本章敘述利用 MATLAB 建立一套以模糊理論(fuzzy)為基礎的模糊 溫度控制系統，透過電腦模擬探討控制器的效能。內容包括了模糊控制
5-1-2 模糊控制
圖5-1 模糊控制器的基本架構
一般而言，模糊控制器的原則設計步驟如下：
A. 定義輸入與輸出變數
決定受控系統有哪些操作狀況是必須被觀察量測的。並考慮哪些輸 出動作是必須要被控制的。由於模糊控制器的控制規則，受控規則通常 是操作人員所觀察到的輸出變化量與輸出量變化率所決定。因此，在模 糊控制器中，總是選取誤差以及誤差變化量，作為控制器的輸入變數，
並將控制量的變化作為控制器的輸出變化量。
B. 定義模糊集合之隸屬函數
按實際狀況考慮輸入和輸出變數的量測及操作範圍，以便決定出每 個變數的集合，也就是變數的操作範圍。然後安排每個變數的語言表示 事項以及相應的歸屬函數。在模糊控制器上架構中，常使用的歸屬函數
大致分為兩大類：
C. 決定控制規則表
通常可以由操作人員的專家經驗，轉化成語言式的控制規則。通常 控制規則是模糊控制器的核心，作為判斷輸出的依據。通常將代表控制 規則的模糊條件語句，簡寫成一個表格形式，稱為模糊控制規則表。
規則制定表示如下
:
其中， 和 為命題部的輸入變數；out 為推論部的輸出變數； 和 為模糊集合。將規則條件語句，歸納成模糊控制規則表，如表 5-1 所 示。
表 5-1 模糊控制規則表
D. 選擇解模糊化的方法
將控制規則的輸出量轉換成實際的明確值的工作，我們稱為解模糊 化，解模糊化的方法包括重心法(Center of Gravity)、面積法(Area)、高度 法(Height)以及最大值平均法(Midpoint of Maximum)等。本文是利用 MATLAB Toolbox 內建的 fuzzy control 工具箱，設定好模糊集合中輸入和 輸出的隸屬函數並執行，可經由程式直接解模糊化而求得輸出量的值。
系統介面如下圖5-4 所示。
圖 5-4 MATLAB 中 fuzzy 工具箱設定介面
5-2 溫度控制器設計
本研究溫度控制系統主要利用量測溫度與目標溫度的溫差值來調變 維持溫度，利用模糊理論設計出溫度模糊控制器，圖5-5為模糊控制方塊 圖，模糊控制器設計步驟如下：
A. 定義輸入與輸出變數歸屬函數：
本研究選用三角型來表示控制器的歸屬函數。溫度控制變數範圍設 定如下：輸入兩個控制元的隸屬函數，溫度差 {PB、PS、ZE、NS、NB}
和溫度差變化量 { PB、PS、ZE、NS、NB }，輸出強度 { PB、PM、
PS、ZE、NS、NM、NB }。其中，變數名稱和與語言變數分別為負大(NB)、
負中(NM) 、負小(NS) 、零(ZE) 、正大(PB) 、正中(PM) 、正小(PS)。
圖5-5 模糊控制器的隸屬函數設定
B. 建立模糊控制規則
5-3 溫度控制器控制結果
接近目標溫度前急遽下降輸出強度，如圖 5-8、5-9 所示。結果顯示兩個
Temperature (°C) te=150 sec
te=120 sec
圖5-8 在 20 s 內達到目標溫度的控制結果
44 Temperature variation
Time(sec)
44 Temperature variation
Time(sec)
Temperature(°C)
5-3-2 預定加熱溫度控制
圖5-11 在相同時間內達到目標溫度的輸出強度控制結果
圖5-12 血流變化量
wp variation
Time(sec) Blood Perfusion(kg/m3 /s)
圖 5-13 在不同血流灌注率達到目標溫度的溫度控制結果
44 Temperature variation
Time(sec)
140 Power variation
Time(sec) Intensity(W/cm2 )
第六章 結論與探討
6
-2 未來展望
本研究在多陣元聚焦超音波系統和溫度控制器的開發仍有許多可以 改善的項目，因此在未來希望能繼續研究並完善系統，大致方向有：
1. 換能器幾何元件重製。模擬結果顯示本研究的設定參數是可以成功 聚焦的，若能將陣元基座的誤差降低，勢必能達成幾何聚焦的目的。
2. 實驗驗證溫度控制器的模擬結果，系統架構如圖 6-1 所示。溫度控 制藉由改變輸入功率，進而去控制溫度。控制器以熱電偶(TC-08)進 行量測。熱電偶量測方式是以熱勢差轉換為電勢差，電訊號經數位 化後，輸入電腦進行分析。待測物放置於固定台上並藉由三軸平台 移動至換能器焦點上。量測過程中以金屬線插入待測物中並紀錄溫 度變化。
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