基于模糊控制的遠(yuǎn)程康復(fù)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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對(duì)每一次采樣得到的誤差e和誤差變化率ec進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換，即乘以比例因子k1和k2，然后進(jìn)行量化，將輸入的物理信號(hào)值轉(zhuǎn)換為輸入論域上的點(diǎn)，就可以通過(guò)查詢控制作用表得到輸出控制量。它是輸出論域上的點(diǎn)，再乘以比例因子k3進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換，就得到所需要的控制脈沖頻率值f?？刂谱饔帽硎禽斎胝撚蛏系狞c(diǎn)到輸出論域上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。它已經(jīng)是經(jīng)過(guò)了模糊化、模糊推理和解模糊的過(guò)程，可以離線計(jì)算得到。查表法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，資源開(kāi)銷少，在線運(yùn)行速度快。 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195898.htm
誤差e、誤差變化量ec和控制量f的基本模糊子集為{NB(負(fù)大偏差)，NS(負(fù)小偏差)，0(零)，PS(正小偏差)，PB(正大偏差)}。在系統(tǒng)中，小車到目標(biāo)距離誤差e的論域?yàn)镋，小車到目標(biāo)距離誤差變化率ec的論域?yàn)镋C，輸出控制量f的論域?yàn)镕。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際狀況，將其大小量化為5個(gè)等級(jí)，分別為{-3，-1，0，+1，+3)，選擇如圖3所示的隸屬函數(shù)曲線，控制器可完成對(duì)輸入變量的模糊化。
模糊輸入變量再由模糊控制規(guī)則進(jìn)行推理決策，得到模糊輸出語(yǔ)言變量{NB(負(fù)大)，NS(負(fù)小)，0(零)，PS(正小)，PB(正大)}。同樣道理，經(jīng)過(guò)模糊控制器推理的輸出結(jié)果也必須變換成實(shí)際的校正量，調(diào)節(jié)控制小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度的脈沖頻率，完成對(duì)小車速度的控制。
為了簡(jiǎn)化編程，便于實(shí)時(shí)控制，本系統(tǒng)將控制規(guī)則表格化。模糊控制器按表1所示的控制狀態(tài)表進(jìn)行控制。
誤差E，誤差變化率EC的量化因子k1和k2的選取對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的影響很大。k1決定了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，k1越大系統(tǒng)的響應(yīng)越快，但超調(diào)也越大，過(guò)渡時(shí)間就越長(zhǎng)。k2影響系統(tǒng)的超調(diào)，k2選取越大，系統(tǒng)的超調(diào)就會(huì)越小，但系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)。k3為模糊控制器的總增益，選取過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程變長(zhǎng)，而選擇過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。
其他控制量的控制規(guī)則和上述小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度的控制類似。
3.2 信息采集控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
目前，模糊控制器構(gòu)造有三種技術(shù)：采用傳統(tǒng)的單片機(jī)或微型機(jī)作為物理基礎(chǔ)，編制相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)模糊推理和控制；用單片機(jī)或集成電路芯片構(gòu)造模糊控制器，利用配置數(shù)據(jù)來(lái)確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式；采用可編程門陣列構(gòu)造模糊控制器。由于遠(yuǎn)程康復(fù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)需要一臺(tái)微機(jī)作為接收遠(yuǎn)方的控制命令和處理來(lái)自攝像機(jī)的圖像信息并通過(guò)Internet來(lái)傳送信息，所以為了充分利用和節(jié)省資源，我們采用微機(jī)作為物理基礎(chǔ)，編制相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)模糊推理和控制。
模糊控制的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要就是模糊控制算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也包括微機(jī)與單片機(jī)的串口通訊部分和與Internet接口部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。其程序流程如圖4所示。
該部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信息采集系統(tǒng)的模糊控制功能。系統(tǒng)運(yùn)行前，該上位機(jī)程序首先要進(jìn)行初始化，設(shè)置串口，為系統(tǒng)正確運(yùn)行做好準(zhǔn)備。當(dāng)遠(yuǎn)程控制命令通過(guò)Internet傳送到現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的PC機(jī)，經(jīng)過(guò)模糊控制算法的處理，再經(jīng)串口將命令下達(dá)給單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。此控制過(guò)程不需要現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的人員來(lái)操作，完全采取遠(yuǎn)程控制，這樣遠(yuǎn)程專家就能很方便地根據(jù)需要控制信息采集系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)也方便了現(xiàn)地醫(yī)師或病人家屬，減少了由于遠(yuǎn)程專家和現(xiàn)地醫(yī)師或家屬的交流障礙而引起的操作錯(cuò)誤。
4 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)利用模糊控制技術(shù)解決了對(duì)遠(yuǎn)程康復(fù)信息采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能控制，使位于遠(yuǎn)方的康復(fù)專家和輔助設(shè)計(jì)師能夠通過(guò)Internet方便地遙控現(xiàn)地的信息采集系統(tǒng)以合適的方式和角度準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集，供診斷和輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)之用。試驗(yàn)證明，該控制系統(tǒng)達(dá)到了我們的設(shè)計(jì)要求，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)地進(jìn)行三維視覺(jué)信息的采集。
評(píng)論