基于ARM的室內溫度控制系統的設計方案

2 自適應模糊控制器設計

因為室內溫度系統是一個大純滯后系統，無法建立精確的數學模型，所以本系統采用模糊控制技術對室內溫度進行控制，以提高室內溫度的控制精度。對于室內溫度系統來說，隨著室外溫度及暖氣溫度的變化，原來完善的模糊控制規(guī)則可能會不適合變化后的新環(huán)境，從而導致控制效果不佳。因此，本設計采用了自適應模糊控制系統，以適應不斷變化的環(huán)境。自適應模糊控制系統結構如圖2 所示。

圖2 自適應模糊控制系統

自適應模糊控制系統可以連續(xù)和自動地測量被控對象的動態(tài)特性并把它們與理想模型的動態(tài)特性相比較，再用兩者之差去改變比例因子、模糊控制規(guī)則等可調參數，以使系統具有優(yōu)化的性能。本系統采用動態(tài)改變相關比例因子的方式來實現模糊控制系統的自我調整。如圖2 所示，為了降低模糊控制器的復雜度，減小計算量，系統采用二輸入單輸出模型。系統設定溫度值T0與當前室內溫度值T 的偏差e 和偏差率ec 為輸入變量，控制量u 為輸出變量。室外溫度值T1 與暖氣溫度值T2 為系統參考量。e= T0-T,ec=de/dt.ke 和kec 分別為溫度偏差和偏差變化率比例因子，ku 為控制量比例因子。系統根據e、ec 的變化并參考T1、T2 的值進行綜合分析，性能辨識，然后動態(tài)的調整比例因子ke 與kec,從而實現模糊控制系統的自我調整，以適應不斷變化的環(huán)境。

圖3 自適應模糊控制系統仿真波形圖

根據專家知識和實際測試，選擇合適的論域、隸屬度函數及相關比例因子，建立合理的模糊控制規(guī)則，在Matlab7.1 中的Simulink 下建立系統仿真模型。

系統設定溫度為24℃，輸出波形如圖3 所示，超調量不超過0.5℃，在室內暖氣大純滯后環(huán)境下，控制品質已相當優(yōu)良。實際測試表明，系統具有很好的控制效果及很強的魯棒性。

3 系統軟件設

系統軟件部分的設計主要是基于ARM-Linux,與其他嵌入式操作系統相比，Linux 操作系統具有完整的TCP/IP 協議，良好的穩(wěn)定性和實時性，很好的滿足了智能控制系統對系統可靠性的要求;此外，Linux 易于移植裁減、內核小、效率高、源代碼開放并有眾多的開發(fā)者，為系統的開發(fā)提供了良好的技術支持。

系統開發(fā)首先建立交叉編譯環(huán)境，然后引導bootloader,移植操作系統，裝載文件系統，開發(fā)圖形界面，最后編寫應用程序。本系統采用Linux2.6內核，其具有強大的進程、中斷、內存和設備管理功能，支持各種文件系統。系統采用了基于QT/E 的圖形用戶界面，Q/E 延續(xù)了Qt 在桌面系統的所有功能，豐富的API 接口和基于組件的編程模型使得嵌入式Linux 系統中的應用程序開發(fā)更加便捷。