bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

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BP網(wǎng)絡(luò)的誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄒ蛴兄虚g隱含層和相應(yīng)的學習規(guī)則，使得它具有很強的非線性映射能力，而且網(wǎng)絡(luò)的中間層數(shù)、各層神經(jīng)元個數(shù)及網(wǎng)絡(luò)的學習系數(shù)等參數(shù)可以根據(jù)實際情況設(shè)定，有很大的靈活性，且能夠識別含有噪聲的樣本，經(jīng)過學習能夠把樣本隱含的特征和規(guī)則分布在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)上。

總的說來，BP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點主要有：(1)算法推導清楚，學習精度較高；(2)經(jīng)過訓練后的BP網(wǎng)絡(luò)，運行速度很快，有的可用于實時處理；(3)多層(至少三層)BP網(wǎng)絡(luò)具有理論上逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)的能力，也就是說，可以使多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學會任何可學習的東西，而信息處理的大部分問題都能歸納為數(shù)學映射，通過選擇一定的非線性和連接強度調(diào)節(jié)規(guī)律，BP網(wǎng)絡(luò)就可解決任何一個信息處理的問題。

目前，在手寫字體的識別、語音識別、文本一語言轉(zhuǎn)換、圖像識別以及生物醫(yī)學信號處理方面已有實際的應(yīng)用。

同時BP算法與其它算法一樣，也存在自身的缺陷：(1)由于該算法采用誤差導數(shù)指導學習過程，在存在較多局部極小點的情況下容易陷入局部極小點，不能保證收斂到全局最小點：(2)存在學習速度與精度之間的矛盾，當學習速度較快時，學習過程容易產(chǎn)生振蕩，難以得到精確結(jié)果，而當學習速度較慢時，雖然結(jié)果的精度較高，但學習周期太長：(3)算法學習收斂速度慢；(4)網(wǎng)絡(luò)學習記憶具有不穩(wěn)定性，即當給一個訓練好的網(wǎng)絡(luò)提供新的學習記憶模式時，將使已有的連接權(quán)值打亂，導致已記憶的學習模式的信息消失；(5)網(wǎng)絡(luò)中間層(隱含層)的層數(shù)及它的單元數(shù)的選取無理論上的指導，而是根據(jù)經(jīng)驗確定，因此網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計有時不一定是最佳的方案。

谷歌人工智能寫作項目：愛發(fā)貓

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

光譜分析因其能夠靈敏、高精度、無破壞、快速地檢測物質(zhì)的化學成分和相對含量而廣泛應(yīng)用于分析化學、生物化學與分子生物學、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等領(lǐng)域寫作貓。

目前，光譜分析技術(shù)日趨成熟，引入光譜分析理論的高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，尤其是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可以有效地獲取農(nóng)田信息、判斷作物長勢、估測作物產(chǎn)量、提取病害信息。

光譜分析技術(shù)雖然具有很強的物質(zhì)波譜“透視力”，但在分析“同譜異物”和“異物同譜”等方面需要與現(xiàn)代分析手段相結(jié)合，如小波變換、卡爾曼濾波、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNet－work，ANN）、遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA）等。

在光譜分析領(lǐng)域，ANN多用于物質(zhì)生化組分的定量分析（陳振寧等，2001；印春生等，2000），在光度分析中也有較多應(yīng)用，如，于洪梅等（2002）利用ANN分析鉻和鋯的混合吸收光譜，并結(jié)合分光度法對二者進行測定。

ANN在非線性校準與光譜數(shù)據(jù)處理等方面也有應(yīng)用（Blank，1993；方利民等；2008）。

而在模式識別中ANN應(yīng)用最為廣泛，如，Eicemanetal.（2006）利用遺傳算法（是ANN的一種）對混合小波系數(shù)進行分類識別。

目前，自組織特征映射（Self－organizingFeatureMaps，SOFM）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高光譜影像的模式識別方面，國內(nèi)外還較少有研究與應(yīng)用，而結(jié)合遙感波譜維光譜分析技術(shù)的應(yīng)用研究就更少。

SOFM常用于遙感圖像處理方面，如，Moshouetal.（2005）利用SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)融合，使分類誤差減小到1％；Doucetteetal.（2001）根據(jù)SOFM設(shè)計的SORM算法，從分類后的高分辨率影像中提取道路；Toivanenetal.（2003）利用SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從多光譜影像中提取邊緣，并指出該方法可應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量影像邊緣的提取；Moshouetal.（2006）根據(jù)5137個葉片的光譜數(shù)據(jù)，利用SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別小麥早期黃銹病，準確率高達99％。

然而，SOFM不需要輸入模式期望值（在某些分類問題中，樣本的先驗類別是很難獲取的），其區(qū)別于BP（BackPropagation）等其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型最重要的特點是能夠自動尋找樣本的內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)屬性，這大大地拓寬了SOFM在模式識別和分類方面的應(yīng)用。

基于以上幾點，本章從光譜分析的角度對高光譜遙感影像進行分析識別和信息提取，給出了在不同光譜模型下，高光譜數(shù)據(jù)的不同分解，之后利用SOFM對具有較高光譜重疊度的這些分解進行分類識別，結(jié)合光譜分析對采樣點進行類別辨識，并通過對小麥條銹病的病情嚴重度信息提取，提出了高光譜影像波譜維光譜分析的新途徑。

