專利名稱：嵌入式攝像整緯智能控制方法及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像處理和自動控制技術領域，具體指一種嵌入式攝像整緯智能控制方法及其控制裝置。
背景技術：
織物染整工藝過程中，由于機械及操作上的原因，會使緯紗發(fā)生歪斜，彎曲現(xiàn)象，必須依靠整緯設備來糾正織物在運轉過程中出現(xiàn)的緯斜、緯彎及“S”型緯彎等緯紗位移現(xiàn)象，以提產品質量。其主要作用機理在于，在布料緯線的兩端施加兩個持續(xù)的拉力，并保持兩個力相互獨立，與布料的行走方向成直角，就能矯正布料的各種緯斜，這是因為布料被施予一定張力后，緯線為達到最短距離，必將拉直所有緯斜，因此也就實現(xiàn)了整緯的目的。因此說，整緯是紡織品后整理工藝過程中極為重要的一道工序。
整緯儀的控制精度受到檢測精度、執(zhí)行機構動作精度、控制算法等多種因素的影響。用于整緯儀的控制器的設計是最為關鍵，也是最難處理的環(huán)節(jié)之一。因為織物的品種、編織方法、濕度都會直接影響到織物的張力，無法建立明確的數學模型，就會使得控制效果產生不確定性。
基于Tagagi和Sugeno的確定性模糊模型，提出的一種參數自適應模糊PID控制器，其參數調整采用確定性模糊調整規(guī)則，從而使控制器的設計簡單、容易。在紡織等領域工程上，PID控制至今仍然是應用最廣泛的控制規(guī)律，這是因為PID控制器結構簡單，能滿足大量工業(yè)過程的控制要求，特別是PID控制的強魯棒性使之能較好地適應過程工況的大范圍變動。然而，實踐表明，采用PID控制方法的傳統(tǒng)整緯儀，僅適用于某一特定種類的織物，所能控制的織物種類單一，例如張力大小、面料濕度等參數相近的織物，而無法適應處理多品種織物的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式攝像整緯智能控制方法及其控制裝置，利用CCD攝像機采集當前織物的緯斜參數，采用基于免疫模糊控制算法的嵌入式控制器對布料的緯斜程度及時做出糾正，從而使織物染整工藝過程的質量得到有效地控制。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案嵌入式攝像整緯智能控制方法，其實質性特點在于，它包括1)采用ARM嵌入式控制芯片及DSP控制芯片分別作為主、從控制器；2)利用CCD攝像機作為緯斜信號傳感器，并采用圖像處理方法進行緯斜計算分析；3)采用具備學習、記憶和自適應能力的免疫模糊智能控制方法。
上述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其中，所述嵌入式控制器的工作步驟為1)采用分辨率大于或等于512×512黑白/彩色CCD傳感器，保證達到0.15度的理論緯斜檢測精度；2)每個CCD傳感器采用單獨的DSP控制器進行并行緯斜計算，在整機車速為0～120米/分鐘時具有足夠高的檢測速度；3)各DSP控制器單獨對緯斜信號進行初步分析，采用32位ARM控制器為主控制芯片，進行數據融合以及同步控制；4)多種控制模式選擇，可進行靜態(tài)、動態(tài)、離線狀態(tài)下的緯斜檢測，減少進布浪費；5)雙并行免疫模糊智能整緯控制器，具有自學習，推理能力；6)工業(yè)以太網接口，實現(xiàn)多整機的數據同步，遠程參數設定功能；7)使用WinCE操作系統(tǒng)，并采用觸摸屏實現(xiàn)圖形化用戶控制界面。
