【正文】 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是近幾十年發(fā)展的一門新興的交叉學(xué)科，所謂“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。四、使用的靈活性及維護(hù)的方便性。二、在線控制的實(shí)時(shí)性。專家控制系統(tǒng)不同于離線的專家系統(tǒng)，其不僅是獨(dú)立的決策者，而且是具有獲得反饋信息并能實(shí)時(shí)在線控制的系統(tǒng)。二、推理機(jī)制——按照類似專家水平的問(wèn)題求解方法，調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的條目進(jìn)行推理、判斷和決策。因而，專家系統(tǒng)是一種人工智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這些程序軟件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平，以及解決專門問(wèn)題的能力。智能控制的方法很多，包括專家控制、神經(jīng)控制、模糊控制、基于模式識(shí)別的智能控制、多模變結(jié)構(gòu)智能控內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）25制、仿人智能控制等，現(xiàn)介紹主要的三種智能控制方法——專家控制、神經(jīng)控制、模糊控制。三、組織功能。二、適應(yīng)功能。智能控制是一類無(wú)需人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械而實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制， “智能”一詞是對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、范圍及所能完成復(fù)雜控制任務(wù)的功能的表征，一般智能控制系統(tǒng)的功能包括以下三點(diǎn)：一、學(xué)習(xí)功能。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)控制任務(wù)要求比較單一，智能控制系統(tǒng)可以完成復(fù)雜的任務(wù)要求。在傳統(tǒng)的控制理論中，線性理論比較成熟，而非線性理論很不成熟，非線性控制方法也比較復(fù)雜，采用智能控制方法可以較好的解決非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。智能控制的對(duì)象通常存在嚴(yán)重的不確定性，其不確定性是指模型未知或知之甚少以及模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)變化。通常這種智能要求具有感知環(huán)境、作出決策和控制動(dòng)作的能力，更高的智能還包括認(rèn)識(shí)目標(biāo)和事件用語(yǔ)言模型代表知識(shí)，對(duì)未來(lái)作出推理和計(jì)劃。 “智能控制”一詞在 1967 年 Leondes 和 Mendel 在他們的“人工智能控制”技術(shù)報(bào)告中正式使用，智能控制是一門新興的理論和技術(shù)，目前關(guān)于智能控制的定義、理論、結(jié)構(gòu)等尚無(wú)統(tǒng)一的系統(tǒng)描述，1993 年美國(guó) IEEE 控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)智能控制技術(shù)委員會(huì)邀請(qǐng)成立一個(gè)專家小組，目的在于描述智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)“智能控制”一詞進(jìn)行定義。隨著微機(jī)技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型 PID 控制器，例如模糊 PID、神經(jīng) PID、預(yù)測(cè) PID 等，對(duì)于復(fù)雜對(duì)象，其控制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī) PID 控制。PID 控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）24可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。PID 控制是在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制中，將偏差的比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Derivative)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。智能控制是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，是控制論、系統(tǒng)論、信息論和人工智能等多門學(xué)科交叉和綜合的產(chǎn)物，主要用來(lái)解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。傳統(tǒng)的控制技術(shù)是以經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，具有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中具有重要作用，其中 PID 控制是傳統(tǒng)控制中的經(jīng)典控制方式之一。但是考慮到本軟件所具有的特點(diǎn)：對(duì)象比較簡(jiǎn)單，非線性程度不高，大多數(shù)不具有時(shí)變性和模糊不確定性，而且設(shè)備的投資成本要求較低，比較適合采用常規(guī) PID 控制，故本課題中的 PID 控制算式就確定為虛擬儀器結(jié)合常規(guī)的 PID 控制算式。實(shí)際上，大多數(shù)的工業(yè)過(guò)程都不同程度的存在著非線性、參數(shù)時(shí)變性和模糊不確定性，而傳統(tǒng)的 PID 控制主要是控制具有確定模型的線性過(guò)程，因此常規(guī) PID 控制不具有在線整定參數(shù)的能力，其控制效果就不是十分理想。