智能仪器课后习题答案.
1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。
参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5
（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术
总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。
1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8
（1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术
1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。
1-6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6
从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。
微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）1-7智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点？ P12
FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。
1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？
P11
（1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易；
（2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
2-1 数据采集系统主要实现哪些基本功能？P15
智能仪器的数据采集系统简称DAS ，是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。 信号采集、信号调理、模数转换、微机显示数据、处理数据、记录数据和传输数据。
2-2 简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。P15-16
（1）集中采集式：
a 分时采集型 特点：多路信号共同使用一个S/H 和A/D 电路，简化了电路结构，降低了成本。（但对信号的采集式由模拟多路切换器即多路转换开关分时切换、轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上是依次被采集的，不能获得同一时刻的数据，这样就产生了时间偏斜误差。）
b 同步采集型 特点：在多路转换开关之前给每路信号通路各加一个采样保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样。（然后由各自的保持器保持着采样信号的幅值，等待多路转换开关分时切换进入公用的A/D 电路将保持的采样幅值转换成数据输入主机。这样可以消除分时采集型结构的时间偏斜误差，这种结构既能满足同步采集的要求，又比较简单。不足之处：在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长，而保持器会有一些泄露，是信号有所衰减。）
（2）分散采集式：每一路信号一般都有一个S/H 和A/D ，不再需要模拟多路转换器MNX 。（每一个S/H 和A/D 之对本路信号进行模数转换即数据采集，采集的数据按一定的顺序或随机地输入计算机，根据采集系统中计算机控制结构的差异可以分为分布式单机采集系统和网络式采集系统。）
2-3 采样周期与那些因素有关，如何选择采样周期？
2-4 为什么要在数据采集系统中使用测量放大器？P19
由于电路内有这样或那样的噪声源存在，是的电路在没有信号输入时，输出端仍存在一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。把电路输出端测得的噪声有效值ON V 折算到改电路的输入端即除以该电路的增益K ，得到的电平值称为该电路的等效输入噪声IN V ，即/IN ON V V K =。如果在高电路输入端的信号幅度IS V 小到比该电路的IN V 还要低，那么这个信号就会被电路的噪声所“淹没”。为了不使小信号被淹没，就必须在该电路前面加一级放大器。
2-6 在设计数据采集系统式，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么？
1隔离作用,总线要求。 2 输入多选择。
2-7 能否说一个带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制？为什么？P46不能说带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制。
因为在A/D 转换器在进行转换时需要一定的时间，在这个转换时间内，被转换的模拟量应基本保持不变，否则转换精度没有保证，甚至根本失去看转换的意义。所以转换时间c t 制约着转换信号的最高频率。max 112m c
f t π+=（式1），进而影响数据采集系统的采样频率max 2s f f ≥。在A/D 之前加上采样/保持器后max 11
2m AP f t π+=（式2），AP t 为孔径时间。由于AP c t t ，所以由式2限定的信号频率远远
高于式1限定的频率，采样/保持器扩展了被转换信号的范围，进而扩展了采样频率，但仍受AP t 的限制，不能无限增大。
2-8在为一个数据采集系统选择微机时，主要考虑哪些因素？
（1） 系统的通过速率，即系统速率、传输速率、采样速率或吞吐速率（单位时间内系统对模拟信号的采集次数）
（2）系统的分辨率，即数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量
（3）系统的精度，当系统工作在额定速率下，系统采集的数值和实际值的差尽量要小
2-9
2-10 如果一个数据采集系统，要求有1%级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，怎样选择系统的各个元器件？P55
通常传感器和信号放大电路所占的误差比例最大，其他各环节如采样/保持器和A/D 转换器等误差，可以按选择元器件精度的一般规则和具体情况而定，选择元器件精度的一般规则是：每一个元器件的精度指标应该优于系统规定的某一最严格的性能指标的10倍左右。
所以此题中传感器和信号放大电路的总误差可分配成0.9%，A/D 转换器和S/H 器和多路模拟开关分配0.1%，且每个组件的误差应不大于0.01%。
2-11 一个带有采样/保持器的数据采集系统，其采样频率