簡述國內(nèi)外asr技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

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1國外發(fā)展狀況早在1928年防抱死制動理論就被提出.BOSCH公司在1936年第一個獲得了防抱死制動系統(tǒng)的專利權(quán).1954年,FORD公司將ABS裝在林肯轎車上.這一時期的各種ABS的輪速傳感器和制動壓力調(diào)節(jié)裝置都是機械式,因此,獲取的輪速信號不夠精確,制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難以保證.隨著電子技術(shù)的發(fā)展,ABS進進電子控制時代.20世紀60年代后期到70年代初期,凱爾塞·海伊斯公司研制生產(chǎn)的兩輪制動的ABS、克萊斯勒公司與BENDIX公司合作研制的四輪制動的ABS、BOSCH和TEVES公司研制的ABS、WABCO公司與BENZ公司合作研制的裝備在氣壓制動的載貨汽車上的ABS,都是由模擬式電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進行控制,直接對各制動輪以電子控制壓力進行調(diào)節(jié).由于模擬式電子控制裝置反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾,致使各種ABS均未達到預期的控制效果.20世紀70年代后期,ABS采用數(shù)字式電子技術(shù),反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著進步,ABS進人實用化階段.BOSCH公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的ABS--BOSCHABS2.自此,歐、美、日的很多公司相繼研制了形式多樣的ABS.自1985年起,BOSCH、TEVES、BENDIX、WABCO等公司開始對ABS的生產(chǎn)大力投資,以滿足汽車對ABS需要量增加的要求.目前,國際上ABS在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛,已成為盡大多數(shù)汽車的標準裝備,北美和西歐的各類客車和輕型載貨汽車,ABS的裝備率已達90%以上,轎車ABS的裝備率在60%左右,運送危險品的載貨汽車ABS的裝備率為100%.1971年BUICK公司研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機點火,以減小發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩,防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱死系統(tǒng),成為ASR的雛形.1985年,VOLVO公司試制了電子牽引力控制系統(tǒng)ETC(ElectrONicTractionControl),通過調(diào)節(jié)燃油供給量來調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩,以控制驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率,產(chǎn)生最佳驅(qū)動力.1986年,BOSCH推出了該公司的第一個牽引力控制系統(tǒng)TCS.僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩不能解決汽車在對開路面上很好地起步加速的題目.為了解決這一題目,需要對附著不好的一側(cè)驅(qū)動輪施加部分制動,以充分發(fā)揮附著條件較好的一側(cè)的地面驅(qū)動力.隨著ABS技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,利用ABS壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實現(xiàn)這一目標.采用制動干預控制的ASR系統(tǒng)通常都是同ABS集成在一起的,形成ABS/ASR系統(tǒng).1986年12月,BOSCH公司第一次將ABS與ASR結(jié)合起來,率先推出了具有防抱死制動和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR2U裝置.同期,BENZ公司與WABCO公司也聯(lián)合開發(fā)出了應(yīng)用在載貨汽車上的ABS/ASR系統(tǒng).此后,各大汽車公司紛紛開始應(yīng)用ABS/ASR系統(tǒng),使其成為頂級豪華車的標準配置.隨著各至公司不斷開發(fā)出結(jié)構(gòu)更緊湊、本錢更低、可靠性更強、功能更全面的ABS/ASR系統(tǒng),ABS/ASR系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于中、低檔汽車上.到1997年時,已經(jīng)有23家汽車廠商的近50種車型使用了ABS/ASR系統(tǒng).2國內(nèi)發(fā)展概況國內(nèi)研究開發(fā)ABS起步較晚,約始于20世紀80年代中期.但我國對ABS的系統(tǒng)開發(fā)十分重視,制定相應(yīng)的法規(guī)力促ABS的發(fā)展.1993年4月1日開始實施的GB13594-92《汽車防抱死制動系統(tǒng)性能要求和試驗方法》,為ABS成為標準裝備提供了試驗方法和依據(jù).1999年10月1日實施的GB12676--1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》規(guī)定:2003年10月1日以后,大型客車和大型載貨汽車必須安裝符合GB13594中規(guī)定的一類ABS.目前,國內(nèi)研究ABS有代表性的科.研機構(gòu)有以下幾個:吉林大學汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室、北京理工大學汽車動力性與排放測試國家專業(yè)實驗室、清華大學汽車安全與節(jié)、能國家重點實驗室、華南理工交通學院汽車系、濟南程軍電子科技公司等.這些單位在ABS的仿真、控制量、輪速信號抗干擾處理、輪速信號異點剔除、防抱電磁閥動作響應(yīng)等方面的研究取得了很多成果.同時對防抱死制動時、的滑移率的計算、滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系及ABS的控制算法也有很深的研究.國內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)ABS的公司不少,但大多數(shù)公司是和國外著名ABS公司合作生產(chǎn).完全自主生產(chǎn)開發(fā)ABS的有代表性的國內(nèi)公司有:廣州市科密汽車制動技術(shù)開發(fā)有限公司、重慶聚能汽車技術(shù)有限責任公司、東風科技汽車制動系統(tǒng)公司、西安博華機電股份有限公司等.已開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品有單通道、三通道、四通道、六通道的氣壓和液壓式的,適用于摩托車、轎車、大中型客車一、重型載貨汽車、掛車的ABS及相關(guān)零部件.這些ABS的制動性能指標達到了國外同類產(chǎn)品的水平,部分試驗數(shù)據(jù)優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品,在國內(nèi)占有一定的市場.估計2005年我國新生產(chǎn)的中、重型載貨汽車,大、中型客車ABS的裝車率為100%,而小、微型客車ABS的裝車率為20%,轎車ABS裝車率為50%.國內(nèi)對ASR的研究,大約開始于20世紀90年代.一些科研單位如清華大學、吉林產(chǎn)業(yè)大學、北京理工大學、同濟大學、上海交通大學、濟南重汽技術(shù)中心等對ASR技術(shù)的發(fā)展進行跟蹤、研究,并取得了階段性進展.目前,我國科研職員主要針對ASR控制系統(tǒng)的控制策略、控制算法、邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行研究.由于受電控發(fā)動機的限制,我國目前在ASR系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動控制為主、發(fā)動機控制為輔的控制方法.總的來說,間隔產(chǎn)品化研究還有一定的差距.因此國內(nèi)尚無自主研發(fā)的集ABS和ASR為一體的ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn).3ABS/ASR的發(fā)展趨勢ABS/ASR控制技術(shù)的進步目前,固然ABS/ASR已經(jīng)廣泛應(yīng)用,但控制方法還是以邏輯門限值控制為主.該控制方法雖比較簡單,但邏輯復雜,所有的門限值都需要大量的實驗來確定,調(diào)試起來很困難.而且,采用邏輯門限值控制的ABS/ASR系統(tǒng)通用性比較差,需要針對不同的車型重新開發(fā).隨著各種現(xiàn)代控制理論不斷發(fā)展和完善,采用優(yōu)化控制理論,可實現(xiàn)伺服控制和高精度控制.將智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到ABS/ASR系統(tǒng)中,可以進步系統(tǒng)的自適應(yīng)性和可靠性.相對于目前的基于滑移率的控制算法,基于路面附著系數(shù)的控制算法輕易實現(xiàn)連續(xù)控制,能適應(yīng)各種路面變化,控制滑移率在最佳滑移率四周,使ABS/ASR的控制效果得以改善.通過先進的測試手段可進一步完善ABS/ASR功能.例如,ABS控制車輪制動防滑時,車速沒有直接丈量,而是通過輪速的波動情況估取參考車速作為車速,然后計算滑移率用以控制,所以,ABS控制時的滑移率不能保證其正確性.隨著傳感器制造和集成技術(shù)的發(fā)展,添加車身速度傳感器來丈量車身速度,可進步ABS/ASR的控制效果.