PID 控制算式是一種在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用的控制策略。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）22內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）23第四章 PID 控制算法簡(jiǎn)介在測(cè)控系統(tǒng)中，被控量和操縱量確定之后，就可以根據(jù)對(duì)象的特性和對(duì)控制質(zhì)量的要求，選擇控制器的控制作用，由控制器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行器。因此，在注意控制各種熱電偶測(cè)溫條件的同時(shí)，也要定期對(duì)熱電偶進(jìn)行檢定。因此，熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長(zhǎng)大，合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對(duì)周環(huán)環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。四、熱電偶的劣化。在高溫下使用的熱電偶，如果被測(cè)介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護(hù)管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護(hù)管的熱阻抗增大；如果被測(cè)介質(zhì)是熔體，在使用過(guò)程中將有爐渣沉積，不僅增加熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，而且還使指示溫度偏低。因此，最好選擇響應(yīng)快的傳感器。對(duì)于溫度不斷變化的被測(cè)場(chǎng)所，尤其是瞬間變化過(guò)程，整個(gè)過(guò)程僅1 秒鐘，則要求傳感器的響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。熱響應(yīng)時(shí)間要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測(cè)量條件，差別極大。接觸法測(cè)溫的基本原理是測(cè)溫元件要與被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡。對(duì)于實(shí)際工程測(cè)溫，其插入深度還應(yīng)考慮被測(cè)介質(zhì)的靜止或流動(dòng)狀態(tài)，如果是流動(dòng)的液體或氣體，可以不受上述條件限制，插入深度可適當(dāng)淺一些，具體數(shù)值由實(shí)際情況分析確定。公稱通徑大于 250mm 時(shí)，插入深度宜為 100mm，一般流體介質(zhì)管道的外徑小于等于 5 0 0mm 時(shí)，插入深度宜為管道外徑的 1/2 外徑大于 500mn 時(shí)，插入深度宜為300mm。例如，對(duì)高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質(zhì)管道，插入深度與其公稱通徑或管道外徑的大小有關(guān)。為了解決這種由熱傳導(dǎo)引起的誤差，必須保證熱電偶有足夠的插入深度，而插入深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。測(cè)溫元件應(yīng)安裝在測(cè)量值能代表被測(cè)介質(zhì)溫度的位置，不得裝在管道和設(shè)備的死角，且不應(yīng)受到劇烈震動(dòng)和沖擊。 偶測(cè)溫誤差分析一、插入深度。理論與實(shí)驗(yàn)表明：用集成溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，利用中間溫度定律和二次分度表查詢進(jìn)行線性插值，可以實(shí)現(xiàn)熱電偶的高精度測(cè)溫。運(yùn)行測(cè)溫軟件，設(shè)定溫度值為 100℃+n X△t ，△t=5℃ ， n=0， 1，2……18，每隔一段時(shí)間，按下前面板的“顯示結(jié)果”按鍵進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)在 CSY2022C 型傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供了加熱源( 200℃可調(diào))，高精度溫度控制儀， K，E 型熱電偶，集成溫度傳感器 AD590，調(diào)理電路模板等實(shí)驗(yàn)器件。通過(guò)取樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為前 置 放 大AD590 濾 波前 置 放 大 數(shù) 據(jù) 采集 卡 PC基 于LABVIE熱 電 偶 測(cè)溫 儀熱 電 偶內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）20電壓信號(hào)，經(jīng)放大后，由數(shù)據(jù)采集卡采集進(jìn)入 PC。圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖熱電偶采集被測(cè)溫度信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)儀表放大器放大，濾波電路濾波后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給 PC。LabVIEW 軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語(yǔ)言編程，界面友好，操作方便，可大大縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期和開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，使其將主要精力集中投入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而不再是具體軟件細(xì)節(jié)的推敲上。虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示以及文件管理等智能功能，可以把傳統(tǒng)儀器的功能軟件化。因此，傳統(tǒng)補(bǔ)償方法在很多場(chǎng)合己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)溫的要求。由于熱電偶熱電勢(shì)和溫度之間的非線性以及冷端溫度的不穩(wěn)定，影響了測(cè)溫精度。本系統(tǒng)采用 級(jí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）19K 型熱電偶?！妫瑸闇y(cè)量溫度的 % ； 級(jí)在 0 1200℃之間，其誤差為177。并且所用的元器件少，性能優(yōu)良，精度高，具有先進(jìn)水平。AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，使用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可以采用一般的雙絞線來(lái)完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電，長(zhǎng)導(dǎo)線上的壓降一般不影響測(cè)量精度，而且不需要溫度補(bǔ)償和專門的的線性電路，由于 AD590 上述的優(yōu)點(diǎn)，使其在溫度測(cè)量領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。上述傳感器溫度的變化一般表現(xiàn)為電壓的變化，因而不宜在有強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送，采用溫度變送器價(jià)格又昂貴，但是半導(dǎo)體集成溫度傳感器可以解決這類問(wèn)題。熱電偶由于熱電勢(shì)小、靈敏度低，在常溫區(qū)的溫度測(cè)量精度不高， 盡管其對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏，但其非線性太大而影響測(cè)量精度。短期可以用于真空測(cè)溫6008008001700401100401300鎳鉻鑷硅 鎳鉻鑷鋁K 用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，但偶絲直徑不同，其測(cè)溫范圍200℃到 1300℃，不推薦在還原氣氛中使用。它們被稱為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。由于冷端溫度變化而導(dǎo)致電橋輸出電壓的變化，熱電勢(shì)相反，而大小則取決于熱電偶冷端作為工作端，而零度作為自由端時(shí)輸出電壓值，從而達(dá)到冷端溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｈ绻粚?duì)這種變化進(jìn)行補(bǔ)償，即使測(cè)量端的溫度恒定不變，由于冷端溫度的變化，也會(huì)使輸出電勢(shì)發(fā)生相應(yīng)的變化，舊時(shí)很多儀表因?yàn)榭紤]沒(méi)有考慮冷端溫度補(bǔ)償功能，故實(shí)際誤差較大，有時(shí)高達(dá) 50℃。在輸出端（冷端）溫度恒定的情況下，熱電偶的輸出電勢(shì)隨著熱端的溫度增高而增大， 熱電勢(shì)的大小只與二支電極的材料及熱電偶兩端的溫差有關(guān)，而與電極的長(zhǎng)度，直徑，氣壓和空氣濕度等無(wú)關(guān)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：其中 G(S)為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，D（S）為控制器的數(shù)學(xué)模型，也是控制算法，它是控制系統(tǒng)的核心。得出了比例(P)控制下系統(tǒng)處于無(wú)法穩(wěn)定收斂的振蕩狀態(tài)時(shí)，仿真結(jié)果與實(shí)際控制結(jié)果比較得出了一階慣性加純滯后模型內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）16 ()150()8sGse???和 m=3，n=4 時(shí)的多項(xiàng)式模型： ()13 8 24 .75. 10. 3()4705681ssss?????圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖這兩種情況與實(shí)際情況接近。為檢驗(yàn)建模結(jié)果的準(zhǔn)確度，選取一系列控制參數(shù)，分別帶入遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)和實(shí)際遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，將獲得的仿真結(jié)果和實(shí)際控制效果曲線加以比較。首先必須承認(rèn)辨識(shí)得到的模型只能是近似的，不能期望會(huì)找到一個(gè)和實(shí)際過(guò)程完全一致的模型，如果模型的特性和實(shí)際過(guò)程基本一致，那么就認(rèn)為模型是滿意的；檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是模型的實(shí)際應(yīng)用效果。 模型的檢驗(yàn) 。經(jīng)比較，取 m=0，n=2 時(shí)所獲得的傳遞函數(shù) ()52 143()9 061GSss???作為系統(tǒng)的模型。與其他地方相比，本方法不是憑借階躍響應(yīng)曲線上孤立的兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)值進(jìn)行擬合，而是根據(jù)整個(gè)曲線的態(tài)勢(shì)進(jìn)行擬合，可以得到較好的擬合效果。盡管現(xiàn)在有 TcP/IP，DDE 等技術(shù)可以現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)共享，但是這些技術(shù)大多數(shù)都不適用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，Datasocket 編程技術(shù)能夠非常有效地解決上述的問(wèn)題。