基于ARM的室內溫度控制系統的設計方案

2 自適應模糊控制器設計

因為室內溫度系統是一個大純滯后系統，無法建立精確的數學模型，所以本系統采用模糊控制技術對室內溫度進行控制，以提高室內溫度的控制精度。對于室內溫度系統來說，隨著室外溫度及暖氣溫度的變化，原來完善的模糊控制規則可能會不適合變化后的新環境，從而導致控制效果不佳。因此，本設計采用了自適應模糊控制系統，以適應不斷變化的環境。自適應模糊控制系統結構如圖2 所示。

圖2 自適應模糊控制系統

自適應模糊控制系統可以連續和自動地測量被控對象的動態特性并把它們與理想模型的動態特性相比較，再用兩者之差去改變比例因子、模糊控制規則等可調參數，以使系統具有優化的性能。本系統采用動態改變相關比例因子的方式來實現模糊控制系統的自我調整。如圖2 所示，為了降低模糊控制器的復雜度，減小計算量，系統采用二輸入單輸出模型。系統設定溫度值T0與當前室內溫度值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。系統根據e、ec 的變化并參考T1、T2 的值進行綜合分析，性能辨識，然后動態的調整比例因子ke 與kec,從而實現模糊控制系統的自我調整，以適應不斷變化的環境。

圖3 自適應模糊控制系統仿真波形圖

根據專家知識和實際測試，選擇合適的論域、隸屬度函數及相關比例因子，建立合理的模糊控制規則，在Matlab7.1 中的Simulink 下建立系統仿真模型。

系統設定溫度為24℃，輸出波形如圖3 所示，超調量不超過0.5℃，在室內暖氣大純滯后環境下，控制品質已相當優良。實際測試表明，系統具有很好的控制效果及很強的魯棒性。

3 系統軟件設

系統軟件部分的設計主要是基于ARM-Linux,與其他嵌入式操作系統相比，Linux 操作系統具有完整的TCP/IP 協議，良好的穩定性和實時性，很好的滿足了智能控制系統對系統可靠性的要求;此外，Linux 易于移植裁減、內核小、效率高、源代碼開放并有眾多的開發者，為系統的開發提供了良好的技術支持。

系統開發首先建立交叉編譯環境，然后引導bootloader,移植操作系統，裝載文件系統，開發圖形界面，最后編寫應用程序。本系統采用Linux2.6內核，其具有強大的進程、中斷、內存和設備管理功能，支持各種文件系統。系統采用了基于QT/E 的圖形用戶界面，Q/E 延續了Qt 在桌面系統的所有功能，豐富的API 接口和基于組件的編程模型使得嵌入式Linux 系統中的應用程序開發更加便捷。