，上位PC机不但能够采集各控制器的状态参数，还能够对采集的数据进行整理与显示，并能实时调整不同控制器的控制参数，最终实现控制器运行程序的远程下载。
为实现CAN总线的数据传送，需要定义参数包、程序包、命令包三种传送数据包，并分别由0x11、0x22、0x33标示出来。根据数据传送方向的不同，数据包的格式略有差异。考虑到CAN总线上的节点较多，为避免数据传送过程中出现混乱的情况，定义数据发送的基本数据包大小为8个字节，即CAN总线一次传送的最大字节数为8。
2．1下传数据协议
下传数据包括程序、参数、命令三种数据类型。
2．1．1参数数据包格式
上位机需要下传的数据包括控制参数C1、C2、C3及给定间隙与电流，根据修改需要，每个参数都是单独下传的。下传数据包的大小与CAN的最大有效传送字节数一致，为8个字节。第一个字节指出数据包的类型(用Oxll标示)，第二个字节指出参数类型(用0xx7标示)，第三字节至第八字节指出传送的有效数据，对应上面给定参数的参数标示依次为0x17、0x27、0x37、0x47、0x57。图2所示为数据包的一般格式。
2.1.2程序数据包格式
FLASH写入文件较大，一般有几十K字节。控制系统采用的FLASH芯片AT29C010以128字节为基本操作单位。为了适应芯片，可将文件分成128字节的数据段，并为每个数据段标定次序。发送时，标出数据段号及该片数据所处段中的位置即可。控制器接收到128字节后，做一次写入FLASH操作，数据包格式及说明见图3。
2．1．3命令数据包格式
命令数据指出对下传参数的操作，Oxx7+0x44表示对某一参数的修改生效，如：0x17+0x44使能C1，0x27+0x44使能C2，0x37+0x44使能C3。如果修改的参数不能满足控制要求，调试员希望能恢复原来的运行参数，因此定义0x55为修改参数恢复命令，如：0x17+0x55恢复C1，0x27+0x55恢复C2，0x37+0x55恢复C3。0x66+0x66表示将下传数据写入最后的FLASH参数存储区。命令数据包格式如图4所示。
2.2上传数据协议
上传数据包的大小也为8个字节，数据包类型分为参数反馈、命令反馈两种，参数反馈用于上传DSP的实际运行控制参数及间隙、电流等状态信息，命令反馈用于对PC机使能、写入、参数恢复等命令的应答。
上传数据依次为控制参数C1、C2、C3、CURRENTl、CURRENT2、CLEARANCE。数据类型标示依次为0x17、0x27、0x37、0x47、0x57、0x67。由于上位机要同时接收多个控制器上传的数据，所以为了正确区分这些参数，需要给上传的数据包加入端口标示，指出数据包来自哪个总线端口。上传的数据包在前面格式的基础上还要加入对应于各控制器的CAN总线端口号。
上传命令是对总线通信出现异常情况的应答，因为控制器随时将控制参数上传，且参数字节数较少，出错的可能性较低，不需配备应答命令；而上传程序的数据量较大，容易出现错误，必须配备应答命令，指示程序写入过程。
因为控制器是周期性地扫描SJAl000的接收缓冲区，当总线连接的节点较多时，数据量较大，难免会发生数据漏收的情况；而且控制器对外部中断的响应也会影响扫描周期，使接收缓冲区中未来得及读取的数据被新数据冲掉。当控制器发现应接收的数据位置与已接收到的数据位置不符时，控制器发差错命令给上位机，指出应接收的数据段号及位置，上位机接收到这一信息后重发相关数据。发送数据包包含CAN端口字节、命令标示、段号、位置号等信息。通信过程中也可能出现发送数据与接收数据不符的情况，因此有必要引入数据校验算法。控制器将接收到的128字节校验后得到的校验值与接收到的校验值作比较，一致后才将数据写入FLASH；否则反馈回校验值错误信息，上位机重发该段数据。发送数据包包含CAN端口字节、命令标示、段号、重发标示(0x88)等信息。
图5
3通信程序设计流程
3．1控制器通信流程
控制器的通信部分主要在主程序循环中完成。每次主程序循环中，控制器都向调试系统发送当前C1、C2、C3、CURRENTl、CURRENT2、CLEARANCE等信息；一旦接收到调试系统下传的信息，控制器便分析下传信息的性质，对它们分别进行判别与应答。
图5是控制器的通信流程。控制器上电后，程序从FLASH的参数存储区(最后256个字节)读取控制参数值，存人控制参数缓存中，作为参数初值。同时，控制器通过CAN总线接收上位机下传的控制参数，校验后存入控制参数缓存中。一旦接收到参数使能命令，则将缓存中的数据复制给C1、C2、C3等变量，作为实际的工作参数；调试完毕后，在接收到参数写入命令后，将参数写入FLASH的参数存储区，作为永久工作参数。接收到程序数据包后，控制器首先检验数据的次序，保证接收到的数据按次序排列；接着代入校验算法，将计算得到的校验值和接收的校验值作比较，不一致则给上位机反馈校验值错误命令，要求上位机重发该段程序，否则将数据写入FLASH。图中监控信息的发送周期可根据情况确定。
3．2上位机通信流程
摘要本文介绍的是通过PID在奇异频率参数空间的解耦来估计PID整体稳定性的算法。通过凸多边形切片建立起非凸稳定区域。有两个问题因此被忽视：(一)表现为KP—-重复稳定多边形，(二)稳定多边形的自动检测是为了找到匹配的KP。本文包含了解决这两个问题的方法。该方法还适用于多模式不确定的鲁棒PID稳定性。关键字：PID；稳定性；PID解耦；奇异频率；鲁棒控制。 1．介绍至今为止，在过程控制、运动控制、航空航天工业中，符合SISO系统最适用的控制是PID控制。尽管其广泛应用，但是给定对象全部PID赫尔维茨稳定性的计算问题只是在过去十年讨论过。这是一个有趣的理论问题，对实际应用当然也很重要，其中主要采用基于校正技术的设计方法。在文献中已经表明PID参数设计可以分成两个子问题：(一)表现平稳回放参数KP独立于参数kI和kD，(二)稳定多边形在平面的检测得到某一KP。一般算法解决问题(二)是基于直线跃迁描述，其运动特征可以找到。在这里，进一步发展这种算法是由于不同类型的奇异频率。该算法查看了所谓的内在多边形，并且选择了一个有最大稳定特征的多边形来最后检查稳定性。最重要的是，能够找到最适用于PID的这种算法。方法简便是寻找解决问题(一)的基本思路。这些信息是由积成奇异的发电机频率，曾经发挥重要作用的PID为三项多项式。事实上，给定一个KP，奇异频率就可以被确定，数量由此也可以被直接阅读。这篇文章的主要结果是一个新的简单标准，这有助于设计人员使用同一方法解决问题(一)。原来对于某个对象固定数量的奇异频率必须稳定。只要参数KP定义独特奇异数频率，就可以直接判别参数KP的回放，因为没有一对(kI ，kD)能提供镇定。由于刚刚提供的必要条件，简单的标准可以用保守的价格取得。多边形的稳定既不是成为部分，也可能在(KP ，kI ，kD) 参数空间成为一个紧密的单点。 尽管后者推出的标准并不意味最新形势，但是介绍了稳定峰值的运算方法。结果提交的申请，可直接计算总体强劲而稳定的有限多模式对象的PID控制器。2. 奇异频率 2．1．奇异频率和直线考虑到赫尔维茨稳定性的特征多项式有一个反馈回路，包含一个PID控制器和一个LTI对象 。p=A(s)(kI+KPs+kDs²)+B(s)，A(s)=a0+a1s+···+amsm，B(s)=b0+b1s+···+bnsn，而由于积分变量b0=0， 但为了共性它将被视为自由参数(如果加上其中a0=0，然后顺序多项式(1)降低到n-1次)。在特征方程(1)中把s替换成j，矩阵的赫尔维兹条件的形式如公式（4）。我和R主张把多项式的实部和虚部中的s替换成j。固定的KP在(kI ， kD)中可视为一种成相的假想轴，然而，对整个列的假想轴来说，映射方程有特殊的意思，如公式（5）。其中h(.)和g(.)分别代表实部和虚部。几何条件解释就是每个频率代表两条平行的直线(KI，KD)。因此，在任何情况下S=J 的根源多项式适用频率被称为奇异频率。很显然，奇异的直线频率，这里是直线或干脆简称奇异线路。换言之，该系统的特征只有在奇异频率时才可以越过假想轴。一个(kI，kD)的界线可以被平面直线简单确定，该直线构成了凸多边形。 2．2．解耦PID控制器 既然PA是非奇异，那么(4)可以改写为下面等价的形式公式（6）。公式（7）代表特别方便，因为它把PID控制器参数方程解耦为两个。 