CN112859616A - 一种传感器采样间隔模糊控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器采样间隔模糊控制器，根据传感器与标准值读数偏差和读数变化速度控制传感器的采样周期，通过输入信号e(k)、ec(k)，按模糊控制规则，得出传感器的采样周期T(k)，e(k)、n(k)可按照阈值设置为NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB共七个语言变量值，输出模糊变量SL(k)也为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}七个档位，相应的实际输出量[1,7]。本发明在传感器数值与标准值偏差较大或者变化波动较大时，提高采样频率记录波动过程，而当波动较小时，降低采样频率提高器件使用时长。

Description

一种传感器采样间隔模糊控制器

技术领域

本发明涉及控制器技术领域，更具体地说，是涉及一种传感器采样间隔模 糊控制器。

背景技术

随着生产生活越来越数字化、智能化和网络化，各种各样的智能设备充斥 着日常的生产与生活，并时刻感知与环境息息相关的数据。目前，在采样测量 系统中，大多是采样点恒定、采样间隔均匀的，当样值波动较小时，采样间隔 均匀会增加计算量，而当样值波动较大时，均匀的采样间隔又会导致数据失 真、精度下降的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种传感器采样间隔模糊控制器，当 传感器数值与标准值偏差较大或者变化波动较大时，提高采样频率记录波动过 程，而当实际值和波动较小时，降低采样频率提高器件使用时长，以克服现有 技术之不足。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种传感器采样间隔模糊控制器， 根据传感器与标准值读数偏差和读数变化速度控制传感器的采样周期，通过输 入信号e(k)、ec(k)得出传感器的采样周期T(k)，e(k)为传感器第k个时刻读 数n(k)与标准值S的偏差绝对值，ec(k)是连续两个采样周期的传感器读数之 差；将e(k)、n(k)可按照阈值设置为NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB共七 个语言变量值，输出模糊变量SL(K)符合下表:

采样周期符合：T(k)＝SL(k)*T_min，T_min为最短采样间隔。

一种传感器，根据上述传感器采样间隔模糊控制器对样本进行模糊采样间 隔的采样，采用系统仿真验证的样本数据总体表示如下：

上述传感器，其特征在于，未被采样数据，采用线性插值的方法还原为每 个时间单位传感器测量数据，按照如下公式S2计算:

其中，n(k)为传感器第k次采样数据，T(k)为第k次模糊决策生成的采样间 隔，T_min为最短采样间隔，SV(j)为采样和拟合数据构成的完整测量数据。

本发明有益效果是：本发明在传感器数值与标准值偏差较大或者变化波动 较大时，提高采样频率记录波动过程，而当波动较小时，降低采样频率提高器 件使用时长。

附图说明

图1是本发明的传感器采样间隔模糊控制器的控制结构框图。

图2是本发明的传感器模糊采样住址软件界面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所描述的实施例是示例性的，仅用于解释 本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一、传感器采样间隔模糊控制器结构设计

控制器结构框图如图1所示，控制器设计采用Matlab，依据传感器与标准 值读数偏差和读数变化速度控制传感器的采样周期，系统至少具有两个输入信 号，分别是：

e(k)＝|n(k)-S| (1)

ec(k)＝n(k)-n(k-1) (2)

e(k)为传感器第k个时刻读数n(k)与标准值S的偏差绝对值，ec(k)是连 续两个采样周期的传感器读数之差，反映了传感器数值变化率。将e(k)、n(k) 可按照阈值设置为负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZO)、正小 (PS)、正中(PM)和正大(PB)共7个语言变量值，模糊子集为{NB， NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。模糊控制规则的基本思想：当传感器数值偏 差或者变化波动较大时，提高采样频率记录波动过程，而当实际值和波动较小 时，降低采样频率提高器件使用时长。因此按照表1模糊控制规则推理后的输 出模糊变量SL(K)的语言变量论域同样设为7个语言变量论域，也分为{NB， NM，NS，ZO，PS，PM，PB}七个档位，相应的实际输出量[1,7]，对应七档 采样间隔。

具体采样间隔为T(k)＝SL(k)*T_min，其中T_min为最短采样间隔。

表1模糊控制规则表

二、仿真软件设计

为了帮助用户验证传感器模糊采样的有效性，用户可从人机界面传感器最 大值(n_max)、最小值(n_min)、标准值(n_standard)、初始值(n(1))、样本数以模 拟不同类型传感器，输入e(k)、n(k)阈值用于设置输入量的模糊语言变量值， 参见图2。

设S_level为传感器数值变化速度，该值越大，粉尘浓度变化速度越快；粉尘 按照一定设定速度变化时，更新值为n(i)叠加一个符合均匀分布的随机值，A_level为该随机值的幅度参数，该值越大传感器数值变化幅度越大，样本数据总体可 表示为如下公式S1。

通过设置S_level与A_level的数值，可以确定样本的动态特性，二者越大代表传感器工作环境越复杂。

传感器按照表1设计的模糊控制器对样本进行模糊采样间隔的采样，其他 未被采样数据，采用线性插值的方法还原为每个时间单位传感器测量数据，按 照如下公式S2计算:

其中，n(k)为传感器第k次采样数据，T(k)为第k次模糊决策生成的采样间 隔，T_min为最短采样间隔，SV(j)为采样和拟合数据构成的完整测量数据，即实 际粉尘浓度n(j)对应的测量结果。

由上，每个测量结果的误差绝对值可表示为|n(j)-SV(j)|，而平均误差值 和最大误差值为如下公式S3、S4：

Er_max＝max(SV(j))；(j＝1...M)

通过仿真软件可以输出拟合波形用于与原均匀采样波形对比。可输出模糊 采样总数目，同时得到传感器寿命延长倍数(模糊采样总数/均匀采样总数)。 另外还能输出平均误差值和最大误差值。

输出的传感器寿命延长倍数、平均误差值和最大误差值可以反映模糊控制 器的性能，还能用于确定系统所需的最小采样间隔T_min。在保证读数精度的基 础上，延长传感器寿命。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修 饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (3)

1.一种传感器采样间隔模糊控制器，根据传感器与标准值读数偏差和读数变化速度控制传感器的采样周期，其特征在于，通过输入信号e(k)、ec(k)得出传感器的采样周期T(k)，e(k)为传感器第k个时刻读数n(k)与标准值S的偏差绝对值，ec(k)是连续两个采样周期的传感器读数之差；将e(k)、n(k)可按照阈值设置为NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB共七个语言变量值，输出模糊变量SL(K)符合下表:

采样周期符合：T(k)＝SL(k)*T_min，T_min为最短采样间隔。

2.一种传感器，其特征在于，根据权利要求1所述传感器采样间隔模糊控制器对样本进行模糊采样间隔的采样，采用系统仿真验证的样本数据总体表示如下：

3.根据权利要求2所述传感器，其特征在于，未被采样数据，采用线性插值的方法还原为每个时间单位传感器测量数据，按照如下公式S2计算:

其中，n(k)为传感器第k次采样数据，T(k)为第k次模糊决策生成的采样间隔，T_min为最短采样间隔，SV(j)为采样和拟合数据构成的完整测量数据。

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