上述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其中，所述圖像處理方法的緯斜檢測步驟為1)采用紅外光源作為CCD傳感器光源，減少織物紋理產生的噪聲信號；2)進行二維快速傅立葉變換(FFT)，得到功率譜灰度圖像；3)將所得的功率譜灰度圖像轉換為功率譜二值圖像；4)對功率譜二值圖像建立坐標關系，運用統(tǒng)計方法得到圖像紋理的方向系數。
上述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其中，所述免疫模糊智能控制方法的步驟為1)采用一種參數可調節(jié)的增量式數字PID控制器，其形式為Δu(k)＝Kp[(E(k)-E(k-1)]+KiE(k)+Kd[ΔE(k)-ΔE(k-1)]式中Kp，Ki，Kd分別表示比例、積分、微分作用參數；2)免疫模糊推理系統(tǒng)a)根據免疫機理，將第k代B細胞濃度表示為B(k)＝TH(k)-TS(k)其中，TH(k)＝k1ε(k)TS(k)＝k2f[ΔB(k-d)]·ε(k)式中，ε(k)為第k代抗原濃度；ΔB(k)為B細胞的濃度變化；f(·)為一非線性函數，可將上式看作u(k)＝k1e(k)-k2f[Δu(k)]·e(k)＝k1{1-μ·f[Δu(k)]}e(k)式中，k1{1-μ·f{Δu(k)]}可看作可變比例增益系數 b)設定模糊推理機的輸入變量為E和ΔE的論域范圍，將PID參數歸一化為
之間的參數K′p，K′i，K′d，并設定輸出量K′p，K′i，K′d的模糊子集；則PID控制器實際參數可看作Kp=Kp‾·Kp′,Ki=Kp‾·Ki′·Ti,Kd=Kp‾·Kd′/Td;]]>隸屬度函數均采用三角形函數，并采用不規(guī)則劃分，在零點位置有較高的精度；將本模糊控制器設計為采用單變量的二維形式，控制規(guī)則使用條件語句形式可表示為if E＝Aiand ΔE＝Bithen K＝Ci，i＝1，2，3，…，n其中，Ai，Bi，Ci是E，ΔE，PID控制參數在各自論域上的模糊集；模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理算法，采用取小運算規(guī)則定義模糊關系，解模糊采用重心解模糊器進行求解。
采用上述的嵌入式攝像整緯智能控制方法的控制裝置，其構成包括硬件部分、軟件部分；所述的硬件部分包括主機、從機、外圍接口；其中，
主機的CPU采用32位，主頻70MHZ，ARM7系列芯片；采用SDRAM和FLASH閃存分別作為計算機內存儲器和存儲操作系統(tǒng)、應用軟件及控制記憶體庫文件；采用外界提供電源方式；從機的CPU采用16位，主頻300MHZ，DSP處理器；采用面陣CCD傳感器作為主要數據源；采用外部提供電源方式；外圍接口包括數據通訊接口提供標準的USB、VGA、RJ45、RS232、RS485及電源接口；模擬信號接口提供4～20mA電流輸入/輸出、1～5V DC電壓輸入/輸出；所述的硬件部分還包括圖像處理模塊、輸入信號預處理模塊、控制算法模塊、輸出接口及通訊接口；其中，所述的圖像處理模塊包括CCD傳感器(組)和圖像識別傳輸處理器(組)；所述的控制算法模塊包括輔助PID算法和免疫模糊控制算法。
所述的軟件部分包括操作系統(tǒng)、通訊軟件、WEB遠程訪問軟件及輸入/輸出接口軟件；其中，操作系統(tǒng)，采用具有與Windows應用程序兼容的嵌入式操作系統(tǒng)一Win CE；通訊軟件，采用提供TCP/IP協(xié)議、RS232或485協(xié)議的支持軟件；WEB遠程訪問軟件，用于完成遠程訪問、通訊、操作功能；輸入/輸出接口軟件，用于完成模擬信號或數字信號的輸入/輸出。