虚部为公式（8） ，实部为公式（9）。实部和虚部称之为PID参数空间在奇异频率的解耦。这是因为它的方法将解耦分成两个子问题：(一)稳定回放参数KP的忽视(二)稳定多边形平面的检测。 以下所讲的基本上集中在这两个问题。 3. 稳定多边形3．1．内部多边形本节解决的问题如下所述。给定一组奇异线 奇异对应频率Ω= 检测多边形，使多项式P(1)稳定。通过内多边形概念的激励解决问题，定义如下。定义：考虑一个被奇异线定义的确定多边形。Ⅱ是一个过渡时期内对Ⅱ的任何多边形内多边形的特征。显然，一个稳定的多边形是内多边形，这是一个必要条件。为了充分性，需检测一个任意多边形控制器的稳定性。 如果稳定性试验失败，就没有稳定的控制器证明其存在，如果成功，它是稳定的。 3．2．过渡功能 为了自动检测每一个直线多边形内将委派一个“过渡”功能：如果是负面的直线过渡特征，成为一个稳定的根源，否则是正面的。根据公式（13）按照惯例，则会假定N点在Γ区外。超过过渡特征原因离开或进入一个奇异频率，它被一个载体μ定义描述和定义如下公式（14）或简写成公式 （15）。公式（15）将证明特别有用。 在下面，我只是过渡索引公式。 这些对应过渡得到更换指数 I→D，μi可以从整体微分计算如公式（16）。过渡功能自然定义为eI=μIT.N=Re(μI*N)，其中N是一般N的复数表现形式，ei成为一个稳定的特征(负数)或不稳定(正数)。 这里Re(.)代表实部，(.)*代表复数共轭。3．3．奇异频率类型 方案说明三种可能情况，在附近的一个特征是在发生频率奇异关于赫尔维兹稳定。迄今讨论共同奇异频率指左列式。方案方向特征处于一种奇异的频率是那么完全由过渡功能。但是这些说法无法与拐点局势(中)和思考(右)在这两种情况下，自接到过渡功能价值为零。这里需要区别的独特表现，这两种比较特殊的个案。3．4．检测内多边形 Π= 那里结束顶点优势是一致的初始顶点下一优势。 初步确定的协调和顶点是结束。 那是一个多边形内多边形的每个区域边缘的迹象过渡反对，或者相应增加，或者等效的迹象转型递增分别为所有具有一定的内在多边形。 4． KP-问题 本节着重介绍所界定的问题：这将是第一个要求忽视KP划分。例如回放与稳定的PID控制器，它涉及到必须紧紧根据KP划分。的确，显然在最大值和最小值KP划分，凸多边形接近正负KP方向，所以直觉认为KP-回放频率与最大潜在人数奇异。 定理2 N表示多项式的次数M表示A(s)多项式的次数P表示A(s)的RHP零点的数量Z表示奇异频率在0≤ ﹤+∞范围内的数量一个稳定的判据是是公式（22）。引理3 考虑积函数F(S)，令s=jω，当0≤ ﹤+∞时，F(∞)→∞。如果F(jω)的相变化是Nπ，那么将降低减少实轴Z的次数 ，即公式（23）。推论4 如果A(s)在虚轴有J个零点，（a）如果s=0不是A(s)的零点，则如公式（27）。（b）如果s=0是A(s)的零点，则如公式（28）。利用定理2和推论4可直接从实部中读得。但是，看到这个定理式定义可能并不保守，因为它的稳定峰值高。这方面的讨论在第6部分。 推论5如果A(s)在虚轴的J个零点不为0，在s=0时有J0，则如公式（29）。5．实例实例1：A(s)=−0.5s4−7s3−2s+1，B(s)=s7+11s6+46s5+95s4+109s3+74s2+24s。可能是发动机检查频率奇异，奇异频率KP=-2，直接通过电脑表达后： 0=0， 1=±0.3530， 2=±0.6638， 3=±0.7742， 4=±3.3473。看到这种情况很容易根据可用奇异频率来阅读次数，更确切地说−24<kP<6.1565。−24<kP<−2.7614⇒3 奇异频率，−2.7614<kP<3.7664⇒5 奇异频率，3.7664<kP<6.1565⇒3 奇异频率。这些网格由KP回放多边形切片可以计算出来的。 实例2A(s)=s3+3s2+9，B(s)=s5+2s4+3s3+7s2+14s。它可以直接读出，N=5，M=3，P=2，根据定理，为了稳定，三个奇异频率必须在区间0≤ ﹤+∞。-1.8708<KP<-1.5556⇒3 奇异频率，0.3157<KP<0.5333⇒4 奇异频率。 其他KP多边形存在不安定。 实例3A(s)=1，B(s)=s5+s4−3s3−s2+2s。不管KP<-2，三个奇异频率中至少有两个奇异频率存在，其它只剩下一个。6．稳定峰值由公式（30），根据定理可以得出N=8，M=2，P=0 因此Z≥E（N-M+2P+1）=4奇异频率必须在区间0≤ ＜+∞。 我们可以证明，KP=-9和KP=-10，Z=4时，可以满足稳定状态。但是，KP=-9存在稳定的多边形，KP=-10不存在。因此，对于一些在KP之间，必须紧密稳定多边形成单一点。它清楚地表明，处理这种情况是很重要的回放查看提供稳定峰定理。为 了计算稳峰，看到三个多项式(1)必须拥有至少三个不同特征值的虚轴，剩余多项式需要稳定，否则是不相关的峰值。 这是一个非线性方程组未知数。 左边的三个未知数方程规定，KP，KI，KD和右侧其余n-3次奇异的频率包括三个 i，i=1， 2，3和n-6系数多项式。 因此，后者以消除n-3多变量非线性方程，三个体系三个KP，KI，KD。 一般来说，一个稳定的数量有限，存在着三个峰值多项式。连续三项多项式定义可以显示一个稳定的高峰出现在KP≈-9.0023。三直线与相交于KD≈21.4958，KI≈3.0195。 奇异相应频率为 1≈0.2581， 2≈0.44261， 3≈39.7621。7．总结本文针对固定阶次线性单入-单出系统给出了保证系统稳定的PID参数的计算方法。 设计的基础是PID控制器参数在奇异频率内的解耦。 新定理实行忽略KP的回放，那里可能存在多边形稳定。对于一个固定的KP， 基于转变一般算法是用来检测过渡的平稳性。 该理论是直接针对某一对象的时滞系统和鲁棒设计的理论。
随着社会的进步和为民生活水平的提高，为们出差、旅游和度假的机会日益增加。在宾馆、饭店等居住场所都需要一保险柜来保存贵重物品和易失物品，即便在家里，也往往需要有一个地方来保存一些单据等物品。传统的手段已不能满足人们对其安全性和灵活性要求，把应用愈来愈广泛的IC卡技术应用到保险柜上，可以充分满足这方面的需求。例如，根据客户要求，可以给每个房间配备一个带有IC卡电子门锁的保险柜供他们存放物品；待客人走后，可以灵活地对保险柜的密码进行重新设置，更换IC卡。下面对我们自行设计的加密型IC卡保险柜的核心部件--控制器件一详细的介绍。
一、控制器的硬件设计
本系统的主要任务是完成对IC卡的识别和控制，因此，首先介绍一下所选用的IC卡。
1.SLE4442加密IC卡简介
目前市场上的IC卡种类较多，比较有代表性的有ATMEL公司的AT系列和SIEMENS公司的SLE系列。我们根据用户的要求和市场的供给情况选用了SIEMENS公司设计的SLE4442卡。此卡的特点是：
（1）卡内有2K位的存储容量和完全独立的可编程逻辑代码存储器（PSC）；
（2）多存储器结构，其中包括256×8位EEPROM，32×1位PROM的4×8位EEPROM型加密存储器；
（3）串行口满足ISO7816同步传递协议；
（4）每一字节的擦除/写入时间为2.5ms；
（5）存储器可擦除1000次以上，数据可保存10年以上。
SLE4442型IC卡的触点排列及功能如图1所示。
SLE4442芯片的传送协议包括4种模式。
（1）复位和复位响应
复位可在操作期间任何时候进行。在复位响应期间，任何开始和停止条件均被禁止。复位与复位响应时序如图2所示。
（2）命令方式
每个命令由起始条件、1个3字节长的命令和停止条件构成。命令方式时序如图3所示。
起始条件：CLK处于高状态H期间，I/O的下降沿。
停止条件：CLK处于高状态H期间，I/O的上升沿。
（3）输出数据方式
在这种试上，IC卡发送数据至接口设备IFD。在CLK上第一个下降沿后，I/O上第一位有辩效，最后一个数据位之后，需要一个额外的时钟脉冲，以设置I/O处于高状态，同时准备IC卡接收新的命令。在这种方式下，任何开始和停止条件均被禁止。输出数据方式时序如图4所示。
（4）处理方式
在第一个CLK的下降沿，将I/O线从高状态H切换至低状态L并开始处理，直到低状态L的I/O被设置成高状态H结束。在这种方式下，任何开始和停止条件均被禁止。处理方式时序如图5所示。
