作者：Byron Miller 獨(dú)立固件工程師

        模糊邏輯并不需要特別的硬件或新的編程語言，只是要求有一種不同的設(shè)置隸屬關(guān)系(membership)的方法。從電梯到電飯煲，大量的物理系統(tǒng)都可受益于模糊邏輯編程。本文探討了對(duì)一個(gè)商用DSP芯片編程來創(chuàng)建一個(gè)基本的模糊邏輯控制器。  

        你可以采用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)微處理器來構(gòu)建模糊邏輯系統(tǒng)。傳統(tǒng)的微處理器對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說是足夠的，即使是模糊邏輯，但對(duì)于需要可預(yù)測(cè)且非常快速響應(yīng)時(shí)間的高安全性系統(tǒng)來說則未必。當(dāng)傳統(tǒng)處理器不夠快時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)可能正是你的系統(tǒng)所需要的。

圖1：“高”的布爾變量。

        DSP是具有指令集和面向算術(shù)運(yùn)算特性的專用微處理器，其最初只是用在信號(hào)處理應(yīng)用�，F(xiàn)在，隨著DSP軟件開發(fā)工具種類的增加和質(zhì)量的提升，這種處理器變得越來越流行。DSP如今在成本上與通用微處理器也能競(jìng)爭(zhēng)。今天，任何可以受益于高速乘法/累加 (MAC)運(yùn)算的應(yīng)用都可以考慮采用DSP。

        本文將闡述模糊邏輯系統(tǒng)的組成部分，并給出如何采用DSP來實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。

        模糊邏輯基礎(chǔ)

        Lotfi Zadeh被認(rèn)為是模糊邏輯的創(chuàng)立者，他在1965年的一篇文章中提出了布爾數(shù)學(xué)體系集合論的擴(kuò)展，將二元擴(kuò)展到多值。他的模糊邏輯集合論是一種廣義的經(jīng)典集合論，是對(duì)非精確性的極好表述。模糊邏輯的優(yōu)勢(shì)在于它可以在不采用數(shù)學(xué)方法的情況下使你能準(zhǔn)確地描述一個(gè)過程或行為。

圖2：“高”的模糊變量。

        布爾數(shù)學(xué)體系集合既可以是真，也可以是假，而模糊集合可以具有部分的這種隸屬關(guān)系。例如，圖1給出了一個(gè)布爾變量。在布爾表中，對(duì)于6英尺來說“高”是真，而低于6英尺則為假，但在圖2中，模糊變量的高既不是真也不是假，它具有可變的真假隸屬關(guān)系。布爾變量通常被稱為明確的集合(crisp set)，模糊變量成為模糊集合。模糊集合行為類似于其對(duì)應(yīng)的明確集合。舉例來說，模糊邏輯采用“與”、“或”、“非”以及補(bǔ)數(shù)運(yùn)算�！芭c”處理是取輸入量中的小者，“或”處理是取輸入量的較大者，補(bǔ)數(shù)運(yùn)算是用1減去輸入值。

        控制器的組件

        任何基于模糊邏輯的控制器具有三個(gè)組件：模糊化器(fuzzifier)、規(guī)則庫和去模糊化器。在將一個(gè)明確(數(shù)字)輸入轉(zhuǎn)變成模糊值并對(duì)該值進(jìn)行處理，然后再將模糊值轉(zhuǎn)變成明確值輸出的過程中，每個(gè)組件扮演著重要的角色。盡管模糊控制器的實(shí)現(xiàn)不盡相同，他們都具有這三個(gè)基本部分。  

        模糊化器獲取一個(gè)明確輸入值，并根據(jù)是否需要將其進(jìn)行縮放來轉(zhuǎn)換成模糊值，并轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘀祵?shí)體(entity)�？s放處理將輸入域映射到所有變量都采用的一些內(nèi)部格式。該多值實(shí)體是將輸入值與其對(duì)應(yīng)的輸入集合進(jìn)行比較的結(jié)果，并對(duì)該值進(jìn)行映射處理以反應(yīng)出其隸屬關(guān)系特性。

列表1：去模糊化器：主函數(shù)的C代碼。

        規(guī)則庫從前一級(jí)取得輸入值，并將其與每個(gè)相關(guān)語句的區(qū)間相加。規(guī)則庫由一系列一個(gè)或多個(gè)IF-THEN語句組成。每個(gè)語句依次組成了兩個(gè)部分：條件(antecedent)，在關(guān)鍵字then的左邊；結(jié)果(consequent)，在then的右邊。一個(gè)語句可能具有一個(gè)或更多的antecedent和consequent。典型的規(guī)則語句看起來就像這樣：

        IF antecedent1 . . . antecedentN THEN

        consequence1 . . . consequenceN

        條件和結(jié)果都采用條件形式變量，這里的變量是條件的輸入變量或結(jié)果的輸出變量。結(jié)果的條件部分是一個(gè)模糊隸屬函數(shù)，如“冷”、“暖和”、“熱”。規(guī)則庫對(duì)來自模糊化器的數(shù)