對測控技術(shù)與儀器的智能化技術(shù)應(yīng)用研究

孫衍強

(山東科技大學(xué),山東青島 266590)

對測控技術(shù)與儀器的智能化技術(shù)應(yīng)用研究

孫衍強

(山東科技大學(xué),山東青島 266590)

隨著社會的進步和科技水平的提高,智能化技術(shù)也取得了長足進步,并在測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先闡述了測控技術(shù)與儀器的概況、智能化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢,然后著重介紹了智能化技術(shù)在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用并探討了測控技術(shù)與儀器智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

測控技術(shù)與儀器 智能化技術(shù)

隨著信息時代的到來,作為信息獲取、數(shù)據(jù)測量、系統(tǒng)控制、實時監(jiān)視與顯示的測控儀器,成為一種極其重要的信息采集與控制工具,受到了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛重視。隨著智能化技術(shù)在測控領(lǐng)域的引入與應(yīng)用,測控技術(shù)與儀器在某種程度上取得了一定的進步和突破。不僅明顯減輕了測控人員的勞動強度;同時大大提高了測控儀器控制環(huán)節(jié)的工作效率,大幅降低了測控儀器的投資成本。在智能化技術(shù)的幫助下,測控技術(shù)與儀器將會邁入一個新的發(fā)展階段。

1 測控技術(shù)與儀器

測控技術(shù)儀器是利用測量與控制的理論與技術(shù)研究信息的獲取與處理,精密機械、光學(xué)、電子、計算機、信息與控制技術(shù)多學(xué)科相互滲透而形成的一門高新密集型綜合學(xué)科。測控系統(tǒng)一方面以機--光--電—儀器—計算機技術(shù)一體化為特色,以信息獲取與處理技術(shù)、精密機械自動化以及智能儀器儀表為基礎(chǔ)來研究開發(fā)、設(shè)計制造、管理運營各種測控系統(tǒng);另一方面以集電子技術(shù)、光電技術(shù)、自動檢測技術(shù)、計算機控制技術(shù)、先進控制理論以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體,獲取研究生產(chǎn)過程中機電裝備運行狀態(tài),進而進行信息處理、狀態(tài)識別、測試測量及過程控制。測控技術(shù)儀器的發(fā)展與生產(chǎn)力的發(fā)展相協(xié)調(diào)相適應(yīng),與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟社會的進步密切相關(guān)。中國人在很早以前就對儀器的發(fā)展做出了卓越的貢獻,如記里鼓車、指南針等都是當(dāng)時的世界著名創(chuàng)造。蒸汽機時代世界的發(fā)明中心移到了歐洲,與蒸汽機相關(guān)的機械加工水平相適應(yīng),相繼出現(xiàn)各類電動儀器。20世紀(jì)60年代新型光源激光器的問世和電子技術(shù)的發(fā)展進入新的階段。[1]

隨著人類進入計算機時代,計算機技術(shù)與儀器的測量與控制相結(jié)合,實現(xiàn)測量自動化、測量與控制智能化,使儀器的發(fā)展進入了測控結(jié)合的智能化階段。可以說,測控技術(shù)儀器遍及國民經(jīng)濟的各個部門,是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

2 智能化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

當(dāng)測試測量儀器的自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時,智能系統(tǒng)便會隨之動作,對故障全面深入的分析,并提供最佳的處理方案,從而實現(xiàn)對故障的及時發(fā)現(xiàn)和有效處理。

在智能化技術(shù)的幫助下,對測控儀器的設(shè)計可進一步調(diào)整優(yōu)化,從而提高測控技術(shù)與儀器系統(tǒng)的可靠性、高效性、安全性。現(xiàn)代測控系統(tǒng)中應(yīng)用的儀器儀表都是智能化的儀器,以微處理器為基礎(chǔ),具有方便使用、靈活、多功能等特點。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和更多人工智能的不斷引入,智能化儀器的計算能力和計算方法將得到大大的增強。[2]

3 智能化技術(shù)在測控領(lǐng)域的應(yīng)用

新一代測控儀器在保證其高可靠性、高效率、高精度以及多維化、多樣化的前提下,更著重于智能化的應(yīng)用。在信息拾取與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息測量、判斷和處理及系統(tǒng)控制方面大量采用微處理器和微計算機,實時顯示與控制系統(tǒng)向三維形象化方向發(fā)展,技術(shù)操作向自動化方向發(fā)展,并且具有人工智能,從學(xué)習(xí)機進一步向人工智能機發(fā)展是測控領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。