線制動系統(tǒng)BBW(Brake-by-Wire)是制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一.BBW將傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓油或空氣等傳力介質(zhì)完全由電制動取代,電能作為能量來源.制動時由電動機驅(qū)動制動鉗塊,整個系統(tǒng)內(nèi)沒有液、氣壓管路,可省略很多管路和傳感器,因而結(jié)構(gòu)簡捷.BBW由電線傳遞能量,數(shù)據(jù)線傳遞信號,制動反應(yīng)時間縮短,極大地進步了汽車的制動安全性,并為將來的智能汽車控制提供條件.此外,在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計相應(yīng)程序,操縱電控元件來控制制動力的大小及各軸制動力分配,可完全實現(xiàn)ABS及ASR等功能.BBW是一種全新的制動理念,但仍有一些題目需要解決:目前車輛的12V/24V電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量,需采用高品質(zhì)的42V電源;由于不存在獨立的主動備用制動系統(tǒng),因此需要一個備用系統(tǒng)保證制動安全;車輛在運行過程中會有各種干擾信號,如何消除這些干擾信號造成的影響是急需解決的題目.電子制動系統(tǒng)EBS(ElectronicallyControlledBrakingSystem)是適應(yīng)對汽車及掛車制動系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步進步的要求,在ABS/ASR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套綜合電子控制系統(tǒng).它除了包含ABS/ASR的基本功能外,還具有以下特點:①EBS優(yōu)化了各車輪間、主車與掛車或半掛車間的制動力分配.通常,對于常規(guī)制動系統(tǒng)而言,牽引車和掛車之間的制動協(xié)調(diào)性不能總是處于理想的匹配狀態(tài),尤其在與牽引車相配的掛車經(jīng)常更換的情況下.EBS會在任何狀態(tài)下監(jiān)控到主車與掛車的不兼容性,自動調(diào)整主車與掛車之間的制動力分配,滿足主車和掛車制動協(xié)調(diào)性的要求,改善車輛的安全性.前后橋襯片磨損協(xié)調(diào),總磨損量達到最小,所有襯片更換間隔一致,縮短了維修時間,降低運行本錢.同時,制動力的協(xié)調(diào)還可以增加制動舒適性.②EBS通過制動治理系統(tǒng)將輔助制動和行車制動同一治理.它確保在每一次制動時,實現(xiàn)無磨損制動(緩速器、發(fā)動機制動承擔大部分的制動工作,因此可以使行車制動器的溫度保持在一個最低的水平,制動襯片的磨損降低).③改善了ABS/ASR的功能,改善了制動響應(yīng)時間和車輛的制動反應(yīng),縮短了制動間隔,改善制動穩(wěn)定性.舒適的制動感應(yīng),幾乎達到轎車的制動感受.④EBS具有完善的診斷和自檢測功能,可提供關(guān)于制動系統(tǒng)的即時信息,任何故障都可以被系統(tǒng)監(jiān)測到,并正確顯示以提示維修.維修專家據(jù)此排除故障.目前,EBS在載貨汽車和客車上得到應(yīng)用,是ABS/ASR在商用車領(lǐng)域的替換產(chǎn)品.ABS/ASR市場將逐漸減少,由于EBS將考慮用于輕型車.減小體積與質(zhì)量,簡化結(jié)構(gòu)汽車上加裝一些安全裝置,質(zhì)量隨之增加,對燃油經(jīng)濟性不利.所以,在保證安全性的條件下,盡量減少質(zhì)量.另外,不論是大型車還是小型車,其安裝空間都是非常緊湊的,因此要求ABS/ASR裝置的體積盡可能的小.減小ABS/ASR體積的主要途徑是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(如減小壓力調(diào)節(jié)器尺寸)、增加集成度.目前,經(jīng)過優(yōu)化的ABS已將制動主缸、壓力調(diào)節(jié)器和電控單元等集成為一體,從而大大減小了體積和本錢.控制功能的擴展和集成將各個功能不同的汽車電子控制系統(tǒng)集成,在實現(xiàn)各自基本功能的條件下,形成新的具有更強大功能的集成電控系統(tǒng)是汽車電子控制的必然趨勢.把其它控制系統(tǒng)擴展進來,成為綜合的汽車控制系統(tǒng),是ABS/ASR系統(tǒng)的發(fā)展方向.目前,ABS/ASR向以下幾個方向發(fā)展.a.和電子制動力分配EBD(ElectricBrakeforceDistribution)集成,形成ABS/ASR/EBD系統(tǒng),可以明顯改善并進步ABS的功效.EBD的功能就是在汽車制動的瞬間,高速計算出4個輪胎由于附著力不同而導致的摩擦力數(shù)值,然后調(diào)整制動裝置,使其按照設(shè)定的程序在運動中高速調(diào)整,達到制動力與摩擦力(牽引力)的匹配,以保證車輛的平穩(wěn)和安全.當緊急制動車輪抱死的情況下,EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪胎的有效地面附著力,可以防止甩尾和側(cè)移,并縮短汽車制動間隔.b.和電子穩(wěn)定性程序ESP(ElectronicStabilityProgram)系統(tǒng)集成,形成ABS/ASR/ESP綜合控制系統(tǒng),可解除汽車制動、起步和轉(zhuǎn)向時對駕駛員的高要求.ESP又稱汽車動態(tài)控制VDC(VehicleDynamicsControl).1995年,BOSCH推出基于ABS/ASR系統(tǒng)開發(fā)出的電子穩(wěn)定性程序在吸收ABS/ASR優(yōu)點的基礎(chǔ)上,添加轉(zhuǎn)向傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器等傳感器,具有啟動對制動力和汽車行駛方向進行修正、補償?shù)墓δ?ESP通過對各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析,使ABS/ASR自動地向一個或多個車輪施加制動力,將車輛保持在駕駛者所選定的車道內(nèi),來幫助車輛維持動態(tài)平衡.因此,可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性,在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯.c.和汽車巡航自動控制ACC(AdaptiveCruiseControl)系統(tǒng)集成,形成ABS/ASR/ACC綜合控制系統(tǒng),可解除汽車制動、起步和保持安全車距方面對駕駛員的高要求.ACC裝置是近年來發(fā)展起來的一項汽車主動安全技術(shù).裝備ACC裝置,可自動根據(jù)主目標車輛與主車車輛的相對間隔、相對速度和路面狀況參數(shù),判定主車的理想安全間隔,并實時自動調(diào)節(jié)主車車速,使之實際車距不小于理想安全間隔,因而,可在較大程度上避免碰撞事故發(fā)生,具有良好的安全行駛效果.由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機調(diào)節(jié)裝置,在汽車ABS/ASR集成裝置的硬件基礎(chǔ)上,添加一個車距傳感器及相應(yīng)的電磁閥即可實現(xiàn)ACC功能.因此ABS/ASR與ACC的集成,不僅可以降低本錢,而且可以進步汽車的整體安全行駛性能.與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享,進步整體控制性能隨著汽車電子化程度不斷進步,汽車上ECU數(shù)目越來越多.為了進步信號的利用率,要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU中共享,汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換.傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用點對點的單一通訊方式,已遠不能滿足這種需求.為此,總線技術(shù)被引人到汽車電控系統(tǒng)中.今后,ABS/ASR控制系統(tǒng)的開發(fā)將基于總線技術(shù)進行,實現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的信息共享.例如,利用CAN總線和SAEJ1939,可以很輕易實現(xiàn)機械式自動變速器AMT(AutomaticMechanicalTransmission)和ABS/ASR之間的數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)資源共享.ABS采集的汽車輪速信號,可以通過變換得到變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速為AMT所用,可減少傳感器,降低控制系統(tǒng)的本錢.同時,減少了插接件,使AMT和ABS/ASR系統(tǒng)的可靠性和實時性進步.ABS工作時,可向AMT發(fā)出控制信息,要求AMT掛空檔,進步ABS的工作性能,使車輛制動更平穩(wěn)、更有效.ASR工作時可要求AMT向上換檔減少力矩,使ASR的控制效果更好.ASR可使AMT避免在低附著路面起步和加速時出現(xiàn)反復換檔現(xiàn)象.因此,信息交換和共享可以使兩個控制系統(tǒng)的功能比它們單獨控制的功能更豐富和有效,使每個控制器的功能都更加完善,便于進行更復雜的控制,為整車控制奠定基礎(chǔ).。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特有的非線性適應(yīng)性信息處理能力，克服了傳統(tǒng)人工智能方法對于直覺，如模式、語音識別、非結(jié)構(gòu)化信息處理方面的缺陷，使之在神經(jīng)專家系統(tǒng)、模式識別、智能控制、組合優(yōu)化、預測等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其它傳統(tǒng)方法相結(jié)合，將推動人工智能和信息處理技術(shù)不斷發(fā)展。

