基于ARM的室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2 自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計(jì)

因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/室內(nèi)">室內(nèi)溫度系統(tǒng)是一個(gè)大純滯后系統(tǒng)，無(wú)法建立精確的數(shù)學(xué)模型，所以本系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行控制，以提高室內(nèi)溫度的控制精度。對(duì)于室內(nèi)溫度系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，隨著室外溫度及暖氣溫度的變化，原來(lái)完善的模糊控制規(guī)則可能會(huì)不適合變化后的新環(huán)境，從而導(dǎo)致控制效果不佳。因此，本設(shè)計(jì)采用了自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)

自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)可以連續(xù)和自動(dòng)地測(cè)量被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性并把它們與理想模型的動(dòng)態(tài)特性相比較，再用兩者之差去改變比例因子、模糊控制規(guī)則等可調(diào)參數(shù)，以使系統(tǒng)具有優(yōu)化的性能。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)改變相關(guān)比例因子的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的自我調(diào)整。如圖2 所示，為了降低模糊控制器的復(fù)雜度，減小計(jì)算量，系統(tǒng)采用二輸入單輸出模型。系統(tǒng)設(shè)定溫度值T0與當(dāng)前室內(nèi)溫度值T 的偏差e 和偏差率ec 為輸入變量，控制量u 為輸出變量。室外溫度值T1 與暖氣溫度值T2 為系統(tǒng)參考量。e= T0-T,ec=de/dt.ke 和kec 分別為溫度偏差和偏差變化率比例因子，ku 為控制量比例因子。系統(tǒng)根據(jù)e、ec 的變化并參考T1、T2 的值進(jìn)行綜合分析，性能辨識(shí)，然后動(dòng)態(tài)的調(diào)整比例因子ke 與kec,從而實(shí)現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的自我調(diào)整，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。

圖3 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)仿真波形圖

根據(jù)專(zhuān)家知識(shí)和實(shí)際測(cè)試，選擇合適的論域、隸屬度函數(shù)及相關(guān)比例因子，建立合理的模糊控制規(guī)則，在Matlab7.1 中的Simulink 下建立系統(tǒng)仿真模型。

系統(tǒng)設(shè)定溫度為24℃，輸出波形如圖3 所示，超調(diào)量不超過(guò)0.5℃，在室內(nèi)暖氣大純滯后環(huán)境下，控制品質(zhì)已相當(dāng)優(yōu)良。實(shí)際測(cè)試表明，系統(tǒng)具有很好的控制效果及很強(qiáng)的魯棒性。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)

系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)主要是基于ARM-Linux,與其他嵌入式操作系統(tǒng)相比，Linux 操作系統(tǒng)具有完整的TCP/IP 協(xié)議，良好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，很好的滿(mǎn)足了智能控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求;此外，Linux 易于移植裁減、內(nèi)核小、效率高、源代碼開(kāi)放并有眾多的開(kāi)發(fā)者，為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了良好的技術(shù)支持。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)首先建立交叉編譯環(huán)境，然后引導(dǎo)bootloader,移植操作系統(tǒng)，裝載文件系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)圖形界面，最后編寫(xiě)應(yīng)用程序。本系統(tǒng)采用Linux2.6內(nèi)核，其具有強(qiáng)大的進(jìn)程、中斷、內(nèi)存和設(shè)備管理功能，支持各種文件系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了基于QT/E 的圖形用戶(hù)界面，Q/E 延續(xù)了Qt 在桌面系統(tǒng)的所有功能，豐富的API 接口和基于組件的編程模型使得嵌入式Linux 系統(tǒng)中的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)更加便捷。