由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果由于本發(fā)明采用一種嵌入式攝像整緯智能控制方法以及包含了硬件、軟件部分的控制裝置，利用CCD攝像機取代傳統(tǒng)光電式整緯機的光電探頭得到織物的緯斜參數，基于免疫模糊智能推理原理設計的具備學習、記憶和自適應能力、控制參數在線自適應調節(jié)和支持遠程訪問等特點的新型嵌入式智能控制器(EIC)，它包括圖像處理模塊、輸入信號預處理模塊、控制算法模塊、輸出接口及通訊接口等，其中，嵌入式智能控制器采用32位ARM芯片為主控制器配合多個基于DSP的從控制器實現(xiàn)多CCD傳感器陣列的控制；CCD攝像頭取代傳統(tǒng)光電式整緯，有更好的布種適應性，更高的檢測精度，并能夠實現(xiàn)停機緯線檢測，大大減少浪費；控制算法模塊由參數可調的PID控制器和免疫模糊推理系統(tǒng)組成。當控制偏差第一次出現(xiàn)時，EIC根據控制偏差的特征進行學習推理，并存儲相應的控制記憶體及其參數；當控制偏差再次出現(xiàn)時，其根據已有控制記憶體及當前控制偏差的特性，進行再次推理；實現(xiàn)控制偏差在線整定。如此循往復環(huán)實現(xiàn)智能控制。
利用CCD攝像機采集當前織物的緯斜參數，采用基于免疫模糊控制算法的嵌入式控制器對布料的緯斜程度及時做出糾正，與采用PID控制方法的傳統(tǒng)整緯儀相比，可滿足多品種織物染整工藝的需求。從而使織物染整工藝過程的質量得到有效地控制。


通過以下實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點。附圖中，圖1為本發(fā)明嵌入式攝像整緯智能控制方法的工作流程圖；圖2為免疫模糊智能控制原理圖；圖3為本發(fā)明的免疫模糊智能控制系統(tǒng)框圖；圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)的原理框圖；圖5、6為本發(fā)明控制裝置的硬件原理框圖；圖7為本發(fā)明仿真效果圖(免疫模糊控制器與傳統(tǒng)PID控制器的比較圖)；其中，a.為在符合織物參數時的控制效果比較圖；b.為在織物參數變化后的控制效果比較圖。
圖中1.圖像處理模塊；2.輸入信號預處理模塊；3.輔助PID算法；4.控制算法模塊；5.免疫模糊控制算法；6.輸出接口；7.CCD傳感器(組)；8.圖像識別傳輸處理器(組)；9.通訊接口；10.CPU；11.SDRAM存儲器；12.FLASH閃存。
具體實施例方式
參見圖1，配合參見圖3，本發(fā)明嵌入式攝像整緯智能控制方法，主要包括1)采用ARM嵌入式控制芯片及DSP控制芯片分別作為主、從控制器；2)利用CCD攝像機作為緯斜信號傳感器，并采用圖像處理方法進行緯斜計算分析；3)采用具備學習、記憶和自適應能力的免疫模糊智能控制方法。
上述嵌入式控制器的工作步驟為1)采用分辨率大于或等于512×512黑白/彩色CCD傳感器，保證達到0.15度的理論緯斜檢測精度；2)每個CCD傳感器采用單獨的DSP控制器進行并行緯斜計算，在整機車速為0～120米/分鐘時具有足夠高的檢測速度；3)各DSP控制器單獨對緯斜信號進行初步分析，采用32位ARM控制器為主控制芯片，進行數據融合以及同步控制；4)多種控制模式選擇，可進行靜態(tài)、動態(tài)、離線狀態(tài)下的緯斜檢測，減少進布浪費；5)雙并行免疫模糊智能整緯控制器，具有自學習，推理能力；6)工業(yè)以太網接口，實現(xiàn)多整機的數據同步，遠程參數設定功能；7)使用WinCE操作系統(tǒng)，并采用觸摸屏實現(xiàn)圖形化用戶控制界面。
