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。根據系統的實際狀況，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，經過模糊控制器推理的輸出結果也必須變換成實際的校正量，調節控制小車驅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，本系統將控制規則表格化。模糊控制器按表1所示的控制狀態表進行控制。

　　誤差E，誤差變化率EC的量化因子k1和k2的選取對控制系統的動態性能的影響很大。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，過渡時間就越長。k2影響系統的超調，k2選取越大，系統的超調就會越小，但系統的響應時間就會越長。k3為模糊控制器的總增益，選取過小會使系統的動態響應過程變長，而選擇過大會導致系統震蕩。

　　其他控制量的控制規則和上述小車驅動電機速度的控制類似。

　　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：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，利用配置數據來確定模糊控制器的結構形式；采用可編程門陣列構造模糊控制器。由于遠程康復系統現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省資源，我們采用微機作為物理基礎，編制相應的軟件實現模糊推理和控制。

　　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現，同時也包括微機與單片機的串口通訊部分和與Internet接口部分的設計實現。其程序流程如圖4所示。

　　該部分主要實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Internet傳送到現場站點的PC機，經過模糊控制算法的處理，再經串口將命令下達給單片機控制系統來執行。此控制過程不需要現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需要控制信息采集系統的運行，同時也方便了現地醫師或病人家屬，減少了由于遠程專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

　　本系統利用模糊控制技術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家和輔助設計師能夠通過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、實時地進行數據信息的采集，供診斷和輔助產品設計之用。試驗證明，該控制系統達到了我們的設計要求，能夠遠程實時地進行三維視覺信息的采集。