SLE4442卡共有7个命令，每个命令包括3个字节，其命令格式及功能如表1所列。
表1SLE4442命令
字节1控制字节字节2地址字节字节3数据字节操作
B7B6B5B4B3B2B1B0A7A0D7D0
00110000地址无效读/从给定的字节地址至用户存储器结束
00111000地址输入数据编程输入地址对应的用户存储区
00110100无效无效读保护存储器
00111100地址无效写保护存储器中的保护位
00110001地址无效读保密存储器
00111001地址输入数据写/编程输入址对应的保密存储器
00110011地址输入数据比较可编程密码PSC字节
这里只介绍比较可编程密码PSC命令的使用。比较过程由4个步骤组成：
①写错误计数器EC（至少1位）。地址0。密码比较结果将在错误计数器中反馈，3次密码出错IC卡被阻塞。
②比较PSC字节1，地址1。写完错误计数器之后，以不同的命令格式送入3个密码字节。密码比较成功，将通过刷新错误计数器来识别，然后施加上操作电压，就可以对所有存储器进行读写操作了。
③比较PSC字节2，地址2。
④比较PSC字节3，地址3。
芯片在出厂时可根据用户的专门要求将可编程加密代码（PSC）存储器中编入一个专用代码。这样在使用时，就必须合法地得到这个代码，从而防止非法窃用或伪造卡片。
2.系统组成及工作原理
本系统的硬件主要由单片机、串行EEPROM、电磁阀和IC卡读/写插座组成。具体电路如图6所示。
电路中的单片机AT89C2051是89C51的简化体。20引脚为DIP封装。片内有2K字节闪烁存储器，128字节RAM，15条I/O线，全双工串行口。P1.0、P1.1分别作为片内精确模拟电压比较器的正、负输入端；P1.2作为IC卡的复位端；P1.3、P1.4分别作为IC卡的时钟线与数据线；P3.7作为IC卡工作指示灯的控制端；P1.5作为非法操作的声音报警控制；P3.4作为电磁阀门SW1的控制端。图中的U5是串行EEPROM--AT24C01，它的作用是用来随机存储每个IC卡的密码等；U4为电压比较器，用来监测电源电压：如果电源电压下降至4.5V左右就会产生报警信号。为了使系统更可靠地工作，采用CD4060设计了单片机"看门狗"电路，由4060定时产生一个复位脉冲，对单片机进行复位操作。整个电路设计中，充分考虑了能源的节约问题，所以在IC卡插入前整个电路的大部分芯片没有供电，只有门电路U1工作；当IC卡插入后，由于IC卡座的开关接通，促使门电路U1触发翻转，由T1导通使其他芯片得到供电。如果在使用过程中客人忘记拔出IC卡，电路除了要产生报警信号外，还会在30s（秒）后自动停止供电。
二、控制器的软件设计
该软件包括三部分：
（1）IC卡信息的读取及AT24C01数据的读取；
（2）比较校验数据，修改存储器数据；
（3）各种控制功能的实现，包括门锁开启，声、光报警等操作。
限于篇幅，这里只给出了利用51汇编语言编写的加密IC卡SLE4442的读/写程序，并给出了主程序的流程图，如图7所示。
读子程序
READ：MOVR0，#30H；设置存放IC卡读入数据的首地址为30H
LCALLRESET；调IC卡复位子程序
MOVR2，#10H；读IC卡数据的个数送R2
LCALLSTART；调起始条件子程序
MOVR5，#00110000B；发送读的命令码
LCALLSPOUT；调发送一个字节子程序
MOVR5，#20H；发送IC卡的起始地址
LCALLSPOUT
MOVR5，#00H；将数据00H发送出去
LCALLSPUT
LCALLSTOP；调停止条件子程序
READ1：LCALLSPINC；调数据采集子程序
MOVA，R6
MOV@R0，A
INCR0
DJNZR2，READ1
LCALLPLUSE；调发送脉冲子程序
RET；读IC卡数据子程序结束
写子程序
WRT：LCALLRESET；写IC卡数据子程序开始，调IC卡复位子程序
MOVR2，#10H；写入IC卡的字节个数送R2
MOVR1，#40H；将40H为首地址的内容写入IC卡
MOVR4，#30H；R4中放的是写到IC卡起始地址30H
WRT1：LCALLSTART；调起始条件子程序
MOVR5，#00111000B；发送写的命令码
LCALLSPOUT
MOVA，R4；发出要写入的IC卡地址
MOVR5，A
LCALLSPOUT
MOVA，@R1；写入IC卡数据
MOVR5，A
LCALLSPOUT
LCALLSTOP；调停止条件子程序
LCALLPROCE；调一个编程过程子程序
INCR1；数据指针加1，直到数据写完
INCR4
DJNZR2，WRT1
RET；写子程序结束
PROCE：MOVR3，#0FFH；一个编程过程子程序
PROC1：SETBP1.2
NOP
CLRP1.2
DJNZE3，PROC1
RET
SPINC：MOVR3，#08H；数据采集子程序
SPIN1：CLRP1.2
MOVC，P1.4
MOVA，R6
RLCA
MOVR6，A；读出的一字节内容送R6
SETBP1.2
DJNZR3，SPIN1
RET
SPOUT：MOVR3，#08H；一字节发送子程序
MOVA，R5
SPTC1：CLRP1.2
RLCA
MOVP1.4，C
NOP
SETBP1.2
DJNZR3，SPTC1
RET
START：SETBP1.2；起始条件子程序
NOP
CLRP1.4
NOP
RET
STOP：CLRP1.2；停止条件子程序
NOP
CLRP1.4
NOP
SETBP1.2
CLRC
NOP
SETBP1.2
NOP
CLRP1.2
RET
RESET：SETBP1.3；复位IC卡子程序
NOP
CLRP1.3
NOP
RET
END
PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部总线[1]是一种高性能、32位或64位地址数据多路复用的同步总线。它的用途是在高度集成的外设控制器件、扩展卡和处理器/存储器系统之间提供一种内部的连接机构，它规定了互连机构的协议、机械以及设备配置空间。PCI局部总线因具有极小延迟时间、支持线性突发数据传输、兼容性能以及系统能进行全自动配置等特点受到业界青睐。PCI总线规范2.1版本还定义了由32位数据总线扩充为64位总线的方法，使总线宽度扩展，并对32位和64位PCI局部总线外设做到向前和向后兼容。
目前微机之间的红外通信是基于IRDA-1.1标准的红外无线串行SIR通信，参考文献[2]给出了基于ISA总线的红外无线串行通信卡的设计及实现，该通信卡的数据速率为9.6kbps～115.2kbps，工作距离0～3m。但由于RS-232端口的最高数据速率上限为115.2kbps，不能满足IRDA-1.4规范甚高速红外VFIR16Mbps速率要求，所以使用了PCI同步总线扩展外设的方法设计甚高速红外控制器。虽然ISA总线的传输速率能满足甚高速红外控制器设计要求，但目前许多微机系统已经逐渐淘汰ISA/EISA标准总线。原因是高速微处理器和低速ISA总线之间不同步，造成扩展外设只能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据，使CPU高性能受到严重影响。
1HHH（1,13）编解码
2001年5月，红外无线数据协会IRDA了红外串行物理层规范IRDA-1.4[4]；它与前期的物理层规范的主要区别在于增加甚高速红外VFIR16Mbps数据速率的编解码技术和帧结构，而其它如视角范围、发射器最小（大）光功率和接收器灵敏度等规范基于相同。红外串行物理层规范IRDA-1.4规定数据速率小于4Mbps采用RZI（归零反转）调制，最大脉冲宽度是位周期的3/16或1/4；数据速率4Mbps采用4PPM（脉冲位置调制）；数据速率16Mbps采用HHH（1,13）码。
IRDA提出的VFIR编解码技术-HHH（1,13）码是码率为2/3，（d,k）=(1,13)的RLL（run-length-limited）码；它是一种功率消耗和频带利用率相对折中的高效编码，其中参数d、k分别表示在两个''''1''''之间最小和最大的''''0''''的数目，参数d决定接收信号中有无码间干扰ISI，参数k决定接收器能否从接收序列中恢复时钟。HHH(1,13)码的带宽效率使数据通信能够选择成本很低、上升/下降时间为19ns的LED。功率效率避免了LED的热问题，它能保证1m距离范围内保持链接。1m距离16Mbps链路可达到过去4Mbps链路的驱动电流和功耗。HHH（1,13）码和4PPM码（用于4Mbps）的显著区别是HHH(1,13)码决不允许一个红外脉冲紧跟前一个红外脉冲，脉冲之间应该保持一个chip时间差。由于光电管工作区域内有少量载流子的慢辐射，使LED或光电二极光表现出拖尾效应，HHH（1,13）码能够兼容拖尾效应，从而允许在chip时间周期内脉冲的扩展。