本發(fā)明基于圖像處理的緯斜檢測的工作原理如下在此，將未發(fā)生緯斜的織物定義為零緯斜織物，其緯斜特征值定義為標準特征值，作為進一步計算織物緯斜量的基準值。每幅織物圖像都有其緯斜特征值，與同類織物的標準特征值比較可得到其緯斜參數，作為整緯器自動控制的參數，以便對布料的緯斜程度及時做出糾正。據此，本發(fā)明提供一種基于CCD攝像檢測的智能整緯控制方法及其控制裝置。
同時，本發(fā)明基于以下認識傅氏變換功率譜二值圖像仍滿足傅氏變換幅度譜的自配準性質，原織物圖像的紋理方向特征仍在功率譜二值圖像的中心垂直于原線條方向的位置疊加。以該中心為原點建立極坐標系，將每個角度上的像素點的灰度值疊加，可以反映原織物在該角度的垂直方向的紋理特性。
綜上所述，本發(fā)明的面向攝像整緯器的織物紋理圖像識別方法，包括下列步驟1.計算當前織物圖像的方向特征值a.采用CCD攝像頭采集移動中織物的圖像，進行快速傅立葉變換(FFT)，得到功率譜灰度圖像，其進程包括1)取像素為2X×2X的正方形圖像轉換成為灰度圖像，其中X＝1，2，3，L；2)對上述灰度圖像進行二維FFT變換；3)對二維FFT變換結果進行模運算，得到功率譜灰度圖像。
b.將功率譜灰度圖像轉換成為功率譜二值圖像，系對取得的功率譜灰度圖像中最亮的N個點，設其值為1，其它點的值均設為0。其中，N=2×22x+2,]]>c.在功率譜二值圖像中建立坐標系，運用統(tǒng)計方法得到圖像紋理的方向系數，其進程包括1)以功率譜二值圖像中心點為圓點，分別建立直角坐標系和極坐標系；2)設圖像中位置為(x，y)的點對應的極坐標為(lcosθ，lsinθ)，則該點到原點的絕對距離為l(x，y)，其灰度值為G(x，y)；3)設直線k(θ)為過原點與x軸正軸逆時針成θ角，定義L(θ)為圖像上所有在直線k(θ)上的點的絕對距離二值和，如附圖2(d)，則L(θ)=Σ(xi,yi)∈k(θ)li(xi,yi)×Gi(xi,yi)]]>4)在θ∈(θ0-π2,θ0+π2]]]>的范圍內搜索L(θ)在π周期內的雙峰的極大值Lp，對應的θ值為織物圖像的方向特征值，記為θp，這里，θ0為未旋轉織物圖像的方向特征值，在雙峰中任取。
L(θ)在π周期內的雙峰問題織物圖像的傅氏變換功率譜圖像關于原點對稱，故絕對距離二值和L(θ)的周期為π。由于傅氏功率譜的峰值存在于圖像中紋理所在方向的垂直方向上，織物圖像的徑向紋理與緯向紋理在功率譜π周期內都可能出現(xiàn)峰值，這就是絕對距離二值和L(θ)在π周期內的雙峰問題。一般情況下，兩個峰值相差90°。顯然，徑向和緯向任何一個峰值都可以作為織物紋理識別的特征參數，這里選取θ∈(θ0-π2,θ0+π2]]]>范圍內的峰值，并確定方向特征值。
本發(fā)明免疫模糊智能控制器的工作原理如下本發(fā)明采用模糊控制將人的控制經驗總結成模糊規(guī)則，無需對控制模型進行精確的描述，能較好地解決非線性、大時滯、變參數對象的控制問題，因此被廣泛應用于各種控制系統(tǒng)。同時采用免疫控制器，其借鑒生物系統(tǒng)的免疫機理而設計出的一種非線性P控制器。在免疫系統(tǒng)中，由于抗原的入侵，B細胞一方面受到TH細胞的活化作用，另一方面也接受TS細胞的抑制作用。遵循以上機理，免疫控制器能依賴系統(tǒng)當前的偏差及其變化率動態(tài)地改變系統(tǒng)增益，其原理如附圖2所示。