采用 NI 的 LabVIEW/WEB Server 技術(shù)和 Datasocket 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)診斷對(duì)象的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控。虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化是指將工作于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的虛擬儀器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到遠(yuǎn)程應(yīng)用領(lǐng)域。下面列舉了 LabVIEW 及 NI 其它技術(shù)在虛擬儀器領(lǐng)域的一些應(yīng)用例子，從中，可以體會(huì)到 LabVIEW 應(yīng)用范圍之廣，及它在虛擬儀器領(lǐng)域的重要地位：航空工業(yè)—基于 PXI 總線的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；工業(yè)控制—基于 LabVIEW 和 PXI 平臺(tái)的焊機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；消費(fèi)電子—使用LabVIEW 和 FieldPoint 構(gòu)建洗碗機(jī)模糊控制開發(fā)測(cè)試平臺(tái)；通信領(lǐng)域—基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；材料工程—基于分行理論的高效機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)；生物科技—采用 LabVIEW 和 SCXI 信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)昆蟲足力測(cè)試實(shí)驗(yàn)；研究開發(fā)—NI 測(cè)控技術(shù)在水下聲波測(cè)控中的應(yīng)用；工業(yè)控制— 基于虛擬儀器技術(shù)的高速電池分解線數(shù)控系統(tǒng)建造；汽車工業(yè)—燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)智能測(cè)試平臺(tái)；土木工程—應(yīng)用 NI 技術(shù)快速構(gòu)建土木工程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案；高校/教育 —基于虛擬儀器技術(shù)小試件材料彈性常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)；道路橋梁—基于 PXI 和 SCXI 的多傳感器橋梁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從日本的 Honda 汽車測(cè)試、澳洲的心臟起搏器設(shè)計(jì)/驗(yàn)證，到英國(guó)電信電話線路性能測(cè)試，全世界數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工程師和科學(xué)家們都在使用 NI 的產(chǎn)品達(dá)到他們共同的目的——更快、更好、更省錢。這種思想對(duì)從根本上改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理成本，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要的參考價(jià)值。利用虛擬儀器技術(shù)，我們可以設(shè)計(jì)出與實(shí)際儀器在原理、功能和操作等方面完全一樣的全軟件虛擬儀器。電子儀器與測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是高等工科院校必備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件。這是采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)大有可為的領(lǐng)域。傳統(tǒng)臺(tái)式儀器制造水平不僅取決于設(shè)計(jì)，還依賴于工藝和加工水平，因此短期內(nèi)提高是有一定困難的。目前，像數(shù)字示波儀，頻譜分析儀和邏輯分析儀等中高檔儀器還依賴于進(jìn)口。是否具備各種先進(jìn)和高性能儀器，對(duì)整個(gè)國(guó)家的科技開發(fā)能力，國(guó)防高科技水平和工業(yè)現(xiàn)代化水平都有直接或潛在的重要影響。儀器產(chǎn)業(yè)改造。虛擬儀器設(shè)計(jì)所采用的圖形化編程語(yǔ)言，十分適合工程師應(yīng)用，有利于提高企業(yè)自主開發(fā)和管理項(xiàng)目的能力，降低工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)改造的成本。許多生產(chǎn)第一線的工程師熟悉設(shè)備與工藝流程，但是不具備程序員的專門編程能力，往往控制系統(tǒng)軟件使交給研究人員或大學(xué)程序員編寫的軟件設(shè)計(jì)與使用脫節(jié)。我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)比較落后，工業(yè)自動(dòng)化程度遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的要求。虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用方式多種多樣，下面主要針對(duì)虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化，儀器制造和實(shí)驗(yàn)室方面的應(yīng)用前景和效益進(jìn)行分析。虛擬儀器技術(shù)作為計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）11算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)