虽然HHH（1,13）码的设计过程比较复杂，但IRDA-1.4标准已经详细给出了编译码逻辑方程和电路，所以实现起来比较容易。笔者使用AlteraMAX+plusII进行逻辑功能仿真，并用GW48EDA实验系统进行硬件伪真，验证HHH（1,13）码编译码电路设计的正确性。
2甚高速红外VFIR控制器的硬件设计
由于PCI总线规定了严格的电气特性，开发PCI总线的应用具有很大难度，因此使用AMCC（AppliedMicroCorporation）公司推出的PCI接口控制器S5933实现红外控制器PCI总线接口规范[5]。甚高速红外VFIR控制器原理框图如图1所示。选用Altera公司的FLEX10K系列现场可编程门阵列器件实现S5933与红外TX/RXFIFO、寄存器的传输控制和逻辑时序以及红外接口控制逻辑和红外收发器接口功能模块（CRC校验、编解码以及串/并转换）。甚高速红外VFIR控制器工作原理如下：首先由AMCCS5933外部非易失性串行EEPROMAT24C02下载PCI配置空间，然后主机通过直通（PassThru）寄存器数据访问方式向红外接口控制寄存器写控制命令[3]。红外接口控制逻辑根据控制命令发出控制信号，使整个红外控制器处于准备状态。当上层协议发出数据发送事件时，红外接口控制逻辑发出消息，通知主机启动S5933总线主控读操作，把上层数据写到外部红外TXFIFO数据缓冲器；同时红外接口控制逻辑根据TXFIFO状态把TXFIFO的数据发送到红外收发器接口，进行锁存、并/串转换、CRC校验和编码，最后通过VFIR收发器发送数据。同理VFIR收发器接收到的数据经过译码、CRC校验、串/并转换和锁存，写入RXFIFO数据缓冲器。红外接口控制逻辑触发上层协议发出数据接收事件接收数据，主机启动S5933总线主控写操作向上层协议递交数据，数据传输完成上层协议发回消息，通知数据接收完成。下面重点分析S5933与红外TX/RXFIFO、红外寄存器组访问控制逻辑以及红外接口控制逻辑和红外接发器接口功能。
2.1红外TX/RXFIFO与红外控制寄存器组控制逻辑
AMCCS5933支持3个物理总线接口：PCI总线接口、扩充总线接口和非易失性EEPROM总线接口。非易失性EEPROM用于映射PCI的配置空间及设备BIOS的初始化；扩充总线可以与外设设备互连。主机和外设之间可以利用S5933的邮箱寄存器、FIFO寄存器、直通寄存器（Pass-Thru）数据传输方式双向传输数据。
红外寄存器组包括红外接口控制寄存器和状态寄存器。本文中甚高速红外控制利用S5933直通寄存器单周期数据传送向红外接口控制寄存器写控制字，由Pass-Thru逻辑控制电路把地址和数据分离开，直通地址寄存器（APTA）经374锁存并译码，选通红外接口控制寄存器，同时把直通数据寄存器（PTDA）的低字写入红外控制器；该接口控制寄存器的数据宽度为16位，包括红外控制器始能、工作模式（UART、SIR、MIR、FIR、VFIR）的设置，接收或发送数据的选择以及满足SIR模式下多波特率的分频数。红外接口控制寄存器结构定义如图2。
同理使用直通寄存器方式获取红外接口状态寄存器的状态。红外接口状态寄存器结构定义如图3。
为满足高速数据传输，利用S5933FIFO寄存器总线主控方式下的同步猝发（Burst）操作（DMA传送）完成主机与红外TX/RXFIFO的数据传输。PCI接口首先初始化S5933作为总线主控设备，然后由PCI接口向主控读/写地址寄存器（MRAR/MWAR）写入要访问的PCI存储空间地址，向主控读/写计数器（MRTC/MWTC）写入要传输的字节数。S5933提供了4个专用引脚RDFIFO#、WRFIFO#、RDEMPY#和WREULL#控制内部FIFO与外部FIFO的数据传输接口逻辑。接收/发送FIFO的数据宽度都是32位，分别由4片8位数据总线的IDT72220FFO数据位扩展实现。该FIFO既为PCI接口提供数据缓冲，又为红外收发器接口提供访问数据。S5933与红外TX/RXFIFO、红外寄存器组的数据访问控制逻辑如图4。
2.2红外接口控制逻辑
根据红外接口控制寄存器控制字，红外接口控制逻辑实现外部RX/TXFIFO与红外收发器接口之间的数据传输和逻辑时序。它的工作原理如下：根据控制字，首先启动红外收发器接口CRC校验、编解码器和可编程时钟（RX/TXFIFO读/写时钟RCLK、WCLK和编解码时钟fclock），然后根据控制字的TX/RX位决定是接收还是发送数据。发送数据时，TXFIFO缓冲器不为空，TXFIFO的EF信号就触发红外接口控制逻辑发TXFIFO读操作信号ENR#，读取TXFIFO的数据（数据宽度32位）传给红外收发器接口进行CRC校验、编码以及并/串转换。同理当甚高速红外控制器接收数据时，红外收发器接收到的数据经过译码、串/并转换（数据宽度32位），然后触发红外接口控制逻辑发出红外接收FIFO的写操作信号ENW#，把接收数据写入红外接收FIFO。当RXFIFO写满后，触发控制逻辑发出S5933FIFO写信号WRFIFO#，上层协议启动PCI接口初始化S5933为同步主控写操作实现红外接收FIFO到主机内存的数据传畀。另外红外接口逻辑还实现红外接口状态寄存器状态的配置，以方便上层协议了解红外控制器工作状态。
2.3红外收发器接口
红外收发器接口的设计与实现是红外控制器成功的关键。该接口需要实现各种工作模式（SIR、MIR、FIR、VFIR）的编解码器和硬件CRC校验、设计比较复杂。编码器前、译码器后，数据都要进行硬件CRC校验实现差错控制。SIR模式采用RZI（归零反转）编码，信号为高电平，调制为低电平；信号为低电平，调制为高电平脉冲，最大脉冲宽度是位周期的3/16。MIR模式也采用RZI（归零反转）编码，但最大脉冲宽度是位周期的1/4。FIR模式采用4PPM（脉冲位置调制）调制，它的原理是被编码的二进制数据流每两位组合成一个数据码元组（DBP），其占用时间Dt=500ns，再将该数据码元组（DBP）分为4个125ns的时隙（chip），根据码元组的状态，在不同的时隙放置单脉冲。由于PPM通信依赖信号光脉冲在时间上的位置传输信息，所以解调时先保证收发双方时隙同步、帧同步，然后根据脉冲在500ns周期中的位置解调出发送数据。考虑到红外收发器通信距离突然变化引发脉冲宽度扩展，发生码间干扰，导致译码出错，因此根据HiroshiUno提出的新算法[7]简化4PPM译码过程，并通过实验验证该算法比最大似然译码算法结构更简单，功耗更低，而且更容易实现。
VFIR模式采用HHH（1，13）编解码技术。编码器原理：为了正确实现编码，要求在计算内部码字C=(c1,c2,c3)之前，在nT(T表示一个chip时间)时刻到达编码器输入端的输入数据码元组d=(d1,d2)经过3个编码周期（每个编码周期是3T）的延时后进行逻辑计算，得到下一状态矢量值N=(s1,s2,s3)，即与输入数据有关的N出现在（n+9T）时刻；再经过一个编码周期，即（n+12T）时刻，状态N赋给内部状态矢量S=(s1,s2,s3)，同时计算与输入数据码元组d=(d1,d2)有关的内部码字矢量C=(c1,c2,c3)，再经过一个编码周期，内部码字C赋给输出码字矢量Y=(y1,y2,y3)。由此可见16Mbps的数据速率经过编码器变为24Mchip/s编码速率，整个编码过程延时5个编码周期即15个chip。注意编码器初始状态S应设置为（1，0，0）。译码器原理：输入数据R=(r1,r2,r3)经过锁存器延时得到矢量Y4=(y10,y11,y12)，对Y4进行不同的延时得到Y3、Y2及Y1。这里矢量Yi是Y4的4-I次延时（由锁存器实现延时）；对Y4进行或非运算得到Zd，再将Zd进行不同的延时得到Zc和Zb。这里Zc、Zb、Zd是变量，然后将Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd进行逻辑运算、延时分别得到矢量X1=(x1,x2)、X2=(x3,x4)、X3=(x5,x6)；最后将x1、x2经过锁存器得到译码器输出矢量值U=(u1,u2)。整个译码过程延时4个周期即12个chip。可见HHH（1,13）编译码电路比较简单，利用FPGA基于门级描述即可实现，但必须注意锁存器时钟fclock=1/3fchip。VFIR模式增加线性反馈移位寄存器（LFSR）实现加扰和解扰功能提高系统性能，减少误码。