3.1 測控系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計

當(dāng)今社會,隨著信息化與網(wǎng)絡(luò)化的普及與發(fā)展,計算機已成了測控系統(tǒng)的中堅,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越成為測控技術(shù)滿足實際需求的關(guān)鍵支撐。計算機作為處理信息的智能工具,具有以下優(yōu)越功能：(1)儲存盒管理數(shù)據(jù)信息的功能;(2)高效的圖像顯示和繪圖功能;(3)快速的數(shù)值計算能力;(4)邏輯判斷和推理功能。采用計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design,簡稱CAD)能有機地將計算機的各種功能和設(shè)計者的判斷力、創(chuàng)造力相結(jié)合,從而加速了設(shè)計進程并提高了設(shè)計質(zhì)量。

3.2 測控系統(tǒng)智能化下的虛擬技術(shù)

虛擬環(huán)境技術(shù)是測控系統(tǒng)中仿真技術(shù)智能化的發(fā)展新高度,是對智能化技術(shù)的延伸,采用人機交互技術(shù)有效地模擬人在自然環(huán)境中的視、聽和動作,使操作者有身臨其境的感受。在軟件開發(fā)方面,NI公司的Labview和LabWindows/CVI功能強大,不僅使虛擬儀器的開發(fā)變得簡單方便,而且為虛擬儀器做到網(wǎng)絡(luò)上提供了可靠的技術(shù)支持。智能化虛擬儀器使軟件更加靈活高效,提供全方位的系統(tǒng)集成模塊化硬件、標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺,帶動了測控系統(tǒng)的升級和革新。

4 測控技術(shù)與儀器智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著科技水平的不斷提高,在測控系統(tǒng)領(lǐng)域智能化技術(shù)將是未來的一個發(fā)展方向。

(1)模擬人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息和處理信息的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可測控系統(tǒng)予以實時監(jiān)控,對故障進行監(jiān)測分析,并可以對控制的各個環(huán)節(jié)進行及時監(jiān)測和后繼預(yù)測,具有良好的應(yīng)用前景。(2)建立在生物遺傳規(guī)律模擬基礎(chǔ)上的遺傳算法,可對測控系統(tǒng)予以無功優(yōu)化以及調(diào)整控制,對電路系統(tǒng)中電容進行合理的分配控制,將對智能化技術(shù)發(fā)展有一定貢獻力。(3)由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成的PID控制器技術(shù),可對非線性或時變系統(tǒng)簡化為基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng),并在做出正確的測量和比較后更好地糾正系統(tǒng),提高系統(tǒng)精確度,為智能化技術(shù)在測控領(lǐng)域的推廣提供了有利條件。(4)建立在多值邏輯的基礎(chǔ)上,運用模糊集合的方法來研究模糊性思維、語言形式及其規(guī)律的模糊邏輯,可對模型未知性進一步分析研究,應(yīng)用模糊集合和模糊規(guī)則進行推理,表達過渡性界限或定性知識經(jīng)驗,模擬人腦實行模糊綜合判斷,解決常規(guī)方法難于對付的規(guī)則型模糊信息問題,對測控技術(shù)與儀器的發(fā)展有積極推動作用。(5)結(jié)合測控系統(tǒng)的特點,智能化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢主要包括以下幾個方面：一、性能朝著高可靠性、高精度、高效化、柔性化方向發(fā)展;二、功能朝著科學(xué)計算可視化、用戶界面圖形化、多媒體技術(shù)結(jié)合化方向發(fā)展;三、體系結(jié)構(gòu)朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段,智能化技術(shù)正迅速發(fā)展,且在測控系統(tǒng)測試測量、故障檢測、環(huán)節(jié)控制方面得到了廣泛的應(yīng)用,為測控技術(shù)與儀器的發(fā)展做出了卓著貢獻。今后隨著測控領(lǐng)域智能化技術(shù)研究的不斷深入,測控技術(shù)與儀器將會取得新的發(fā)展。

[1]浦昭邦,王光寶.測控儀器設(shè)計[J].機械工業(yè)出版社,2007.4.

[2]呂輝.現(xiàn)代測控技術(shù)[J].西安電子科技大學(xué)出版社,2006.5.