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智能自动化及其在仪器仪表制造中的应用(二)

  分形与混沌是本质上一致的两个方面。混沌事件在不同的时间表现出相似的变化模式,而分形则是在空间标度下表现的相似性。混沌所关注的是其复杂的不稳、发散、收敛的过程,而分形则是刻画混沌运动的直观的几何语言。混沌、分形和小波分析的有机结合有着极丰富的内涵和深刻的哲理,它必将为材料分子自动组装、高速基因测序及高效蛋白质结构预测等重大的精微科技难题的解决提供强有力的工具,也将为仪器仪表的虚拟化、网络化和智能化开拓出光辉前景。

  物元可拓方法是在多种已知的一般决策的比较和优选的基础上,根据各层次、各阶段产生的不相容的矛盾问题的需要,进而突破常规地、拓展性地采取创造性决策技巧,抓住关键策略,最大限度地满足主系统、不相容的矛盾转化为相容关系,从而实现全局性最佳决策目标。它是在复杂系统中化解次要矛盾,解决主要矛盾和关键性难题的有力手段,也将会对仪器仪表的虚拟化、网络化和智能化的发展进程作出重大贡献。

  数据融合技术是对多信息源测得的数据,根据其在整个系统的重要性和可信度分配以不同的权值比重,综合计算出该特征属性总体最优化表征值的一种技术方法。它是一种对复杂事物属性的优化测量和表征技术,对高技术开发研究具有极重要的意义。

  总之,当今世界的智能科技正在飞速、全面地向前发展。

  二 智能科技在仪器仪表及测量中的应用

  智能自动化技术的应用正在全面渗入到仪器仪表工业。

  (1)在仪器仪表结构、性能改进中的应用

  首先,智能自动化技术为仪器仪表与测量的相关领域的应用开辟了广阔的前景。运用智能化软硬件,使每台仪器或仪表能随时准确地分析、处理当前的和以前的数据信息,恰当地从低、中、高不同层次上对测量过程进行抽象,以提高现有测量系统的性能和效率,扩展传统测量系统的功能,如运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。

  其次,也可在分散系统的不同仪器仪表中采用微处理器、微控制器等微型芯片技术,设计模糊控制程序,设置各种测量数据的临界值,运用模糊规则的模糊推理技术,对事物的各种模糊关系进行各种类型的模糊决策。其优势在于不必建立被控对象的数学模型,也不需大量的测试数据,只需根据经验,总结合适的控制规则,应用芯片的离线计算、现场调试,按我们的需要和精确度产生准确的分析和准时的控制动作。

  特别是在传感器测量中,智能自动化技术的应用更为广泛。用软件实现信号滤波,如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换等技术,是简化硬件,提高信噪比,改善传感器动态特性的有效途径,但需要确定传感器的动态数学模型,而且高阶滤波器的实时性较差。运用神经网络技术,可实现高性能的自相关滤波和自适应滤波。充分利用人工神经网络技术强有力的自学习、自适应、自组织能力,联想、记忆功能以及对非线性复杂关系的输入、输出间的黑箱映射特性,无论在适用性和快速实时性等各方面都将大大超过复杂函数式,可充分利用多传感器资源,综合获取更准确、更可信的结论。其中实时与非实时的、快变与缓变的、模糊和确定性的数据信息,可能相互支持,也可能相互矛盾,此时,对象特征的提取、融合,直至最终决策,作出正确的判断,将成为难点。于是神经网络或模糊逻辑将成为最值得选用的方法。例如,气体传感阵列用于混合气体识别,在信号处理方法上可采用自组织映射网络和BP网络相结合,先进行分类,再识别组分,将传统方法的全程拟合转化为分段拟合,以降低算法的复杂度,提高识别率。又如,食品味觉信号的检测和识别的难度,曾一度是研究与开发单位的主要障碍所在。如今可利用小波变换进行数据压缩和特征提取,然后将数据输入用遗传算法训练过的模糊神经网络,则大大提高了对简单复合味的识别率。再如,在布匹面料质量的评定,柔性*作手对触觉信号的处理,机器的故障诊断领域,智能自动化技术也都取得了大量的成功实例。

  (2)在虚拟仪器结构设计中的应用

  仪器与测量技术和计算机技术的结合,不但大大提高了测量精确度与智能自动化水平,特别是计算机的硬件软化和软件模块化的虚拟仪器的迅猛发展,以及其与网络化系统资源程序的统一和优化性能配置,为仪器仪表的智能化水平的迅速提高,创造了越来越优越的条件。

  在仪器仪表结构设计中,仪器厂家过去都是以源代码形式向用户提供智能虚拟仪器即插即用的仪器驱动器,为了简化最终用户的使用*作与开发过程,不断提高运行效率,以及编程质量和编程灵活性,相关仪器厂家在VXI即插即用的总线仪器驱动器标准的基础上作出了一套新的智能化仪器驱动软件规范,在虚拟仪器结构与性能上进行了下述多方面改进。

  首先,考虑要兼顾用户的直观、易用与尽可能提高运行效率,并保持原来VXI总线即插即用标准的高层编程接口,以提供相同的功能函数调用格式。

  其次,在最新Labwindows/CVI 5.0内建的开发工具基础上,运用智能化手段,使智能虚拟仪器(IVI)的仪器驱动器代码,可以在人机交互作用下自动生成,这样既简化了大量编程工作量,又统一了驱动器代码的编程结构和风格,还大大方便了不同水平用户的使用和维护。