图4S5933与红外接收/发送FIFO，红外寄存器组数据访问控制逻辑图
引言
能用分组无线业务GPRS（GeneralPacketRadioService）是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。典型的应用有：工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等等。
GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，需不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
本文设计的GPRS无线通信控制器（以下简称控制器），内嵌了TCP/IP协议栈，采用工业级的GPRS模块；适用于主机没有TCP/IP协议栈，但使用串口通信的情况，例如单片机数据采集传输系统。
1GPRS网络数据的收发
终端设备通过串行方式接到控制器上并与GSM基站通道，但与电路交换或数据呼叫不同。GPRS数据分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSM进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，见图1。来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由IP模块进行了TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。
由于GPRS网络工作方式是以IP地址导址为基础的，所以目标服务器端并非接入控制器与终端设备进行连接，只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP地址即可。同时，因为GPRS终端产品本身由网络提供商动态地分配IP地址，在未进入连接待机状态时，其本身是不具备IP地址的（在连接中，模块的IP地址为移动骨干网内局域网IP，无法被公网服务器解析，动态分配的制度使获取比IP地址无意义）。因此在服务器与终端尚未建立连接前，目标服务器难以（可将短信转换为命令内容）对终端设备及控制器进行控制。必须先将控制器进行相应初始化，并由设备终端主动向服务器发送数据，进行连接。
2控制器内部的硬件实现
控制器内部由四部分构成：嵌入TCP/IP的单片机系统、MC35模块、电源部分和外部接口部分。
在设计时，考虑到双串口性能和高速的全静态CMOS设计，嵌入式单片机系统选用台湾Winbond的W77E58芯片作为MCU模块的处理器芯片。它是高速的、与MCS-51指令兼容的、没有多余指令周期的微控制器，在相同时钟频率下，运行同样的指令要比传统的8051快1.5～3.0倍。它完全是静态CMOS设计，工作电压为4.5V～5.5V，有32KB的片内程序ROM，内部有1KBSRAM，最高时钟频率可达40MHz；有双指针、双串口，13个中断源，3个16位定时器。单片机W77E58通过串口1直接与MC35模块相连接，完成对MC35模块的初始化和基于GPRS业务的数据收发功能；同时串口2扩展MAX232标准串口与其它嵌入式系统或PC机进行数据交换。图2是系统的硬件框图。
MC35模块是西门子公司生产的GSM双频GSM900/GSM1800无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、SMS和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1-CS4编码。两者最大的区别是，GPRS传输数据时不需要再拨号。2种模式的选择通过AT指令来实现。MC35模块提供40线的ZIF接口方式。
电源部分为单片机系统和GPRS模块提供合适的电源。外部接口部分包括一个8脚数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线接口、SIM（SubscriberIdentityModule，用户识别）卡座接口。表1是各引脚的详细说明。
表1外部接口引脚说明
功能名称引脚号I/O信号电平注释
强制复位RST1I/O当模块处于空闲或数据传输状态时，该引脚下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持续3.5s可使系统复位。该引脚同时还作为系统看门狗信号输出，可据此监视系统工作状态fout,min=0.16Hzfout,max=1.53Hz正常情况下，该引脚处于看门狗信号输出状态并且输出电流很微弱（0.01mA），因此必须使其处于高阻状态；不得有外部上下拉电路
RS232RXD2I该组引脚系标准RS232电平信号，可直接与PC机连接如果连接PC机上Internet网，则需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要这两个引脚
TxD3O
CTS4O
RTS5I
SGGND80SGGND是RS232信号地，在模块内部与GND相连
RS485A6I/O该组引脚系标准RS485电平信号，模块内部已加120匹配电阻模块内部光电隔离电路
B7
为使控制器运行稳定可靠，对其看门狗电路进行了精心设计。
3控制器的软件接口
在本设计中，需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的打包和解包。由于W77E58资源有限，怎样在有限的资源上完成必需的功能，就是嵌入式TCP/IP协议实现的关系所在，也就是合理地简化协议。
TCP/IP协议是一个为广域网（WAN）设计的标准协议套件，可以用一个分成四个层次的模型来描述：数据链路层、互联网层、传输层和应用层。其分层模型及协议如表2所列。
表2TCP/IP协议结构
应用层HTTP、Telnet、FIT、SMTP、SNMP
传输层TCP、UDP
互联网层IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP
数据链路层Ethernet、X.25、SLIP、PPP
应用层（application）负责处理特定的应用程序细节，在本系统中只实现HTTP协议。
传输层（transport）主要为2台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP协议是为2台主机提供高可靠性的数据通信，这里采用TCP传输控制协议。
互联网层（Internet）的功能是寻址、定址、数据打包和安排路径。Internet所有的数据都以IP数据报格式传输，其最大特别是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。在GPRS业务中，每一次链接都会具体分配一个IP地址，因此用ARP/RARP协议完成IP地址与物理地址的映射（即地址解析），用ICMP协议判断网络是否连通。
数据链路层（link）的任务是把要发出的帧送到线路中去，把要接收的帧从线路中取出来。GPRS业务是采用IPOverPPP实现数据终端的接入。这部分功能由单片机控制MC35模块，采用PPP协议实现。
数据打包处理程序处理数据时，每一层都把自己的信息添加到一个数据头中，而这个数据头又被下一层的协议包装到数据体之中。数据解包处理程序接收到GPRS数据时，把相应的数据头剥离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。
在应用要求高的场合，通常需要支持完事的TCP/IP协议族，而在嵌入式系统中也是可以做到的；但是，考虑到成本和具体的应用场合，没有必要包括所有的TCP/IP协议族。可以看到，采用TCP/IP协议需要对它进行合理的裁剪，以满足小ROM系统的情况。