近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正向模擬人類認知的道路上更加深入發(fā)展，與模糊系統(tǒng)、遺傳算法、進化機制等結(jié)合，形成計算智能，成為人工智能的一個重要方向，將在實際應(yīng)用中得到發(fā)展。

將信息幾何應(yīng)用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究開辟了新的途徑。神經(jīng)計算機的研究發(fā)展很快，已有產(chǎn)品進入市場。光電結(jié)合的神經(jīng)計算機為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了良好條件。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在很多領(lǐng)域已得到了很好的應(yīng)用，但其需要研究的方面還很多。

其中，具有分布存儲、并行處理、自學習、自組織以及非線性映射等優(yōu)點的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他技術(shù)的結(jié)合以及由此而來的混合方法和混合系統(tǒng)，已經(jīng)成為一大研究熱點。

由于其他方法也有它們各自的優(yōu)點，所以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他方法相結(jié)合，取長補短，繼而可以獲得更好的應(yīng)用效果。

目前這方面工作有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯、專家系統(tǒng)、遺傳算法、小波分析、混沌、粗集理論、分形理論、證據(jù)理論和灰色系統(tǒng)等的融合。下面主要就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波分析、混沌、粗集理論、分形理論的融合進行分析。

與小波分析的結(jié)合1981年，法國地質(zhì)學家Morlet在尋求地質(zhì)數(shù)據(jù)時，通過對Fourier變換與加窗Fourier變換的異同、特點及函數(shù)構(gòu)造進行創(chuàng)造性的研究，首次提出了小波分析的概念，建立了以他的名字命名的Morlet小波。

1986年以來由于YMeyer、S.Mallat及IDaubechies等的奠基工作，小波分析迅速發(fā)展成為一門新興學科。

Meyer所著的小波與算子，Daubechies所著的小波十講是小波研究領(lǐng)域最權(quán)威的著作。小波變換是對Fourier分析方法的突破。

它不但在時域和頻域同時具有良好的局部化性質(zhì)，而且對低頻信號在頻域和對高頻信號在時域里都有很好的分辨率，從而可以聚集到對象的任意細節(jié)。

小波分析相當于一個數(shù)學顯微鏡，具有放大、縮小和平移功能，通過檢查不同放大倍數(shù)下的變化來研究信號的動態(tài)特性。因此，小波分析已成為地球物理、信號處理、圖像處理、理論物理等諸多領(lǐng)域的強有力工具。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將小波變換良好的時頻局域化特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學習功能相結(jié)合，因而具有較強的逼近能力和容錯能力。

在結(jié)合方法上，可以將小波函數(shù)作為基函數(shù)構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成小波網(wǎng)絡(luò)，或者小波變換作為前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入前置處理工具，即以小波變換的多分辨率特性對過程狀態(tài)信號進行處理，實現(xiàn)信噪分離，并提取出對加工誤差影響最大的狀態(tài)特性，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電機故障診斷、高壓電網(wǎng)故障信號處理與保護研究、軸承等機械故障診斷以及許多方面都有應(yīng)用，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于感應(yīng)伺服電機的智能控制，使該系統(tǒng)具有良好的跟蹤控制性能，以及好的魯棒性，利用小波包神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行心血管疾病的智能診斷，小波層進行時頻域的自適應(yīng)特征提取，前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用來進行分類，正確分類率達到94%。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然應(yīng)用于很多方面，但仍存在一些不足。從提取精度和小波變換實時性的要求出發(fā)，有必要根據(jù)實際情況構(gòu)造一些適應(yīng)應(yīng)用需求的特殊小波基，以便在應(yīng)用中取得更好的效果。

另外，在應(yīng)用中的實時性要求，也需要結(jié)合DSP的發(fā)展，開發(fā)專門的處理芯片，從而滿足這方面的要求。混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混沌第一個定義是上世紀70年代才被Li-Yorke第一次提出的。

由于它具有廣泛的應(yīng)用價值，自它出現(xiàn)以來就受到各方面的普遍關(guān)注。

混沌是一種確定的系統(tǒng)中出現(xiàn)的無規(guī)則的運動，混沌是存在于非線性系統(tǒng)中的一種較為普遍的現(xiàn)象，混沌運動具有遍歷性、隨機性等特點，能在一定的范圍內(nèi)按其自身規(guī)律不重復地遍歷所有狀態(tài)。

混沌理論所決定的是非線性動力學混沌，目的是揭示貌似隨機的現(xiàn)象背后可能隱藏的簡單規(guī)律，以求發(fā)現(xiàn)一大類復雜問題普遍遵循的共同規(guī)律。

1990年Kaihara、T.Takabe和M.Toyoda等人根據(jù)生物神經(jīng)元的混沌特性首次提出混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將混沌學引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有混沌行為，更加接近實際的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因而混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認為是可實現(xiàn)其真實世界計算的智能信息處理系統(tǒng)之一，成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要研究方向之一。

與常規(guī)的離散型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比較，混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更豐富的非線性動力學特性，主要表現(xiàn)如下：在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中引入混沌動力學行為；混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步特性；混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的吸引子。

當神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)輸入發(fā)生較大變異時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的固有容錯能力往往感到不足，經(jīng)常會發(fā)生失憶現(xiàn)象。

混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)記憶屬于確定性動力學運動，記憶發(fā)生在混沌吸引子的軌跡上，通過不斷地運動(回憶過程)一一聯(lián)想到記憶模式，特別對于那些狀態(tài)空間分布的較接近或者發(fā)生部分重疊的記憶模式，混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)總能通過動態(tài)聯(lián)想記憶加以重現(xiàn)和辨識，而不發(fā)生混淆，這是混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所特有的性能，它將大大改善Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶能力。

混沌吸引子的吸引域存在，形成了混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)固有容錯功能。這將對復雜的模式識別、圖像處理等工程應(yīng)用發(fā)揮重要作用。

