基于SM32 芯片的無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制

吳艷君

（菏澤學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，山東 菏澤 274015）

無(wú)線遙控系統(tǒng)的智能控制方法在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。很多國(guó)家的學(xué)者對(duì)遙控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了研究并取得了一定的成果。盡管許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，但無(wú)線遙控系統(tǒng)仍然存在數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性差、無(wú)功功率過(guò)高的問(wèn)題。因此，本文提出一種基于SM32芯片的無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制方法［1］。對(duì)無(wú)線遙控系統(tǒng)的智能控制是建立在控制算法基礎(chǔ)上的，采用模糊自適應(yīng)控制規(guī)律，進(jìn)行無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文構(gòu)建無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的約束特征量，進(jìn)行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果展示了該方法在提高無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制能力方面的優(yōu)越性。

1 被控對(duì)象模型及控制約束參量分析

1.1 控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控智能控制，需要進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)控制的模塊化設(shè)計(jì)。采用嵌入式構(gòu)造技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)，結(jié)合模糊信息采樣技術(shù)，建立無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架模型［2］。無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)主要有AD信息采集模塊、上電加載模塊、集成控制模塊和人機(jī)交互模塊等，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

采用模糊總線觸發(fā)的方法進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。首先進(jìn)行無(wú)線遙控控制的數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的軟件觸發(fā)設(shè)計(jì)［3-5］。無(wú)線遙控系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性特征集為O，在模糊坐標(biāo)系Ox3y3z3下，建立無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的穩(wěn)定性控制方程為

式中，dt、dy分別表示對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)t、y進(jìn)行微分；θ、ψV分別表示目標(biāo)位置和坐標(biāo)原點(diǎn)的連線與x軸、y軸的夾角；V表示Lyapunov函數(shù)。

在極坐標(biāo)系Ox1y1z1下，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的參數(shù)約束分析，構(gòu)建無(wú)線遙控系統(tǒng)的多參數(shù)約束模型以提高無(wú)線遙控的輸出穩(wěn)定性。

1.2 控制約束參量分析

采用SM32 芯片進(jìn)行無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)［6-7］。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件之前需要將系統(tǒng)操作與目標(biāo)動(dòng)作一一匹配，并依據(jù)模糊參考模型實(shí)現(xiàn)匹配特征檢測(cè)，結(jié)合無(wú)線遙控的輸出慣性特征參數(shù)進(jìn)行模糊控制，建立無(wú)線遙控的約束參數(shù)模型，表示為

其中，ω=2πf，將無(wú)線遙控系統(tǒng)的輸入飽和誤差視為不確定性，進(jìn)而對(duì)整個(gè)無(wú)線遙控系統(tǒng)進(jìn)行抗飽和補(bǔ)償，結(jié)合空間反饋均衡配置技術(shù)，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的輸出增益控制［8］，得到無(wú)線遙控系統(tǒng)的自動(dòng)控制增益為

結(jié)合誤差反饋調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的輸出誤差補(bǔ)償，采用模糊度尋優(yōu)方法，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的AD控制，所得AD增益為

利用空間均衡配置方法，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的濾波控制，所得輸出阻抗為

采用模糊參考模型進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制過(guò)程中的匹配特征檢測(cè)，建立無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)控制算法，提高控制輸出的穩(wěn)定性［9］。

2 智能控制算法優(yōu)化

2.1 無(wú)線遙控系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì)

采用自適應(yīng)遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì)，得到無(wú)線遙控系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定參數(shù)為x1=y,x2=,…,xn=y(n-1)，無(wú)線遙控系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特征輸出分量為

在限定初始狀態(tài)下，通過(guò)Lyapunov 穩(wěn)定性泛函技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直流控制，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)整流輸出設(shè)計(jì)［10-12］，所得無(wú)線遙控系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)為。構(gòu)建無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制優(yōu)化參數(shù)調(diào)節(jié)模型，在t=T時(shí)，無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的狀態(tài)特征量為

其中，X=、fx(X,t)、fθ(X,t)、gx(X,t)、gθ(X,t)可以確定無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的Termi‐nal 滑模面，在無(wú)線遙控系統(tǒng)的軸向進(jìn)行穩(wěn)定性控制，建立無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的模糊參數(shù)集［13-15］，得到無(wú)線遙控系統(tǒng)的模糊反饋調(diào)節(jié)模型，優(yōu)化的控制律為