系统在利用MC35模块的GPRS业务浏览HTTP等功能之前，必须先激活GPRS网的PDP连接。单片机通过正确的AT指令和GPRS命令集对MC35模块进行初始化和数据的接收发送，其工作流程如图3所示。
【分类号】：TP273
前言
近年来转子振动主动控制得到了广泛的研究，控制理论中的许多方法都应用到转子振动主动控制中，并取得了很多成果。实际转子系统的完整数学描述往往很复杂，阶次较高，作为被控对象的模型转子系统与实际转子系统总是存在着误差，同时转子系统的结构参数如质量、刚度等也存在着不确定性。由于误差的存在往往会降低控制系统的性能，有时还会破坏控制系统的稳定性。因此转子系统振动主动控制器应具有稳定鲁棒性及鲁棒性能[1]。
1.鲁棒控制的基本思想
鲁棒控制器设计问题，就是根据给定的标称模型∑0和不确定性集合∑的某一描述，基于鲁棒性分析得到的结果来设计一个控制器C，使得（∑0，∑）和C构成的系统都满足期望的要求。
2.H∞控制理论
所谓H∞控制，就是用H∞范数作为目标函数的最优或次优控制。通过对鲁棒控制理论的了解可知，许多鲁棒稳定或鲁棒性能准则均可以用适当的传递函数的H∞范数约束条件来描述。因此，对于线性系统来讲，许多鲁棒控制系统的设计问题，都可以转化为求使得闭环系统满足期望的H∞范数条件的控制器的问题[3]。
3.2转子系统鲁棒控制计算机仿真
利用本章所讲述的控制器设计方法，结合算例，分析控制方案，并利用MATLAB编程计算该单盘转子系统的状态方程和控制器状态方程。在左支承处增设可控锥形挤压油膜阻尼器，利用可控挤压油膜阻尼器轴承产生的非线性油膜力主动逼近线性转子系统的H∞控制力，从而实现用可控挤压油膜阻尼器轴承主动控制转子系统振动的目标。本文应用Simulink建立转子系统标准H∞控制仿真模型。
本文以H∞次优控制器的状态方程为依据建立的控制器仿真模型。对该系统结构参数存在扰动的情况下，引入内部反馈环的概念，进行扩阶后，形成新的结构参数不确定系统的状态方程。输入w 即为施加在m2上的不平衡力与传感器噪声之和。通过对质点m1振动幅度的期望值与输出的观测值y进行比较，重新进入反馈系统。以此使m1振动幅值最终达到期望值constant。
4结论
本文利用 控制理论对刚度参数扰动的转子支撑系统进行次优控制器设计。并结合MATLAB软件中的Simulink工具箱对本文设计的控制器进行仿真。并对本文所采用的单盘转子模型进行了鲁棒 控制仿真。模拟单盘转子在不平衡力的作用下，通过临界转速时的振动控制情况。在对受控前后的输出信号图像的比较后发现，受控后输出信号幅值比受控前的输出信号幅值小很多。
参考文献
[1]顾家柳. 转子系统振动主动控制的目的及对策.振动与冲击， 1993， 2： 1～ 7
[2]梅生伟，申铁龙，刘康志编著.现代鲁棒控制理论与应用.清华大学出版社.2003，9：61～64
一、自适应模糊PID控制器的设计分析
图1为电厂运行过程中，对于电厂给水系统的加药操作处理过程进行调节控制应用的自适应模糊PID控制器结构示意图。
在进行自适应模糊PID控制器，也就是模糊控制器的设计过程中，模糊控制的设计实现主要是应用模糊论集以及模糊语言变量、模糊逻辑推理等作为模糊控制器设计的基础理论，从而实现对于模糊控制器中的模糊控制设计实现。也就是说在进行该电厂给水系统运行调节应用的模糊控制器设计中，首先将电厂给水系统的给水操作运行控制经验制定成为一种模糊控制的原则，再将电厂给水系统中的除氧器以及省煤器装置入口处的PH值进行模糊化处理，在此基础上通过模糊控制规则，利用模糊逻辑推理，在推理出模糊输出量的同时，对于模糊输出量进行具体模拟化，转化为模拟数值，最终施加到执行器命令执行端，实现对于电厂给水系统的给水操作进行调节控制实现。根据自适应模糊控制的这一控制实现过程与原理，在进行自适应模糊控制器的设计过程中，主要通过使用二维模糊控制器的装置结构，在对于电厂运行过程中，给水系统的给水水质PH值进行收集的情况下，以误差以及误差变化率作为模糊控制器的输入量，并且在选择好控制量作为模糊控制器的数量变量的情况下，实现对于模糊数值的模拟转化，从而实现对于电厂给水系统的给水操作进行调节控制实现。这样的自适应模糊控制器设计方式，进行电厂给水系统的模糊调节控制装置的设计应用，不仅可以避免设计的复杂性，并且在进行电厂给水系统的给水调节应用中对于给水调节的准确性也比较高。在进行电厂运行调节控制应用的模糊控制器设计过程中，进行设计的核心就是要在对于原有设计经验以及运行结果的总结分析情况下，实现对于模糊控制规则的建立确认。最后，对于电厂运行调节控制应用中的模糊控制器装置的参数校正，可以根据对于不同偏差以及偏差变化率情况的收集分析情况下，通过模糊逻辑推理计算进行校正实现。
二、自适应模糊PID控制器的应用实现
自适应模糊PID控制器在电厂运行中的应用实现，本文主要是以自适应模糊PID控制器装置系统对于电厂给水系统给水运行中加药控制为主，进行设计与应用分析实现的。那么，在应用自适应模糊PID控制器进行电厂给水系统加药操作控制时，首先，需要建立相关的仿真控制系统，在对于自适应PID控制器调节控制原理的仿真设计实现情况下，进行实际调节应用。常用的自适应模糊PID控制器仿真设计应用软件工具为MATLAB，主要是应用该软件系统中的Simulink工具以及Fuzzy两种软件工具进行仿真设计实现。图2分别是在进行自适应模糊PID控制器的系统仿真设计中，对于自适应模糊PID控制器以及模糊控制器、传统PID控制器三种调节控制装置的实际调节控制性能特征的分析比较。
（1）单位阶跃响应变化 （2）阶跃响应变化
根据上图的对比结果可以看出，自适应模糊PID控制器在电厂运行中的控制效果在这三种控制装置中是最好的，且该装置在实际控制中已经实现应用。
总之，本文中所论述的自适应模糊PID控制器是一种针对电厂运行中应用的常规PID控制器的调节控制局限性，进行改进设计应用的PID调节控制装置，它在电厂给水系统的给水调节应用中，不仅具有比较明显的合理性与可行性特征，并且对于给水系统的给水调节控制精准性也比较高，具有一定的应用优势，值得在实际应用中进行推广。
参 考 文 献
目前，控制系统已经管饭的应用至生产生活的各个领域中，包括飞机、航空、冶金、汽车、军事等多个领域，一旦控制系统出现故障，不仅会给生产生活带来不便，甚至可能造成重大的生产安全事故，严重威胁人民的生命财产安全及社会稳定。因此，及时诊断系统故障，设计出一套具有容错功能的控制系统十分必要。
1 变结构飞行棋故障诊断研究中注意的问题
针对变结构飞行器容错系统控制的研究已经取得了一系列的研究成果，主要表现在对变结构飞行器故障诊断研究的现状、容错控制系统的研究现状、一体化设计故障的诊断方法等。然而不能忽略的是，目前的研究仍然存在一定的问题，如对主动容错理论的相关研究不全面，研究方法和设计思路有待深入挖掘，故障参数不稳定等。因此，在变结构飞行器未来的故障诊断研究中必须考虑如下四个方面。
1.1 多对多可容错控制研究
在容错控制律重新调度的主动容错控制中，容错控制器集合和故障模型集合之间并不是单一的对应，而是存在多对多的对应关系，因此通过合理的设计，能够实现具有多对多可容错控制映射特点的容错控制器。为了实现多对多可容错控制，在研究时需要找出容错控制器对应故障模型的规律，并根据此规律寻找出容错控制器的最优化在线策略。
1.2 故障诊断相关研究
变结飞行器的容错控制系统在前期设计期间，已经设置的各项故障的参数标准。一旦飞行器出现故障，各类故障参数能否被跟踪是现阶段研究的重点。此外，当故障参数和前期预设的标准参数出现误差时，要求故障诊断与自适应动态输出反馈容错控制实现一体化控制。
2 故障诊断与控制一体化设计分析
上文分析了变结构飞行器故障诊断及容错控制系统设计过程中需要重点关注的几个问题。然而，在实际工业生产过程中，当故障发生时，仅仅被动的容错控制是远远不够的，能否实现主动容错控制，在故障尚未发生时成功预知故障，并及时排故障时今后容错控制系统的发展方向。理论上，通过有效的故障诊断与控制一体化设计，能够实现主动容错控制。下文通过故障诊断与自适应H∞状态反馈、H∞动态输出反馈、自适应鲁棒H∞容错控制一体化设计三个方面着手，分析变结构飞行器的容错控制一体化设计。