同時，本發(fā)明基于以下認識當控制偏差第一次出現(xiàn)時，EIC根據控制偏差的特征進行學習推理，并產生相應的PID控制參數，同時產生相應的控制記憶體并存儲之；當控制偏差再次出現(xiàn)時，其根據已有控制記憶體及當前控制偏差的特性，進行再次推理；修正控制記憶體，同時產生新的PID控制參數；PID控制器結合免疫模糊推理機，實現(xiàn)控制偏差在線整定。
本發(fā)明的嵌入式免疫模糊智能控制器，主要包括a.雙并行智能整緯控制器整緯控制器由兩個獨立的并行免疫模糊PID控制器組成，每個免疫模糊PID控制器由參數可調的PID控制器和免疫模糊推理系統(tǒng)組成。模糊推理系統(tǒng)是一個二維的模糊推理機，選用被控對象的偏差E和偏差變化率ΔE作為輸入變量，采用模糊推理方法計算PID的比例增益Kp、積分增益Ki和微分增益Kd，以實現(xiàn)對PID參數自調節(jié)的要求，參見如圖3所示的系統(tǒng)框圖。
b.參數可調的增量式PID控制器系統(tǒng)采用一種參數可調節(jié)的增量式數字PID控制器，其形式為Δu(k)＝Kp[(E(k)-E(k-1)]+KiE(k)+Kd[ΔE(k)-ΔE(k-1)]式中Kp，Ki，Kd分別表示比例、積分、微分作用參數。
c.織物圖像緯斜處理器1)使用CCD攝像頭采集移動中織物的圖像，進行快速傅立葉變換(FFT)，并對二維FFT變換結果進行模運算，得到功率譜灰度圖像。
2)將功率譜灰度圖像轉換成為功率譜二值圖像，取得的功率譜灰度圖像中最亮的N個點，設其值為1，其它點的值均設為0。
3)以功率譜二值圖像中心點為圓點，分別建立直角坐標系和極坐標系，運用統(tǒng)計方法得到圖像紋理的方向系數。
本發(fā)明的免疫模糊智能控制方法的步驟為1)采用一種參數可調節(jié)的增量式數字PID控制器，其形式為Δu(k)＝Kp[(E(k)-E(k-1)]+KiE(k)+Kd[ΔE(k)-ΔE(k-1)]式中Kp，Ki，Kd分別表示比例、積分、微分作用參數；2)采用免疫模糊推理系統(tǒng)a)根據免疫機理，將第k代B細胞濃度表示為B(k)＝TH(k)-TS(k)其中.TH(k)＝k1ε(k)TS(k)＝k2f[ΔB(k-d)]·ε(k)式中，ε(k)為第k代抗原濃度；ΔB(k)為B細胞的濃度變化；f(·)為一非線性函數，可將上式看作u(k)＝k1e(k)-k2f[Δu(k)]·e(k)＝k1{1-μ·f[Δu(k)]}e(k)式中，k1{1-μ·f[Δu(k)]}可看作可變比例增益系數 b)設定模糊推理機的輸入變量為E和ΔE的論域范圍，將PID參數歸一化為
之間的參數K′p，K′i，K′d，并設定輸出量K′p，K′i，K′d的模糊子集；則PID控制器實際參數可看作Kp=Kp‾·Kp′,Ki=Kp‾·Ki′·Ti,Kd=Kp‾·Kd′/Td;]]>隸屬度函數均采用三角形函數，并采用不規(guī)則劃分，在零點位置有較高的精度；將本模糊控制器設計為采用單變量的二維形式，控制規(guī)則使用條件語句形式可表示為if E＝Aiand ΔE＝Bithen K＝Ci，i＝1，2，3，…，n其中，Ai，Bi，Ci是E，ΔE，PID控制參數在各自論域上的模糊集；模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理算法，采用取小運算規(guī)則定義模糊關系，解模糊采用重心解模糊器進行求解。
本實施例中，其免疫模糊推理系統(tǒng)
