對測控技術與儀器的智能化技術應用研究

孫衍強

(山東科技大學,山東青島 266590)

對測控技術與儀器的智能化技術應用研究

孫衍強

(山東科技大學,山東青島 266590)

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

測控技術與儀器 智能化技術

隨著信息時代的到來,作為信息獲取、數據測量、系統控制、實時監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,受到了相關產業的廣泛重視。隨著智能化技術在測控領域的引入與應用,測控技術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節的工作效率,大幅降低了測控儀器的投資成本。在智能化技術的幫助下,測控技術與儀器將會邁入一個新的發展階段。

1 測控技術與儀器

測控技術儀器是利用測量與控制的理論與技術研究信息的獲取與處理,精密機械、光學、電子、計算機、信息與控制技術多學科相互滲透而形成的一門高新密集型綜合學科。測控系統一方面以機--光--電—儀器—計算機技術一體化為特色,以信息獲取與處理技術、精密機械自動化以及智能儀器儀表為基礎來研究開發、設計制造、管理運營各種測控系統;另一方面以集電子技術、光電技術、自動檢測技術、計算機控制技術、先進控制理論以及網絡技術于一體,獲取研究生產過程中機電裝備運行狀態,進而進行信息處理、狀態識別、測試測量及過程控制。測控技術儀器的發展與生產力的發展相協調相適應,與科學技術的發展和經濟社會的進步密切相關。中國人在很早以前就對儀器的發展做出了卓越的貢獻,如記里鼓車、指南針等都是當時的世界著名創造。蒸汽機時代世界的發明中心移到了歐洲,與蒸汽機相關的機械加工水平相適應,相繼出現各類電動儀器。20世紀60年代新型光源激光器的問世和電子技術的發展進入新的階段。[1]

隨著人類進入計算機時代,計算機技術與儀器的測量與控制相結合,實現測量自動化、測量與控制智能化,使儀器的發展進入了測控結合的智能化階段。可以說,測控技術儀器遍及國民經濟的各個部門,是科學技術現代化的重要標志。

2 智能化技術的應用優勢

當測試測量儀器的自動控制系統發生故障時,智能系統便會隨之動作,對故障全面深入的分析,并提供最佳的處理方案,從而實現對故障的及時發現和有效處理。

在智能化技術的幫助下,對測控儀器的設計可進一步調整優化,從而提高測控技術與儀器系統的可靠性、高效性、安全性。現代測控系統中應用的儀器儀表都是智能化的儀器,以微處理器為基礎,具有方便使用、靈活、多功能等特點。隨著微電子技術的發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 智能化技術在測控領域的應用

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用。在信息拾取與數據轉換、信息測量、判斷和處理及系統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向三維形象化方向發展,技術操作向自動化方向發展,并且具有人工智能,從學習機進一步向人工智能機發展是測控領域發展的必然趨勢。

3.1 測控系統的計算機輔助設計

當今社會,隨著信息化與網絡化的普及與發展,計算機已成了測控系統的中堅,網絡技術越來越成為測控技術滿足實際需求的關鍵支撐。計算機作為處理信息的智能工具,具有以下優越功能：(1)儲存盒管理數據信息的功能;(2)高效的圖像顯示和繪圖功能;(3)快速的數值計算能力;(4)邏輯判斷和推理功能。采用計算機輔助設計(Computer Aided Design,簡稱CAD)能有機地將計算機的各種功能和設計者的判斷力、創造力相結合,從而加速了設計進程并提高了設計質量。

3.2 測控系統智能化下的虛擬技術

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

4 測控技術與儀器智能化技術的發展趨勢

隨著科技水平的不斷提高,在測控系統領域智能化技術將是未來的一個發展方向。

(1)模擬人類神經網絡傳輸信息和處理信息的人工神經網絡技術,可測控系統予以實時監控,對故障進行監測分析,并可以對控制的各個環節進行及時監測和后繼預測,具有良好的應用前景。(2)建立在生物遺傳規律模擬基礎上的遺傳算法,可對測控系統予以無功優化以及調整控制,對電路系統中電容進行合理的分配控制,將對智能化技術發展有一定貢獻力。(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,可對非線性或時變系統簡化為基本線性和動態特性不隨時間變化的系統,并在做出正確的測量和比較后更好地糾正系統,提高系統精確度,為智能化技術在測控領域的推廣提供了有利條件。(4)建立在多值邏輯的基礎上,運用模糊集合的方法來研究模糊性思維、語言形式及其規律的模糊邏輯,可對模型未知性進一步分析研究,應用模糊集合和模糊規則進行推理,表達過渡性界限或定性知識經驗,模擬人腦實行模糊綜合判斷,解決常規方法難于對付的規則型模糊信息問題,對測控技術與儀器的發展有積極推動作用。(5)結合測控系統的特點,智能化技術應用發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、柔性化方向發展;二、功能朝著科學計算可視化、用戶界面圖形化、多媒體技術結合化方向發展;三、體系結構朝著集成化、網絡化、智能化方向發展。

5 結語

現階段,智能化技術正迅速發展,且在測控系統測試測量、故障檢測、環節控制方面得到了廣泛的應用,為測控技術與儀器的發展做出了卓著貢獻。今后隨著測控領域智能化技術研究的不斷深入,測控技術與儀器將會取得新的發展。

[1]浦昭邦,王光寶.測控儀器設計[J].機械工業出版社,2007.4.

[2]呂輝.現代測控技術[J].西安電子科技大學出版社,2006.5.