式中，K為正整數(shù)，通過(guò)閉環(huán)增益調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制。

2.2 控制參數(shù)尋優(yōu)

通過(guò)模糊PID 控制和參數(shù)尋優(yōu)方法，進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)的控制參數(shù)尋優(yōu)，無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的漏磁系數(shù)為k1，自適應(yīng)補(bǔ)償系數(shù)為kβ，無(wú)線遙控系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩表示為

最終求得無(wú)線遙控系統(tǒng)的參數(shù)尋優(yōu)模型為

根據(jù)功耗分布，計(jì)算出無(wú)線遙控系統(tǒng)的傳輸效率為

進(jìn)行無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的誤差反饋調(diào)節(jié)，所得優(yōu)化參數(shù)結(jié)果為

假設(shè) ：pi(t):R+→R,pi(t)∈Cn[0,∞),…,pi(n)∈L∞。選取無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的反饋模型為

存在某個(gè)常數(shù)T>0，pi(t)表示無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制的優(yōu)化參數(shù)，采用參數(shù)模板匹配方法實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在嵌入式環(huán)境下，采用SM32 芯片實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；采用低功耗的S3C2440作為邏輯處理器，進(jìn)行無(wú)線遙控控制系統(tǒng)的輸出功率測(cè)試和自動(dòng)化控制；采用物聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)建技術(shù)，進(jìn)行智能無(wú)線遙控系統(tǒng)控制的信息采集和智能信息分析；采用ARM Cortex-M0 處理器進(jìn)行無(wú)線遙控控制系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，構(gòu)建時(shí)鐘電路和總線電路，進(jìn)行單片機(jī)輸出控制；設(shè)計(jì)人機(jī)交互和總線模塊，進(jìn)行無(wú)線遙控控制系統(tǒng)的輸出終端設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4 仿真測(cè)試分析

為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制方面的應(yīng)用性能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，設(shè)無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制輸出磁力矩系數(shù)為0.25 N·m/A，無(wú)線遙控控制的等效功率為12 kW，控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面

分析圖3 得知，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制。

4.1 輸出穩(wěn)定性對(duì)比

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，測(cè)得文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)、文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性，所得結(jié)果如圖4所示。

圖4 輸出穩(wěn)定性測(cè)試

分析圖4 得知，不同數(shù)據(jù)量下不同系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性不同。當(dāng)系統(tǒng)輸出傳輸量為200 GB 時(shí)，文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性為86%，文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性為87%，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性為98.2%。當(dāng)系統(tǒng)輸出傳輸量增加到900 GB時(shí)，文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性為66%，文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性為65%，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性高達(dá)92.5%。整體分析可知，隨著系統(tǒng)傳輸量的增加，其數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性下降，但設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性較好。

4.2 無(wú)功功率對(duì)比

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，計(jì)算文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)、文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)的無(wú)功功率，所得結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同系統(tǒng)控制的無(wú)功功率

分析圖5 可知，不同系統(tǒng)控制下無(wú)功功率不同，無(wú)功功率越小表明系統(tǒng)的控制效果越好。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為5 min 時(shí)，文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率為23 kVar，文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率為28 kVar，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率為5 kVar。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為35 min 時(shí)，文獻(xiàn)［4］系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率為28 kVar，文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率為28 kVar，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率僅為4 kVar。上述說(shuō)明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的控制效率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)無(wú)線遙控系統(tǒng)的智能控制過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)總體構(gòu)架模型，通過(guò)SM32 芯片設(shè)計(jì)無(wú)線遙控系統(tǒng)硬件，依據(jù)參數(shù)模板匹配方法實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制。為了驗(yàn)證系統(tǒng)控制效果，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。得到以下結(jié)論：

1）系統(tǒng)傳輸量增加，數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性下降，但本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性明顯高于其他系統(tǒng)，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性較好。當(dāng)傳輸量增加到900 GB 時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性高達(dá)92.5%。

2）本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)擁有較高的控制效率，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為35 min 時(shí)，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制下的無(wú)功功率僅為4 kVar。

綜上可知，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，在無(wú)線遙控系統(tǒng)智能控制中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。