1)根據免疫機理，將第k代B細胞濃度表示為B(k)＝TH(k)-TS(k)其中TH(k)＝k1ε(k)TS(k)＝k2f[ΔB(k-d)]·ε(k)式中，ε(k)為第k代抗原濃度；ΔB(k)為B細胞的濃度變化；f(·)為一非線性函數，與B細胞的濃度變化有關，表示在第k代時，B細胞分泌的抗體與抗原相互作用后的免疫效果。將B細胞濃度看作控制器輸出，抗原濃度看作系統(tǒng)誤差，可將上式看作u(k)＝k1e(k)-k2f[Δu(k)]·e(k)＝K1{1-μ·f[Δu(k)]}e(k)式中，k1{1-μ·f[Δu(k)]}可看作可變比例增益系數 2)設定模糊推理機的輸入變量為E和ΔE的論域范圍為{-15，15}度，其模糊子集均為{負大，負小，零負，零，零正，E小，正大}，并標記為{NB，NS，NZ，Z，PZ，PS，PB}。為了方便起見，將PID參數歸一化為
之間的參數K′p，K′i，K′d，并設定輸出量K′p，K′i，K′d的模糊子集為{Z，S，M，B}。
PID控制器實際參數可看作Kp=Kp‾·Kp′,Ki=Kp‾·Ki′·Ti,Kd=Kp‾·Kd′/Td]]>隸屬度函數均采用三角形函數。為了保證系統(tǒng)達到較高的控制精度，偏差E的模糊子集采用不規(guī)則劃分，在零點位置有較高的精度。
將本模糊控制器設計為采用單變量的二維形式，控制規(guī)則使用條件語句形式可表示為if E＝Aiand ΔE＝Bithen K＝Ci，i＝1，2，3，…，n其中，Ai，Bi，Ci是E，ΔE，PID控制參數在各自論域上的模糊集。模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理算法，采用取小運算規(guī)則定義模糊關系，解模糊采用重心解模糊器進行求解。
綜合上述步驟，本發(fā)明的整體流程如附圖4所示。
如圖1、3、5、6所示，本發(fā)明的嵌入式攝像整緯智能控制裝置的構成包括硬件部分、軟件部分；硬件部分包括主機、從機、外圍接口；其中，主機的CPU10采用32位，主頻70MHZ，ARM7系列芯片；采用SDRAM存儲器11和FLASH閃存12分別作為計算機內存儲器和存儲操作系統(tǒng)、應用軟件及控制記憶體庫文件；采用外界提供電源方式；從機的CPU采用16位，主頻300MHZ，DSP處理器；采用面陣CCD傳感器作為主要數據源；采用外部提供電源方式；外圍接口包括數據通訊接口提供標準的USB、VGA、RJ45、RS232、RS485及電源接口；模擬信號接口提供4～20mA電流輸入/輸出、1～5V DC電壓輸入/輸出；此外，本發(fā)明的硬件部分還包括圖像處理模塊1、輸入信號預處理模塊2、控制算法模塊4、輸出接口6及通訊接口9；其中，圖像處理模塊1包括CCD傳感器(組)7和圖像識別傳輸處理器(組)8；控制算法模塊4包括輔助PID算法3和免疫模糊控制算法5。
軟件部分包括操作系統(tǒng)、通訊軟件、WEB遠程訪問軟件及輸入/輸出接口軟件；其中，操作系統(tǒng)，采用具有與Windows應用程序兼容的嵌入式操作系統(tǒng)—WinCE；通訊軟件，采用提供TCP/IP協(xié)議、RS232或485協(xié)議的支持軟件；WEB遠程訪問軟件，用于完成遠程訪問、通訊、操作功能；輸入/輸出接口軟件，用于完成模擬信號或數字信號的輸入/輸出。
為了驗證以上整緯控制系統(tǒng)的可行性，我們建立一個由4個傳感器組成的整緯機系統(tǒng)模型。將織物緯線模擬成1000個離散點組成的曲線段，每個點代表該位置到水平線的距離。已知織物的緯斜由前道工序產生，即在整機進布點上模擬產生一個存在緯斜、緯彎的緯紗。通過矯正輥的角度，計算當前位置產生的車程差，并在出布時生成相應的緯線。
