基于模糊控制的遠程康復(fù)信息采集系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)中，小車到目標距離誤差e的論域為E，小車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(jù)系統(tǒng)的實際狀況，將其大小量化為5個等級，分別為{-3，-1，0，+1，+3)，選擇如圖3所示的隸屬函數(shù)曲線，控制器可完成對輸入變量的模糊化。

　　模糊輸入變量再由模糊控制規(guī)則進行推理決策，得到模糊輸出語言變量{NB(負大)，NS(負小)，0(零)，PS(正小)，PB(正大)}。同樣道理，經(jīng)過模糊控制器推理的輸出結(jié)果也必須變換成實際的校正量，調(diào)節(jié)控制小車驅(qū)動電機速度的脈沖頻率，完成對小車速度的控制。

　　為了簡化編程，便于實時控制，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(tǒng)的動態(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，過渡時間就越長。k2影響系統(tǒng)的超調(diào)，k2選取越大，系統(tǒng)的超調(diào)就會越小，但系統(tǒng)的響應(yīng)時間就會越長。k3為模糊控制器的總增益，選取過小會使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程變長，而選擇過大會導(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)動電機速度的控制類似。

　　3.2 信息采集控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　目前，模糊控制器構(gòu)造有三種技術(shù)：采用傳統(tǒng)的單片機或微型機作為物理基礎(chǔ)，編制相應(yīng)的軟件實現(xiàn)模糊推理和控制；用單片機或集成電路芯片構(gòu)造模糊控制器，利用配置數(shù)據(jù)來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。由于遠程康復(fù)系統(tǒng)現(xiàn)場站點需要一臺微機作為接收遠方的控制命令和處理來自攝像機的圖像信息并通過Internet來傳送信息，所以為了充分利用和節(jié)省資源，我們采用微機作為物理基礎(chǔ)，編制相應(yīng)的軟件實現(xiàn)模糊推理和控制。

　　模糊控制的上位機軟件設(shè)計主要就是模糊控制算法的設(shè)計和實現(xiàn)，同時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(shè)計實現(xiàn)。其程序流程如圖4所示。

　　該部分主要實現(xiàn)對信息采集系統(tǒng)的模糊控制功能。系統(tǒng)運行前，該上位機程序首先要進行初始化，設(shè)置串口，為系統(tǒng)正確運行做好準備。當遠程控制命令通過Internet傳送到現(xiàn)場站點的PC機，經(jīng)過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(tǒng)來執(zhí)行。此控制過程不需要現(xiàn)場站點的人員來操作，完全采取遠程控制，這樣遠程專家就能很方便地根據(jù)需要控制信息采集系統(tǒng)的運行，同時也方便了現(xiàn)地醫(yī)師或病人家屬，減少了由于遠程專家和現(xiàn)地醫(yī)師或家屬的交流障礙而引起的操作錯誤。

　　4 結(jié)語

　　本系統(tǒng)利用模糊控制技術(shù)解決了對遠程康復(fù)信息采集系統(tǒng)的遠程智能控制，使位于遠方的康復(fù)專家和輔助設(shè)計師能夠通過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確、實時地進行數(shù)據(jù)信息的采集，供診斷和輔助產(chǎn)品設(shè)計之用。試驗證明，該控制系統(tǒng)達到了我們的設(shè)計要求，能夠遠程實時地進行三維視覺信息的采集。