混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受到關(guān)注的另一個原因是混沌存在于生物體真實神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，并且起到一定的作用，動物學的電生理實驗已證實了這一點。

混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其復雜的動力學特性，在動態(tài)聯(lián)想記憶、系統(tǒng)優(yōu)化、信息處理、人工智能等領(lǐng)域受到人們極大的關(guān)注。

針對混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有聯(lián)想記憶功能，但其搜索過程不穩(wěn)定，提出了一種控制方法可以對混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的混沌現(xiàn)象進行控制。研究了混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在組合優(yōu)化問題中的應(yīng)用。

為了更好的應(yīng)用混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力學特性，并對其存在的混沌現(xiàn)象進行有效的控制，仍需要對混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進行進一步的改進和調(diào)整，以及混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的進一步研究。

基于粗集理論粗糙集(RoughSets)理論是1982年由波蘭華沙理工大學教授Z.Pawlak首先提出，它是一個分析數(shù)據(jù)的數(shù)學理論，研究不完整數(shù)據(jù)、不精確知識的表達、學習、歸納等方法。

粗糙集理論是一種新的處理模糊和不確定性知識的數(shù)學工具，其主要思想就是在保持分類能力不變的前提下，通過知識約簡，導出問題的決策或分類規(guī)則。

目前，粗糙集理論已被成功應(yīng)用于機器學習、決策分析、過程控制、模式識別與數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域。

粗集和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的共同點是都能在自然環(huán)境下很好的工作，但是，粗集理論方法模擬人類的抽象邏輯思維，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模擬形象直覺思維，因而二者又具有不同特點。

粗集理論方法以各種更接近人們對事物的描述方式的定性、定量或者混合性信息為輸入，輸入空間與輸出空間的映射關(guān)系是通過簡單的決策表簡化得到的，它考慮知識表達中不同屬性的重要性確定哪些知識是冗余的，哪些知識是有用的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是利用非線性映射的思想和并行處理的方法，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身結(jié)構(gòu)表達輸入與輸出關(guān)聯(lián)知識的隱函數(shù)編碼。

在粗集理論方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法處理信息中，兩者存在很大的兩個區(qū)別：其一是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理信息一般不能將輸入信息空間維數(shù)簡化，當輸入信息空間維數(shù)較大時，網(wǎng)絡(luò)不僅結(jié)構(gòu)復雜，而且訓練時間也很長；而粗集方法卻能通過發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的關(guān)系，不僅可以去掉冗余輸入信息，而且可以簡化輸入信息的表達空間維數(shù)。

其二是粗集方法在實際問題的處理中對噪聲較敏感，因而用無噪聲的訓練樣本學習推理的結(jié)果在有噪聲的環(huán)境中應(yīng)用效果不佳。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法有較好的抑制噪聲干擾的能力。

因此將兩者結(jié)合起來，用粗集方法先對信息進行預處理，即把粗集網(wǎng)絡(luò)作為前置系統(tǒng)，再根據(jù)粗集方法預處理后的信息結(jié)構(gòu)，構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理系統(tǒng)。

通過二者的結(jié)合，不但可減少信息表達的屬性數(shù)量，減小神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)的復雜性，而且具有較強的容錯及抗干擾能力，為處理不確定、不完整信息提供了一條強有力的途徑。

目前粗集與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合已應(yīng)用于語音識別、專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘、故障診斷等領(lǐng)域，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粗集用于聲源位置的自動識別，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粗集用于專家系統(tǒng)的知識獲取中，取得比傳統(tǒng)專家系統(tǒng)更好的效果，其中粗集進行不確定和不精確數(shù)據(jù)的處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行分類工作。

雖然粗集與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合已應(yīng)用于許多領(lǐng)域的研究，為使這一方法發(fā)揮更大的作用還需考慮如下問題：模擬人類抽象邏輯思維的粗集理論方法和模擬形象直覺思維的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法更加有效的結(jié)合；二者集成的軟件和硬件平臺的開發(fā)，提高其實用性。

與分形理論的結(jié)合自從美國哈佛大學數(shù)學系教授BenoitB.Mandelbrot于20世紀70年代中期引入分形這一概念，分形幾何學(Fractalgeometry)已經(jīng)發(fā)展成為科學的方法論--分形理論，且被譽為開創(chuàng)了20世紀數(shù)學重要階段。

現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于自然科學和社會科學的幾乎所有領(lǐng)域，成為現(xiàn)今國際上許多學科的前沿研究課題之一。由于在許多學科中的迅速發(fā)展，分形已成為一門描述自然界中許多不規(guī)則事物的規(guī)律性的學科。

它已被廣泛應(yīng)用在生物學、地球地理學、天文學、計算機圖形學等各個領(lǐng)域。

用分形理論來解釋自然界中那些不規(guī)則、不穩(wěn)定和具有高度復雜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，可以收到顯著的效果，而將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與分形理論相結(jié)合，充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性映射、計算能力、自適應(yīng)等優(yōu)點，可以取得更好的效果。

分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域有圖像識別、圖像編碼、圖像壓縮，以及機械設(shè)備系統(tǒng)的故障診斷等。

分形圖像壓縮/解壓縮方法有著高壓縮率和低遺失率的優(yōu)點，但運算能力不強，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行運算的特點，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于分形圖像壓縮/解壓縮中，提高了原有方法的運算能力。

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與分形相結(jié)合用于果實形狀的識別，首先利用分形得到幾種水果輪廓數(shù)據(jù)的不規(guī)則性，然后利用3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對這些數(shù)據(jù)進行辨識，繼而對其不規(guī)則性進行評價。

分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已取得了許多應(yīng)用，但仍有些問題值得進一步研究：分形維數(shù)的物理意義；分形的計算機仿真和實際應(yīng)用研究。隨著研究的不斷深入，分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必將得到不斷的完善，并取得更好的應(yīng)用效果。?。

國內(nèi)外人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的土壩病害診斷知識獲取方法摘要：以土壩測壓管水位異常診斷為實例，對反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓練，然后通過典型示例經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算生成顯式的診斷規(guī)則，為專家系統(tǒng)診斷推理時直接調(diào)用。

該方法是土壩病害診斷知識獲取的一種新方法，是對傳統(tǒng)知識獲取方式的拓展和補充。

關(guān)鍵詞：土壩；病害診斷；測壓管異常；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；知識獲取我國目前已修建各種類型水庫8.6萬余座（是世界水庫最多的國家之一），大中型水閘7.6萬座，河道堤防20多萬公里。

這些水利工程和設(shè)施所發(fā)揮的巨大作用和效益大大促進了社會和經(jīng)濟的發(fā)展。

然而從另一方面還應(yīng)看到，在已建的水利工程中尚存許多不安全因素，由于修建當時的經(jīng)濟、技術(shù)條件限制以及其它一些因素的影響，使很多工程存在病害或隱患，另外，由于長期受各種自然或人為因素影響，加之年久失修，管理跟不上，老化現(xiàn)象也很嚴重，很大程度上影響了工程正常運行和效益的發(fā)揮，有些工程因此而失事。