模擬傳感器均勻地分布在整機的出布點上，由當前位置的平均斜率作為緯斜量。4個傳感器的緯斜量作為控制器的輸入量。由于在矯正點到出布點存在一定的行車距離，所以整緯機是一個帶滯后環(huán)節(jié)的對象。為此，我們在出布點和進布點之間加入一個滯后環(huán)節(jié)，滯后常數根據不同整緯設備而略有不同，一般為4～6米的進布時間。
在設計模糊控制器時，先用參數調整方法，如Ziegler-Nichols方法，在線設計PID控制器的控制參數。然后根據PID控制器參數對模糊推理機參數進行設計。為了比較免疫模糊PID和常規(guī)PID的控制性能，我們按照某種特定張力屬性的織物設計相應的免疫模糊PID和常規(guī)PID控制器。以緯斜控制為例，在參數適合的情況下，兩種控制器均能較好地對織物進行整緯，如圖7a所示。然后，我們改變織物的張力屬性，在控制器參數相同的情況下，傳統(tǒng)PID控制器出現(xiàn)明顯的震蕩。采用免疫模糊PID控制比常規(guī)的PID控制器系統(tǒng)超調量明顯減少，調節(jié)時間明顯改善，也不存在震蕩現(xiàn)象，如圖7b所示。
權利要求
1.一種嵌入式攝像整緯智能控制方法，其特征在于，它包括1)采用ARM嵌入式控制芯片及DSP控制芯片分別作為主、從控制器；2)利用CCD攝像機作為緯斜信號傳感器，并采用圖像處理方法進行緯斜計算分析；3)采用具備學習、記憶和自適應能力的免疫模糊智能控制方法。
2.根據權利要求1所述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其特征在于，所述嵌入式控制器的工作步驟為1)采用分辨率大于或等于512×512黑白/彩色CCD傳感器，保證達到0.15度的理論緯斜檢測精度；2)每個CCD傳感器采用單獨的DSP控制器進行并行緯斜計算，在整機車速為0～120米/分鐘時具有足夠高的檢測速度；3)各DSP控制器單獨對緯斜信號進行初步分析，采用32位ARM控制器為主控制芯片，進行數據融合以及同步控制；4)多種控制模式選擇，可進行靜態(tài)、動態(tài)、離線狀態(tài)下的緯斜檢測，減少進布浪費；5)雙并行免疫模糊智能整緯控制器，具有自學習，推理能力；6)工業(yè)以太網接口，實現(xiàn)多整機的數據同步，遠程參數設定功能；7)使用WinCE操作系統(tǒng)，并采用觸摸屏實現(xiàn)圖形化用戶控制界面。
3.根據權利要求1所述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其特征在于，所述圖像處理方法的緯斜檢測步驟為1)采用紅外光源作為CCD傳感器光源，減少織物紋理產生的噪聲信號；2)進行二維快速傅立葉變換(FFT)，得到功率譜灰度圖像；3)將所得的功率譜灰度圖像轉換為功率譜二值圖像；4)對功率譜二值圖像建立坐標關系，運用統(tǒng)計方法得到圖像紋理的方向系數。
4.根據權利要求1所述的嵌入式攝像整緯智能控制方法，其特征在于，所述免疫模糊智能控制方法的步驟為1)采用一種參數可調節(jié)的增量式數字PID控制器，其形式為Δu(k)＝Kp[(E(k)-E(k-1)]+KiE(k)+Kd[ΔE(k)-ΔE(k-1)]式中Kp，Ki，Kd分別表示比例、積分、微分作用參數；2)免疫模糊推理系統(tǒng)a)根據免疫機理，將第k代B細胞濃度表示為B(k)＝TH(k)-TS(k)其中，TH(k)＝k1ε(k)TS(k)＝k2f[ΔB(k-d)]ε(k)式中，ε(k)為第k代抗原濃度；ΔB(k)為B細胞的濃度變化；f(·)為一非線性函數，可將上式看作u(k)＝k1e(k)-k2f[Δu(k)]·e(k)＝k1{1-μ·f[Δu(k)]}e(k)式中，k1{1-μ·f[Δu(k)]}可看作可變比例增益系數 b)設定模糊推理機的輸入變量為E和ΔE的論域范圍，將PID參數歸一化為
