基于模糊控制的遠程康復信息采集系統設計

　　誤差e、誤差變化量ec和控制量f的基本模糊子集為{NB(負大偏差)，NS(負小偏差)，0(零)，PS(正小偏差)，PB(正大偏差)}。在系統中，小車(chē)到目標距離誤差e的論域為E，小車(chē)到目標距離誤差變化率ec的論域為EC，輸出控制量f的論域為F。根據系統的實(shí)際狀況，將其大小量化為5個(gè)等級，分別為{-3，-1，0，+1，+3)，選擇如圖3所示的隸屬函數曲線(xiàn)，控制器可完成對輸入變量的模糊化。

　　模糊輸入變量再由模糊控制規則進(jìn)行推理決策，得到模糊輸出語(yǔ)言變量{NB(負大)，NS(負小)，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果也必須變換成實(shí)際的校正量，調節控制小車(chē)驅動(dòng)電機速度的脈沖頻率，完成對小車(chē)速度的控制。

　　為了簡(jiǎn)化編程，便于實(shí)時(shí)控制，本系統將控制規則表格化。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的選取對控制系統的動(dòng)態(tài)性能的影響很大。k1決定了系統的響應速度，k1越大系統的響應越快，但超調也越大，過(guò)渡時(shí)間就越長(cháng)。k2影響系統的超調，k2選取越大，系統的超調就會(huì )越小，但系統的響應時(shí)間就會(huì )越長(cháng)。k3為模糊控制器的總增益，選取過(guò)小會(huì )使系統的動(dòng)態(tài)響應過(guò)程變長(cháng)，而選擇過(guò)大會(huì )導致系統震蕩。

　　其他控制量的控制規則和上述小車(chē)驅動(dòng)電機速度的控制類(lèi)似。

　　3.2 信息采集控制系統的軟件設計

　　目前，模糊控制器構造有三種技術(shù)：采用傳統的單片機或微型機作為物理基礎，編制相應的軟件實(shí)現模糊推理和控制；用單片機或集成電路芯片構造模糊控制器，利用配置數據來(lái)確定模糊控制器的結構形式；采用可編程門(mén)陣列構造模糊控制器。由于遠程康復系統現場(chǎng)站點(diǎn)需要一臺微機作為接收遠方的控制命令和處理來(lái)自攝像機的圖像信息并通過(guò)Internet來(lái)傳送信息，所以為了充分利用和節省資源，我們采用微機作為物理基礎，編制相應的軟件實(shí)現模糊推理和控制。

　　模糊控制的上位機軟件設計主要就是模糊控制算法的設計和實(shí)現，同時(shí)也包括微機與單片機的串口通訊部分和與Internet接口部分的設計實(shí)現。其程序流程如圖4所示。

　　該部分主要實(shí)現對信息采集系統的模糊控制功能。系統運行前，該上位機程序首先要進(jìn)行初始化，設置串口，為系統正確運行做好準備。當遠程控制命令通過(guò)Internet傳送到現場(chǎng)站點(diǎn)的PC機，經(jīng)過(guò)模糊控制算法的處理，再經(jīng)串口將命令下達給單片機控制系統來(lái)執行。此控制過(guò)程不需要現場(chǎng)站點(diǎn)的人員來(lái)操作，完全采取遠程控制，這樣遠程專(zhuān)家就能很方便地根據需要控制信息采集系統的運行，同時(shí)也方便了現地醫師或病人家屬，減少了由于遠程專(zhuān)家和現地醫師或家屬的交流障礙而引起的操作錯誤。

　　4 結語(yǔ)

　　本系統利用模糊控制技術(shù)解決了對遠程康復信息采集系統的遠程智能控制，使位于遠方的康復專(zhuān)家和輔助設計師能夠通過(guò)Internet方便地遙控現地的信息采集系統以合適的方式和角度準確、實(shí)時(shí)地進(jìn)行數據信息的采集，供診斷和輔助產(chǎn)品設計之用。試驗證明，該控制系統達到了我們的設計要求，能夠遠程實(shí)時(shí)地進(jìn)行三維視覺(jué)信息的采集。