僅就土石壩而，歷年累積潰壩率就高達3.4%。因此如何準確、及時地診斷出建筑物的隱患和病害，并對建筑物的安全性做出合理科學的評價意義十分重大。是當前水利工程管理中亟待解決的一項重要課題。

水工建筑物的病害診斷是一項非常復雜的工作，需要有豐富經(jīng)驗的專家才能勝任。

解決上述問題的一個好的辦法是在做好監(jiān)測的基礎(chǔ)上，把專家經(jīng)驗、人工智能（AI）技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)以及數(shù)值分析計算等有機結(jié)合起來，建造專家系統(tǒng)（ExpertSystem簡稱：ES）。

而專家系統(tǒng)開發(fā)中最關(guān)鍵的“瓶頸”問題就是知識獲取，它既包括知識的體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)容等難于獲取，也包括推理規(guī)則中的推理參數(shù)（如可信度）難以確定等。

筆者以土壩為研究對象開發(fā)了具有學習功能的土壩病害診斷專家系統(tǒng)ESLEDFDS[1,2]，在系統(tǒng)開發(fā)中為解決知識獲取問題，采取了傳統(tǒng)的訪談（Interview）式的知識獲取與從病害工程實例中抽取知識（事例學習）相結(jié)合的形式。

實踐證明該形式效果良好。論文將以土壩測壓管水位異常診斷知識的獲取為例，介紹一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)事例學習的土壩病害診斷知識的獲取方法。

1知識源分析及知識獲取方法的選擇土壩病害診斷的知識源主要有3個：（1）壩工診斷專家。大量的經(jīng)驗性知識存在于專家的大腦中，具有專有性和潛在性等特點。

有時連專家本人也不容易系統(tǒng)地總結(jié)、歸納自己的知識，而且不易做出解釋。這也就決定了它的難于獲取，但它是ES知識的主要來源。（2）相關(guān)文獻資料。文獻資料作為一種信息載體，包含了大量理論和經(jīng)驗知識。

其特點是量大、分散。而且，由于不同的文獻來源于不同的著者，對同一問題的看法和分析結(jié)果可能有所差異，甚至相悖，所以有助于消除單個專家知識的片面性。

但從大量分散的文獻中抽取ES知識庫所需的知識和方法，需經(jīng)反復分析比較。（3）實例。

一般情況下，專家頭腦中知識的存儲往往是片斷的、非系統(tǒng)的，以訪談的形式，讓專家敘述自己的知識時，一個個片斷很難一下子系統(tǒng)地組織起來。

而一旦真正面對實際問題（實例）壩工診斷專家卻能夠作很好的分析，說明這種刺激能使專家自覺或不自覺地去組織自己的知識。

所以，同專家一同分析實例，可以了解專家的推理過程及所用知識，同時，經(jīng)過專家分析的工程實例中蘊涵了專家的經(jīng)驗知識和推理判斷，并且大多實例分析結(jié)果的正確與否已經(jīng)得到實際驗證。

因此，實例是一種非常重要的知識源，可以通過一些模型、方法對實例進行學習，提煉出蘊涵在實例中的診斷知識。筆者在ESLEDFDS的知識獲取中綜合利用了以上3種知識源。

通過走訪專家、同專家一起分析文獻資料，把診斷知識整理成一條條規(guī)則，存儲于外部知識庫中。此外，為補充專家經(jīng)驗知識的不足，還對收集的80余例土壩病害實例，應(yīng)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行了事例學習和新規(guī)則生成。

......。

自動控制原理的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

自動化科學作為一門學科起源于20世紀初，自動化科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論來自于物理等自然科學和數(shù)學、系統(tǒng)科學、社會科學等基礎(chǔ)科學。自動控制理論在現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展中有著重要的地位，起著重要的作用。

在第40屆IEEE決策與控制年會的全會開篇報告中，美國學者JohnDoyle教授引用了國際著名學者，哈佛大學的何數(shù)奇教授的新觀點：“控制將是21世紀的物理學”。

自動控制系統(tǒng)的早期應(yīng)用可以追溯到兩千多年前古埃及的水鐘控制與中國漢代的指南車控制，但當時未建立起自動控制的理論體系。

1769年，英國科學家JamesWatt設(shè)計的內(nèi)燃機引發(fā)了現(xiàn)代工業(yè)革命，1788年Watt為內(nèi)燃機設(shè)計的飛錘調(diào)速器會出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，所以后來出現(xiàn)了Maxwell對微分方程系統(tǒng)穩(wěn)定性的理論研究，他指出線性系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是其特征根均有負實部，Roth和Hurwitz等人提出了間接的穩(wěn)定判據(jù)，使得高階系統(tǒng)穩(wěn)定性判定成為可能。

控制器的設(shè)計問題是由Minorsky在1922年開始研究的，其研究成果可以看成是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的PID控制器的前身，而1942年，Ziegler和Nichols提出了調(diào)節(jié)PID（ProportionIntegrationDifferentiation，比例積分微分）控制器參數(shù)的經(jīng)驗公式方法，此方法對當今的PID控制器整定仍有影響。

自動控制理論是自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是一門理論性較強的科學。按照自動控制理論發(fā)展的不同階段，自動控制理論一般可分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”兩大部分。

20世紀中葉，由于自動控制技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成并日臻成熟了“經(jīng)典控制理論”。這些理論主要是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入單輸出自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。

采用的方法主要是微分方程分析法、根軌跡分析法和頻域分析法。這些方法對控制系統(tǒng)的分析設(shè)計和運行發(fā)揮了重要的作用，并積累了豐富的經(jīng)驗，成功地解決了一系列以輸出反饋為主要控制手段的自動控制問題。

20世紀60年代開始，由于生產(chǎn)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)日趨復雜、規(guī)模日趨龐大，特別是空間技術(shù)的發(fā)展，使自動控制理論有了一次新的飛躍，逐漸形成了“現(xiàn)代控制理論”。

這些理論主要是以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入多輸出及變參數(shù)、非線性控制系統(tǒng)的分析設(shè)計問題。

近年來，由于計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用數(shù)學研究的進展，特別是一些新型控制技術(shù)，諸如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預測控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制等的出現(xiàn)，使自動控制理論又有了日新月異的發(fā)展。

目前主要是龐大的系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大系統(tǒng)理論和在模仿人類智能活動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能控制方面，都取得了許多重大進展。

“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”是自動控制理論發(fā)展的兩個階段，但它們又是相互聯(lián)系，相互促進的。

“現(xiàn)代控制理論”不能看成是“經(jīng)典控制理論”簡單的延伸和推廣，在所采用的數(shù)學工具、理論基礎(chǔ)、研究方法、研究對象等多方面有著明顯的不同，可以說是一次質(zhì)的飛躍。但是，這并不意味著這兩種方法原理截然分離。