之間的參數Kp′，Ki′，Kd′，并設定輸出量Kp′，Ki′，Kd′的模糊子集；則PID控制器實際參數可看作Kp=Kp‾·Kp′,]]>Ki=Kp‾·Ki′·Ti,]]>Kd=Kp‾·Kd′/Td;]]>隸屬度函數均采用三角形函數，并采用不規(guī)則劃分，在零點位置有較高的精度；將本模糊控制器設計為采用單變量的二維形式，控制規(guī)則使用條件語句形式可表示為if E＝Aiand ΔE＝Bithen K＝Ci，i＝1，2，3，…，n其中，Ai，Bi，Ci是E，ΔE，PID控制參數在各自論域上的模糊集；模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理算法，采用取小運算規(guī)則定義模糊關系，解模糊采用重心解模糊器進行求解。
5.采用如權利要求1所述的嵌入式攝像整緯智能控制方法的控制裝置，其特征在于，其構成包括硬件部分、軟件部分；所述的硬件部分包括主機、從機、外圍接口；其中，主機的CPU采用32位，主頻70MHZ，ARM7系列芯片；采用SDRAM和FLASH閃存分別作為計算機內存儲器和存儲操作系統(tǒng)、應用軟件及控制記憶體庫文件；采用外界提供電源方式；從機的CPU采用16位，主頻300MHZ，DSP處理器；采用面陣CCD傳感器作為主要數據源；采用外部提供電源方式；外圍接口包括數據通訊接口提供標準的USB、VGA、RJ45、RS232、RS485及電源接口；模擬信號接口提供4～20mA電流輸入/輸出、1～5V DC電壓輸入/輸出；所述的硬件部分還包括圖像處理模塊、輸入信號預處理模塊、控制算法模塊、輸出接口及通訊接口；其中，所述的圖像處理模塊包括CCD傳感器(組)和圖像識別傳輸處理器(組)；所述的控制算法模塊包括輔助PID算法和免疫模糊控制算法。所述的軟件部分包括操作系統(tǒng)、通訊軟件、WEB遠程訪問軟件及輸入/輸出接口軟件；其中，操作系統(tǒng)，采用具有與Windows應用程序兼容的嵌入式操作系統(tǒng)-WinCE；通訊軟件，采用提供TCP/IP協(xié)議、RS232或485協(xié)議的支持軟件；WEB遠程訪問軟件，用于完成遠程訪問、通訊、操作功能；輸入/輸出接口軟件，用于完成模擬信號或數字信號的輸入/輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及嵌入式攝像整緯智能控制方法，包括采用ARM嵌入式控制芯片及DSP控制芯片分別作為主、從控制器；利用CCD攝像機作為緯斜信號傳感器，并采用圖像處理方法進行緯斜計算分析；采用具備學習、記憶和自適應能力的免疫模糊智能控制方法。還涉及采用上述方法的控制裝置，包括硬件、軟件部分；包括圖像處理模塊、輸入信號預處理模塊、控制算法模塊、輸出接口及通訊接口，嵌入式智能控制器采用32位ARM芯片為主控制器配合多個基于DSP的從控制器實現(xiàn)多CCD傳感器陣列的控制；利用CCD攝像機采集當前織物的緯斜參數，采用基于免疫模糊控制算法的嵌入式控制器對布料的緯斜程度及時做出糾正，可滿足多品種織物染整工藝的需求。
文檔編號G05B13/02GK1958934SQ20061011872
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權日2006年11月24日
發(fā)明者丁永生, 汪宏, 張中煒, 李佳彥 申請人:東華大學