2.1 故障诊断与自适应H∞状态反馈容错控制一体化设计
现阶段，要实现故障参数跟踪十分困难，主要原因是由于在执行器故障诊断与容错控制一体化设计中，存在一定程度的外界干扰，另外，真实的故障参数与故障参数之间存在难以确定的误差。因此，在故障诊断与自适应H∞状态反馈容错控制一体化设计中，需要开展如下四项工作。
一是要设计出一套能够将故障观测器中外界干扰与执行器故障解耦的观测器，并以此推算出含有执行器故障输入的方程。二是要设计出能够自适应故障参数并带摄影限制的函数，结合步骤一中得出的方程，能够基本保证误差维持在一个可控的范围内，并未接下来的故障诊断提供准确的参数参考。三是要根据前两个步骤得出的方程和函数参数值，尽可能的估算出故障参数的范围，设计自适应H∞状态反馈容错控制器。现行矩阵不等式为实现求解次优的容错控制器设计提供了基础，通过量化数学特性，降低系统瘫痪的可能性，并保证对干扰和故障的鲁棒性。四是将设计出的自适应 H∞ 状态反馈容错控制器应用至变结构飞行器中，验证设计的控制系统的有效性。
2.2 故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制一体化设计
研究故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制的一体化设计需要考虑如下几个问题。一是改进未知输入观测器的设计，在保证将故障观测器中执行器故障与外界干扰解耦的同时，又保证了任意执行器在发生故障后都能被检测到，而且所设计的未知输入观测器的系数矩阵能够保证当故障发生后，故障参数估计误差的动态方程是可控的；二是设计带射影限制的自适应参数估计器跟踪故障参数，保证了估计误差的一致稳定性，给出了估计误差渐进收敛的条件；三是利用故障计参数，设计了自适应H∞动态输出反馈容错控制器，保证执行器发生故障后，系统进行稳定性适应H∞控制的性能指标；接下来给出了一体化设计的故障诊断与自适应H∞动态输出反馈容错控制的实施方案，将原来设计控制器所涉及到的非线性矩阵不等式转化为可解的线性矩阵不等式。
2.3 故障诊断与自适应鲁棒H∞容错控制一体化设计
上文设计的一体化容错控制器实在估算故障参数的基础上设计的，由于估算的故障参数的不确定性，因此实际操作过程中出现的故障可能远远超出的设计前期计算的范围，需要控制故障参数的控制器不断更换。为了提高估计参数设计容错控制器鲁棒性，需要从以下三个方面着手。
一是提出执行器自检测动态系统辅助诊断系统执行器故障，将执行器自检测动态系统与原被控系统结合组成增广系统，然后在此增广系统上设计未知输入观测器，不仅将故障观测器中外界干扰与执行器故障解耦，而且将各执行器故障相互解耦，同时给出此未知输入观测器存在的充分必要条件；二是设计带射影限制的梯度自适应故障参数估计器，给出故障参数的估计误差的收敛条件以及估计误差的上下界；三是利用故障估计参数和估计误差的上下界，设计自适应鲁棒H∞容错控制器。
3 结语
本文论述的变结构飞行器故障诊断与容错控制系统的一体化涉及涉及的问题还有很多，如当多种故障同时发生时，如何继续有效、科学、准确的判断出故障，如何激励一体化系统中出现的反馈型号，另外系统运行过程中允许出现时滞和实时性的现象。这些问题需要在变结构飞行器容错系统应用中不断吸取经验，不断完善。
参考文献：
[1]周东华，Ding X.容错控制理论及其应用[J].自动化学报，2000，26（6）：788-797.
概况
迄今为止，相当多的模糊神经网络都是结合控制问题，特别是倒摆控制问题提出的。随着倒立摆系统的控制研究的不断深入，倒立摆系统的种类也由单级倒立摆发展为多种形式的倒立摆。随着控制理论的不断向前发展，越来越多的理论被成功运用于倒立摆系统的控制：如线性控制方法、基于神经网络理论以及模糊逻辑与神经网络相结合的控制方法等等。
模糊控制原理概述
模糊控制系统的组成：
模糊控制属于计算机数字控制的一种形式，因此，模糊控制系统的组成类似于一般的数字控制系统，其框图如下：
模糊控制器的结构设计：
模糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。究竟选择哪些变量作为模糊控制器的信息量，还必须深入研究手动控制中，人如何获取、输出信息，因为模糊控制器的控制规则归根到底还是模拟人脑的思维方式。
目前广泛设计和应用的二维模糊控制器，本论文采用二维控制器。
倒立摆系统的简单模型
复杂系统的模型往往要经过一些简化或是提取才能运用现代的理论和工具进行分析、设计。倒立摆是比较复杂的系统，在此只对其理想情况的简化模型进行研究。
图3中给出了一个简化的倒立摆系统，滑车可以沿轨道运动。
图3 小车控制及运动示意图
其中：M—小车的质量；m—倒立摆的质量；F—加给小车的外力；
2l—倒立摆的长度； —摆与垂直线的交角。
倒立摆系统的分析设计与实现：
由于小车倒立摆系统具有高阶次、不稳定、非线性、强耦合的特点，只有采取有效的控制方式才能稳定控制，因此本文采用一种典型的模糊控制中的推理方法——Takagi-Sugeno模糊推理方法（简称T-S）。此倒摆系统为非线性系统，为了运用线性系统理论和模糊控制中的Takagi-Sugeno模型进行控制器的分析和设计，可以考虑将其先进行局部线性化，使之成为若干子系统，再将这若干子系统进行模糊综合。
实验的仿真结果：
根据设计的模糊逻辑控制系统，在控制程序中，分别实现了用于倒立摆建模的T-S模糊系统“model.fis”及用于控制的T-S型模糊控制器“tc.fis”，通过运用matlab软件工具得出仿真结果如图4所示：
图4 摆角的状态响应
从上面的仿真结果可以看出倒立摆的摆角和角速度在较短的时间就趋于零平衡点，控制器的输出在较短的时间趋于零达到平衡，说明设计的模糊控制器能很好地实现倒立摆系统控制的要求。
倒立摆系统作为典型的非线性、多变量、不稳定系统，是研究控制理论的理想实验手段。本文围绕倒立摆系统，采用模糊控制理论研究了倒立摆系统的控制问题，并用MATLAB进行了倒立摆的模糊控制系统的仿真研究。仿真结果表明倒立摆控制系统稳定、动态跟踪能力很好，成功实现了倒立摆实物系统的模糊控制。
（作者单位：哈尔滨石油学院）
[1]李士勇.模糊控制·神经控制和智能控制论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004
[2]章卫国.模糊控制理论与应用[M].西安：西北工业大学出版社，2004
传统的PID控制算法具有算法简单、控制精度高、可靠性强，适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统[1]，传统的模糊控制器对论域的模糊划分就显得较为粗糙，需要通过适当的增加量化级数，以要提高控制精度，但会造成模糊规则进行搜索范围的扩大，降低了整体的决策速度，难以实现实时控制[2-4]，可变论域是指模糊控制中输入变量的论域为可变的，用作为调节因子对输入变量的论域进行调整。
文章基于论域可变的思想，设计了一种基于可变论域的模糊控制器，在模糊控制规则不变的情况下，模糊化论域随输入进行相应的收缩或扩展，论域收缩能增加模糊语言的变量值和控制规则，并获得与增加模糊子集一致的控制效果，使控制精度提高。
1 模糊控制
1.1 模糊控制基本原理
模糊控制系统的基本结构框图如图1所示，由模糊控制器、输入/输出通道、广义对象和传感器组成[5]。
模糊控制器的组成结构如图2所示，为了精确控制被控对象，需要对模糊量u进行转化得到精确的控制量，即图2中采用的非模糊化处理，得到精确控制量后，经DA转换变为模拟量传送至执行机构对被控对象进行进一步控制。
1.2 模糊控制器的设计步骤
模糊控制器的设计主要包括如下几个步骤：
（1）确定控制结构，确定控制器的输入变量E、EC与输出变量U及对应的变化范围和要求的控制精度，建立物理模型，确定控制器结构。
（2）模糊化方法的选择与确定。将实际输入变量的值变换成模糊语言变量的语言值，不同语言值对应相应的模糊子集，选用隶属函数确定输入变量的值相应的隶属度。
（3）模糊控制规则及模糊运算子的确定。根据输入输出的数量和控制精度确定控制规则的数量。
（4）输出数值的解模糊处理方法的确定。解模糊是将输出空间的模糊集合映射为对应的点进行应用，即根据输出模糊子集的隶属度计算确定值。
（5）设计理论与方法有效性与可靠性的验证。
