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基于模糊控制的远程康复信息采集系统设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-24 14:29:11




  对每一次采样得到的误差e和误差变化率ec进行量程转换,即乘以比例因子k1和k2,然后进行量化,将输入的物理信号值转换为输入论域上的点,就可以通过查询控制作用表得到输出控制量。它是输出论域上的点,再乘以比例因子k3进行量程转换,就得到所需要的控制脉冲频率值f。控制作用表是输入论域上的点到输出论域上的对应关系。它已经是经过了模糊化、模糊推理和解模糊的过程,可以离线计算得到。查表法结构简单,实施方便,资源开销少,在线运行速度快。

  误差e、误差变化量ec和控制量f的基本模糊子集为{NB(负大偏差),NS(负小偏差),0(零),PS(正小偏差),PB(正大偏差)}。在系统中,小车到目标距离误差e的论域为E,小车到目标距离误差变化率ec的论域为EC,输出控制量f的论域为F。根据系统的实际状况,将其大小量化为5个等级,分别为{-3,-1,0,+1,+3),选择如图3所示的隶属函数曲线,控制器可完成对输入变量的模糊化。

隶属函数曲线


  模糊输入变量再由模糊控制规则进行推理决策,得到模糊输出语言变量{NB(负大),NS(负小),0(零),PS(正小),PB(正大)}。同样道理,经过模糊控制器推理的输出结果也必须变换成实际的校正量,调节控制小车驱动电机速度的脉冲频率,完成对小车速度的控制。

  为了简化编程,便于实时控制,本系统将控制规则表格化。模糊控制器按表1所示的控制状态表进行控制。

模糊控制器按表1所示的控制状态表进行控制
 

  误差E,误差变化率EC的量化因子k1和k2的选取对控制系统的动态性能的影响很大。k1决定了系统的响应速度,k1越大系统的响应越快,但超调也越大,过渡时间就越长。k2影响系统的超调,k2选取越大,系统的超调就会越小,但系统的响应时间就会越长。k3为模糊控制器的总增益,选取过小会使系统的动态响应过程变长,而选择过大会导致系统震荡。

  其他控制量的控制规则和上述小车驱动电机速度的控制类似。

  3.2 信息采集控制系统的软件设计

  目前,模糊控制器构造有三种技术:采用传统的单片机或微型机作为物理基础,编制相应的软件实现模糊推理和控制;用单片机或集成电路芯片构造模糊控制器,利用配置数据来确定模糊控制器的结构形式;采用可编程门阵列构造模糊控制器。由于远程康复系统现场站点需要一台微机作为接收远方的控制命令和处理来自摄像机的图像信息并通过Internet来传送信息,所以为了充分利用和节省资源,我们采用微机作为物理基础,编制相应的软件实现模糊推理和控制。

  模糊控制的上位机软件设计主要就是模糊控制算法的设计和实现,同时也包括微机与单片机的串口通讯部分和与Internet接口部分的设计实现。其程序流程如图4所示。

程序流程图


  该部分主要实现对信息采集系统的模糊控制功能。系统运行前,该上位机程序首先要进行初始化,设置串口,为系统正确运行做好准备。当远程控制命令通过Internet传送到现场站点的PC机,经过模糊控制算法的处理,再经串口将命令下达给单片机控制系统来执行。此控制过程不需要现场站点的人员来操作,完全采取远程控制,这样远程专家就能很方便地根据需要控制信息采集系统的运行,同时也方便了现地医师或病人家属,减少了由于远程专家和现地医师或家属的交流障碍而引起的操作错误。

  4 结语

  本系统利用模糊控制技术解决了对远程康复信息采集系统的远程智能控制,使位于远方的康复专家和辅助设计师能够通过Internet方便地遥控现地的信息采集系统以合适的方式和角度准确、实时地进行数据信息的采集,供诊断和辅助产品设计之用。试验证明,该控制系统达到了我们的设计要求,能够远程实时地进行三维视觉信息的采集。

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