特別是在解決實際工程問題中，許多用經(jīng)典理論控制解決的問題，同樣可以用現(xiàn)代控制理論從方法上看更加完備或結(jié)果更強，但是，經(jīng)典控制理論簡潔實效的分析方法和控制方式，往往是現(xiàn)代控制理論難以實現(xiàn)的。

也就是說，它們又有很強的互補性。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的提高，為經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展及應(yīng)用都提供了廣闊的前景。

系統(tǒng)的頻域分析技術(shù)是在Nyquist、Bode、Nichols等進行的早期關(guān)于通信學科的頻域研究工作的基礎(chǔ)上建立起來的，Harris于1942年提出的傳遞函數(shù)概念將通信學科的頻域技術(shù)移植到了控制領(lǐng)域，構(gòu)成了控制系統(tǒng)頻域法理論研究的基礎(chǔ)。

Evans在1946年提出的線性反饋系統(tǒng)的根軌跡分析技術(shù)是那個時代的另一個里程碑，在這些成果的基礎(chǔ)上誕生了第一代控制理論——經(jīng)典控制理論。

前蘇聯(lián)學者Portraying于1956年提出的極大值原理、美國學者Bellman的動態(tài)規(guī)劃和美國學者Kalmar的狀態(tài)空間分析技術(shù)開創(chuàng)了控制理論研究的新時代，這三個代表性成果構(gòu)成了第二代控制理論——即當時所謂的“現(xiàn)代控制理論”的理論基礎(chǔ)。

在那個時期以后，控制理論研究中出現(xiàn)了線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器、極點配置狀態(tài)反饋、最優(yōu)狀態(tài)觀測器及線性二次型Gauss問題的研究，并在后來出現(xiàn)了引入回路傳輸恢復技術(shù)的LQG（LinearQuadraticGaussian，線性二次高斯）控制器。

控制的對象和過程自動地按照預定的規(guī)律運行。

例如使導彈能夠命中目標；宇宙飛船準確地登上月球，并按預定的時間與地點返回地球；機床能夠自動加工出符合一定形狀與精度的零件；機器人能按一定的規(guī)律進行某種操作；化學反應(yīng)器在一定的壓力、溫度所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過自動控制裝置使被下反應(yīng)并生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品等，都離不開自動控制理論與自動控制技術(shù)的發(fā)展。

自20世紀40年代以來自動控制應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，除了在航天航空技術(shù)、軍事裝備及部門、工業(yè)生產(chǎn)過程中，自動控制技術(shù)起著特別重要的作用外，目前大至世界及國家政治經(jīng)濟管理、能源控制、醫(yī)療衛(wèi)生、地區(qū)規(guī)劃、交通運輸，小至人的日常生活，都離不開自動控制理論及自動控制技術(shù)的應(yīng)用。

自動控制技術(shù)全國及世界現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

。

工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。

工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。

工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。

我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設(shè)備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。

目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。

一、以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動化將成為主流眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進步（即新設(shè)備、新工藝以及計算機應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。

20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。

全球市場導致競爭空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（TimetoMarket）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。

雖然計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實現(xiàn)“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個正確”。

然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國，中小型企業(yè)以及準大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動化的道路。

工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎(chǔ)自動化和過程自動化。

傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價格之高令眾多企業(yè)望而卻步。

20世紀90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。

我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。

由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案。

基于PC的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，PC控制系統(tǒng)維護成本低。

由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應(yīng)商對PC的應(yīng)用感到很不安。事實上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。近年來，工業(yè)PC在我國得到了異常迅速的發(fā)展。

從世界范圍來看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機和CompactPCI工控機以及它們的變形機，如AT96總線工控機等。

由于基礎(chǔ)自動化和過程自動化對工業(yè)PC的運行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是CompactPCI-based工控機，而IPC將占據(jù)管理自動化層。

國家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計算機為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動化重大專項，目標就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PC-based控制系統(tǒng)，在3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50%的國內(nèi)市場，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

幾年前，當“軟PLC”出現(xiàn)時，業(yè)界曾認為工業(yè)PC將會取代PLC。然而，時至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng)WindowsNT的原因。

一個成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見，工業(yè)PC與PLC的競爭將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復雜且設(shè)備集成度高。

工業(yè)PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發(fā)展趨勢看，控制系統(tǒng)的將來很可能存在于工業(yè)PC和PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。

和PLC一樣，工業(yè)PC市場在過去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。

據(jù)Frost&Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會翻一番，工業(yè)PC市場變得非常可觀。

二、PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。

同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。

國內(nèi)PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說PLC在我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。

專家估計，2000年P(guān)LC的國內(nèi)市場銷量為15(20萬套（其中進口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。

預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35(45億元人民幣。PLC市場也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。

但是，按照AutomationResearchCorp的預測，盡管全球經(jīng)濟下滑，PLC市場將會復蘇，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長。

微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。

隨著軟PLC（SoftPLC）控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。

當前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴展，PLC也不例外。現(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。

可以相信，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。

三、面向測控管一體化設(shè)計的DCS系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）問世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。

我國從70年代中后期起，首先由大型進口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進口。

80年代初期在引進、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。

近10年，特別是“九五”以來，我國DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。

這批企業(yè)研制生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達到或接近國際先進水平。在2001年全國應(yīng)用的4426套DCS系統(tǒng)中，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)為1486套，占35%。

短短幾年，國外DCS系統(tǒng)在我國一統(tǒng)天下的局面從此不再出現(xiàn)。這些專業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場份額，積累了發(fā)展的資本和技術(shù)，同時使得國外引進的DCS系統(tǒng)價格也大幅度下降，為我國自動化推廣事業(yè)做出了貢獻。

與此同時，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增長。雖然國產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長足進步，但國外DCS產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。

我國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場增長率不會下降。

據(jù)統(tǒng)計，到2005年，我國石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬千瓦發(fā)電機組，需要DCS實現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。

所以，今后5年內(nèi)DCS作為自動化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會動搖。根據(jù)中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國DCS市場狀況如下：小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發(fā)展的主要方向。

目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。

PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。

開放性的DCS系統(tǒng)將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在整個企業(yè)內(nèi)部自由流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無縫連接，向測控管一體化方向發(fā)展。

四、控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線（FCS）方向發(fā)展由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（FieldbusControlSystem）。

FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備（FieldDevice）中。

基于現(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場一對一的4(20mA模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。

根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。

IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標準工作，走過了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標準制定就陷于混亂。

2000年初公布的IEC61158現(xiàn)場總線國際標準子集有八種，分別為：類型1IEC技術(shù)報告（FFH1）；類型2Control-NET（美國Rockwell公司支持）；類型3Profibus（德國Siemens公司支持）；類型4P-NET（丹麥ProcessData公司支持）；類型5FFHSE（原FFH2）高速以太網(wǎng)（美國FisherRosemount公司支持）；類型6Swift-Net（美國波音公司支持）；類型7WorldFIP（法國Alsto公司支持）；類型8Interbus（美國PhoenixContact公司支持）。