2 变论域模糊控制思想
假设误差的初始论域，即误差最大的变化区间为[-U，U]，其中U为实数，一般采用7个规则，即将[-U，U]进行模糊划分，如图3（a）所示。伴随控制过程的不断进行，误差缩小，即向零位（ZO）靠近，如果还用图3（a）所示的一定的论域及划分进行模糊推理，控制精度自然不高。“可变论域”的思想则是：在模糊规则形式不变的前提下，使论域伴随着误差变小或增大而进行相应的是收缩或膨胀，如图3（b）（c）所示。
基于函数模型的伸缩因子即用某种特殊函数来表示伸缩的程度，常用的伸缩因子如下：
3 变论域模糊控制器的设计
3.1 变论域模糊控制器的结构
模糊控制器原理框图如图4所示。
这种变论域模糊控制器的工作原理为：基于系统误差和误差变化率，模糊控制器推理出论域的伸缩因子，伸缩因子动态地改变两个输入和一个输出的论域，使其适应系统的输入变化，达到最佳的控制效果。
3.2 模糊控制器规则
根据变论域模糊控制器的要求，由于只要满足大致的模糊规则趋势并保证模糊规则的单调性即可，因此制定模糊规则如表1所示。
4 仿真研究
选取二阶加纯滞后系统为控制对象，传递函数如下：
模糊控制误差的初始论域选择为[-6，6]，误差变化率的初始论域为[-3，3]，模糊输出的初始论域为[-6，6]，PID控制的参数设置为，Kp=0.7，Ki=0.25，Kd=0.3，常规模糊控制器的量化因子选取为Ke=0.8，Kec=0.9，比例因子为Ku=1/7，变论域的量化因子为Ke=0.2，Kec=0.01，比例因子为Ku=0.1，采样时间为T=0.5s，图5为控制系统的总体仿真程序。
如图5所示，仿真程序由三个部分组成，一个是PID控制，一个是常规的模糊控制器，另一个就是文章的变论域的模糊控制器，图6为模糊控制系统阶跃响应仿真曲线图，其中，横坐标代表时间t，纵坐标代表输出响应y。
如图6所示，其中有三条控制曲线，其中常规PID控制曲线超调量比较大，响应速度相对较慢，响应时间相对较长，而常规模糊控制器输出曲线，性能相对优于常规PID控制，超调量比常规PID的小，但响应时间仍然较长，而从图中可以明显的看出，变论域模糊控制器的效果比常规PID控制和常规模糊控制器的效果更好，超调量非常小，上升时间短，响应速度快，无振荡。
5 结束语
文章在分析常规模糊控制器的基础上，利用可变论域思想，设计了一种实用的可变论域模糊控制器，对带有纯滞后的二阶系统进行了仿真实验，同时与常规PID和常规模糊控制器进行了比较，证实了这种新型变论域模糊控制器可以明显地改善纯滞后系统的控制效果，并且具有无超调、无振荡、响应速度快等优点，对于工业实际应用有较高的实用价值。
参考文献
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摘要：飞艇体积庞大，易受风干扰，对飞艇设计控制器时除了要满足动态性能指标，还要求具有一定的扰动抑制作用，因此单一的控制方法难以满足要求。充分利用极点配置和H∞ 鲁棒控制方法的优点，将二者综合起来对飞艇进行纵向控制器的设计，内回路通过极点配置使系统达到期望的动态指标，外回路通过设计H∞ 控制器抑制外部扰动，仿真结果表明该综合方法设计的控制器具有良好的动态和鲁棒特性。
关键词 ：飞艇；H∞ 鲁棒控制；极点配置；外部扰动
中图分类号：TN967?34；V249.1 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）13?0021?03
收稿日期：2014?11?27
0 引言飞艇作为一种特殊的飞行器，不论在空中飞行还是悬停，都很容易受外部大气扰动的影响。常规的控制器设计方法要么注重闭环系统的动态性能，要么注重控制器的自适应特性或者控制器参数的鲁棒特性，很难同时兼顾复杂系统的多方面要求。为了给飞艇设计一种良好的控制器，考虑使用一种综合的控制器设计方法。
闭环系统的极点决定了系统的稳定性和响应速度，极点配置可以使闭环系统具有指定的或期望的动态性能。通常情况下，极点配置是通过状态反馈的形式来实现的，在系统完全可观时，直接对状态进行反馈；在某些状态不可观测时，首先设计状态观测器，然后对估计得到的状态进行反馈。H∞ 鲁棒控制是通过对系统的加权评价指标的无穷范数进行优化得到的一种控制器，这种控制器具备对扰动的抑制作用，可以实现渐进的指令跟踪。在控制器设计时，只需要给出模型不确定性或外部干扰的上界，H∞ 控制器就可以将这种不确定性和干扰对系统的影响限制在一个较小的、可以接受的范围内。
本文充分利用极点配置和H∞ 鲁棒控制的优点，将二者结合起来，得到了一种能同时满足动态性能指标和扰动抑制的控制器，该控制器以状态反馈形式的极点配置作为内回路，实现系统对动态特性的要求。以H∞ 作为外回路，实现闭环系统对外部扰动的抑制和对输入指令的跟踪。最后将设计的控制器应用到飞艇纵向进行仿真验证。
1 全状态反馈的极点配置[1]设有线性时不变系统：
定理1 受控系统（1）要通过状态反馈的方法，使闭环系统的极点位于预先规定的位置上，其充分必要条件是系统完全可控。
将原系统通过化为Luenberger 能控规范型来进行极点配置，可以使配置后的系统具有良好的动态响应。
具体步骤为：
式中：x 是状态向量；w ∈ Rq 是外部扰动输入；u 为控制输入；z ∈ Rr 是被控输出信号，也称评价信号；y 是测量输出信号；A，B1，B2，C1，C2，D11，D12，D21，D22 均为适当维数的定常矩阵；K(s) 为待设计的控制器。K(s) 反馈控制器的设计原理要用到w 到z 传递函数的无穷范数值fs = ?T ? wz (s)∞，根据fs 的值有以下不同的定义：
定义1：H∞ 最优控制问题：求解正则实有理函数K(s)，使得闭环系统内部达到稳定，同时使传递函数Hwz (s) 的无穷范数达到最小[2]，即min( fs) = λ0。定义2：H∞ 次优控制问题：对于给定的λ (λ > λ0 )，求解正则实有理函数K(s)，使得闭环系统内部达到稳定，同时使fs < λ。
定义3：H∞ 标准控制问题：对于给定的λ (λ > λ0 )，增广被控对象G(s)，判断是否存在反馈控制器K(s)，使得闭环系统内部达到稳定，同时使fs < 1，如果存在则求之。
定理2 系统（2）存在一个状态反馈控制器使得闭环系统渐近稳定，且满足fs < γ，当且仅当存在一个对称正定阵X 和矩阵Y，使得下面不等式成立[2]：
3 控制器设计
极点配置可以准确地掌握系统的动态性能，H∞ 鲁棒控制能较好地抑制外部扰动，提高对输入信号的跟踪能力。在采用极点配置方法设计内回路的基础上，采用H∞鲁棒控制作为外回路控制器。在参考输入指令yref 下，有一个干扰向量w(t) 作用在被控系统上，除了渐近跟踪要求外，一般还要求w(t) 对系统输出所产生的影响yw (t)，当t ∞ 时也趋于零。综合控制器的原理框图如图2所示。
为了更好地跟踪俯仰角，在性能指标中对应于状态变量θe 的系数选取相对大一些，取c1 = 0.001，c2 = 0.002，c3 = 0.002，c4 = 0.001，c5 = 0.01，c6 = 0.001。求得外环增广控制系统的鲁棒状态反馈阵为：
L =[-0.940 9 1.570 3 19.607 5 42.859 1 -33.857 8 ]
为了验证本文设计的控制器的有效性，将本文设计的综合控制器与常规极点配置得到的控制器进行对比。对飞机在有风干扰和无风干扰两种情况下进行仿真分析，给定俯仰角跟踪指令：θg = 10°，得到不同控制器对应系统的跟踪响应如图3所示。
通过图3可以看出，常规的极点配置方法设计的控制器在无扰动条件下，效果较好，但当存在风干扰时，效果变差，无法达到渐进跟踪给定指令的目的。本文设计的控制器能够很好地跟踪给定的俯仰角，并且没有超调和稳态误差，调节时间也在可以接受的范围之内，在外部有风干扰时，仍然保持了较好的动态性能和跟踪能力，具有良好的鲁棒性。
5 结语
本文讨论了H∞ 鲁棒方法和极点配置在飞艇纵向控制系统设计中的应用，该设计方案以状态反馈形式的极点配置作为内回路来实现系统对动态性能的要求，以H∞ 鲁棒控制器作为外回路来实现对外部干扰的抑制，在有外部风干扰的情况下，该控制器可以有效改善系统的动态性和鲁棒性。
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