除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外，IECTC17B通過了三種總線標準：SDS（SmartDistributedSystem）；ASI（ActuatorSensorInterface）；DeviceNET。

另外，ISO公布了ISO11898CAN標準。其中DeviceNET于2002年10月8日被中國批準為國家標準，并于2003年4月1日開始實施。

目前在各種現(xiàn)場總線的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點。

其關(guān)注的焦點主要集中在兩個方面：(1)能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準；(2)現(xiàn)場總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時風靡世界的DCS系統(tǒng)。

采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢。

國家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的發(fā)展，重點放在智能化儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟。

2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)”兩個項目相繼完成。

這兩個項目以及先期完成的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項目，針對國際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場總線協(xié)議并存的局面，重點選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)攻關(guān)。

總之，計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。

雖然以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標準、儀表智能化等。

另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個較長的過程，同時DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善。

可以肯定的是，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進控制等新技術(shù)的FCS將具有強大的生命力。

工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場得到了越來越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。

五、儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展經(jīng)過五十年的發(fā)展，我國儀器儀表工業(yè)已有相當基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營銷體系。

現(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè)6000余家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。

據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，除去隨成套工程項目配套引進的儀器儀表不計，去年進口各類儀器儀表近60億美元，約占我國儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。

但目前我國儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進口。

中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國外產(chǎn)品占有我國市場60%以上的份額，而國產(chǎn)分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。

2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準的“十五”計劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控機床，儀器儀表和基礎(chǔ)零部件放到重要位置，努力提高質(zhì)量和技術(shù)水平”。

2001年8月，國家計委把儀器儀表明確列為國民經(jīng)濟重要技術(shù)裝備，國家經(jīng)貿(mào)委制定并公布的儀器儀表行業(yè)“十五”規(guī)劃，確立了6項高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目：1.基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)及智能儀表；2.新型傳感器；3.智能化工業(yè)控制部件與執(zhí)行機構(gòu)；4.環(huán)境與污染源監(jiān)測儀器及自動監(jiān)測系統(tǒng)；5.城市污水處理利用成套工藝設(shè)備中的儀表自動化控制系統(tǒng)；6.煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動化控制系統(tǒng)。

根據(jù)儀器儀表行業(yè)的預測，“十五”期間我國儀器儀表市場大致是：2002年1628億，2003年1790億，2004年1969億，2005年2165億。

五年間，平均年市場容量為1806億（相當于220億美元），其中工業(yè)自動化儀表和控制系統(tǒng)占41%、科學測試儀器占25%、醫(yī)療儀器占17%、其它占17%，平均年增長率將不會低于10%。

今后儀器儀表技術(shù)的主要發(fā)展趨勢：*儀器儀表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表；*測控設(shè)備的PC化，虛擬儀器技術(shù)將迅速發(fā)展；*儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠程測控系統(tǒng)。

幾點建議：*開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)。*加強儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力。*進一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。

六、數(shù)控技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了51年的歷程。

近10年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，發(fā)展很快。目前正朝著標準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。

就結(jié)構(gòu)形式而言，當今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型：1.傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)；2.“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；3.“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；4.SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。

我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動了機電控制與傳動控制技術(shù)的發(fā)展。

同時，具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。

國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是：*新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；*驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；*增強通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；*數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。

進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經(jīng)濟時代，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。

近年來，我國數(shù)控機床一直保持兩位數(shù)增長。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元。

2002年產(chǎn)值達260億元，產(chǎn)量居世界第4。但與發(fā)達國家相比，我國機床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%；消費值數(shù)控化率還不到50%，而發(fā)達國家大多在70%左右。

由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，高檔次的數(shù)控機床及配套部件只能靠進口，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。

智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床發(fā)展的主要趨勢：*向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展；*向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展；*向PC-based化和開放性方向發(fā)展；*出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。

*信息技術(shù)（IT）與機床的結(jié)合，機電一體化先進機床將得到發(fā)展。*納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。*節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場。

七、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展自從1977年第一個民用網(wǎng)系統(tǒng)ARCnet投入運行以來，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和技術(shù)價格方面的優(yōu)勢，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。

然而，在工業(yè)現(xiàn)場，一些工業(yè)環(huán)境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，無線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越大的作用。

無線局域網(wǎng)（WirelessLAN）技術(shù)可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。

無線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡(luò)電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。

802.3用于點對點方式，802.11用于一點對多點方式。無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。

無線局域網(wǎng)的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，有成千上萬的感應(yīng)器，檢測器，計算機，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485。

無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng)IEEE802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE802.3標準，支持標準的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。

無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。

八、工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展自20世紀80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發(fā)展的。

工業(yè)控制軟件主要包括人機界面軟件（HMI），基于PC的控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。

目前，我國已開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實時監(jiān)控軟件平臺、先進控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件，工程化、產(chǎn)品化有了一定突破，打破了國外同類應(yīng)用軟件的壟斷格局。

通過在化工、石化、造紙等行業(yè)的數(shù)百個企業(yè)（裝置）中應(yīng)用，促進了企業(yè)的技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)過程控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益。

2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃項目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及計算機應(yīng)用技術(shù)”通過了驗收。

作為工控軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。

在此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。先進過程控制APC（AdvancedProcessControl）目前還沒有嚴格而統(tǒng)一的定義。

一般將基于數(shù)學模型而又必須用計算機來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進過程控制策略。如：*自適應(yīng)控制；*預測控制；*魯棒控制；*智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。

由于先進控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個強大的流程工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。

因此，開發(fā)我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進控制和優(yōu)化軟件，打破外國產(chǎn)品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標準化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性發(fā)展方向。

結(jié)束語工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。

在“十五”期間，國家用信息化帶動工業(yè)化的工作重點有三個方面：一是以電子信息技術(shù)應(yīng)用為重點，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程自動化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進制造技術(shù)應(yīng)用為重點，推進制造業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)，振興裝備制造業(yè)；三是改造提升重點產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)及其相關(guān)配套技術(shù)水平、工藝和裝備水平。

國家實施高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要目標有兩個：一是發(fā)展高技術(shù)，形成新興產(chǎn)業(yè)，培育新的增長點；二是利用先進技術(shù)改造和優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟增長的質(zhì)量。

由于大力發(fā)展工業(yè)自動化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國家整體國力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項，用信息化帶動工業(yè)化，推動工業(yè)自動化技術(shù)的進一步發(fā)展，加強技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟發(fā)展面臨的深層問題，進一步提高國民經(jīng)濟整體素質(zhì)和綜合國力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

什么是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一項復雜的系統(tǒng)控制技術(shù)，一般應(yīng)用在變頻器的控制中，它是通過對系統(tǒng)的辨識、運算后對變頻器進行控制的一種新技術(shù)。

而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以同時控制多個變頻器，所以應(yīng)用在多個變頻器級聯(lián)控制中比較合適。

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總結(jié)

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