100s f kHZ =,10FSR V =, 3AP t ns ?=,8n =,试问系统的采样频率是
否太高？P47 13max 19911 2.071022310
m AP f HZ t ππ+-===???? max s f f <，故系统的采样频率不高
2-12 数据采集系统的组成P15
2-13 信号调理电路的组成P17
3-1 键盘有哪几种组成方式？各自有何特点？按键去抖有哪几种方法？
键盘的组成方式及特点P60-P63
（1）非编码键盘包括独立连接式非编码键盘（结构简单，但当键数较多时，就要占用多个接口）和矩阵式非编码键盘（可以减少键盘接口）。非编码键盘处理软件复杂，硬件简单。
（2）编码键盘由硬件来识别键闭合、释放状态，由硬件消除键抖动影响以及实现一些保护措施的方法，可以节省CPU相当多的时间。这种键盘处理软件简单，但硬件较复杂。
按键去抖动的方法：
硬件方法和软件方法。通常在键的个数较少时可采取硬件措施，即用R-S触发器或单稳态电路来消除按键抖动。键数较多时，常用软件反弹跳，及采用软件延时法。
3-2键盘接口主要解决哪些问题？P60
（1）决定是否有键按下
（2）如果有键按下，决定是哪一个键被按下
（3）确定被按键的读书
（4）反弹跳-按键抖动的消除
（5）不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据
（6）处理同时按键，即同时又一个以上的按键情况
3-3
3-4LCD有那两种常用的驱动方式？说明一种驱动方式的工作原理。P65图3-8
（1）静态驱动方式
A端接交变的方波信号，B端接控制该段显示状态的信号。从图中可以看出，当该段两个电极上的电压相同时，电极间的相对电压为0.，该段不显示；当两极上的电压相位相反时，两电极间的相对电压为两倍幅值的方波电压，该段显示，即呈黑色显示状态。
（2）迭加驱动方式（时分割驱动法）
3-5试述当前集中常见触摸屏的工作原理。P81-P82
（1）电阻式触摸屏电阻式触摸屏的主要部分是一块玉显示器表面紧密配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层叫ITO的透明导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮得塑料层，她的内表面也涂有一层导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把他们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了一个结束，控制器检测到这个接通点并计算出X、Y轴的位置，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
（2）红外线式触摸屏红外线式触摸屏以光束阻断技术为基础，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料，而是在显示屏幕四周安放一个光点距架框，在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线组成的栅格。当有任何物体进入这个栅格的时候，就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，在红外线探测器上会收到变化的信号，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置，经由控制器将触摸的位置坐标传递给操作系统。
（3）电容式触摸屏把人体当作一个电容元件的电极使用，是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，当用户和触摸屏表面耦合出足够量的电容时，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这4个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置，
（4）表面声波式触摸屏通过屏幕纵向和横向边缘的压电换能器发射超声波来实现。在各自对面的边缘装有超声波传感器，屏幕表面形成纵横交错的超声波栅格。当收获触摸笔接近屏幕表面，接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口的位置既是触摸坐标。
3-6什么是同步通信方式和异步通信方式？与RS-232标准相比，RS-422/485标准有何优点？请说明RS-422/485标准为何有这样的优点。
同步通信方式：在数据开始传送前用同步字符来指示，并由时钟来实现发送端和接收端同步，字符与字符间没间隙；异步通信方式：数据时一帧一帧（包括字符代码或一字节数据）传送的。
P88优点：RS-232存在数据传输速率慢和传送距离短的缺点。RS-422/485标准传输速率快，传送距离远。
因为RS-232发送器驱动电容负载的最大能力为2500pF，这就限制了信号线的最大长度。RS-232规定的逻辑电平与一般处理器的逻
辑电平不一致，须与转换电平芯片连接，通信距离小，传输速率小。而RS-422/485的信号传输是利用信号导线之间的电相位差，传输距离远，速率高。
3-7两台智能仪器均以51系列单片机为主构成去内部的微机系统，当两台智能仪器采用RS-232标准仅用TXD、RXD信号进行通信时，试设计从一个仪器到另一个仪器之间利用串行通信的所有电路的原理图。设两台仪器均只提供+5V电源。
P88图3-31
3-8画出将3-7题的通信标准换成RS-485后的电路连线图。
P92 图3-36、图3-37
3-9 简述USB总线的特点及优越性。P92-P93
特点：（1）USB接口统一了各种接口设备的连接头
（2）即插即用，并能自动检测与配置系统的资源
（3）具有“热插拔”的特性
（4）USB最多可以连接127个接口设备
（5）USB1.1的接口设备采用两种不同的速度:12Mbit/s（全速）和1.5Mbit/s（慢速）。USB2.0的传输速度最高可达到480Mbit/s。
优势：（1）简化外部接口设备与主机之间的连线，并用一条传输缆线来串接各类型的接口设备
（2）可以在不需要重新开机的情况下安装硬件
3-10 USB的基本框架包含那几部分？P93
（1）USB主机控制器/根集线器
（2）USB集线器
（3）USB设备
3-11 USB有几种传输模式？试简述各种传输方式的特性。P97
（1）控制传输是USB中最重要的传输，唯有正确的执行完控制传输才能进一步执行其他传输模式。需以双向传输达到这个请求。能自定义请求来为任何目的而发送或接收数据块。所有USB设备必须支持控制传输。
（2）中断传输它是为那些必须快速接收到主机或设备的数据而准备的。是低速设备可以传输数据的唯一方法。中断传输仅是一种“轮询”的过程，如果因为错误而发生传送失败，可以在下一轮询的期间重新发送一次。
（3）批量传输它是针对未使用到的USB带宽来向主机提出请求的。须根据目前总线的拥挤状态，以所有可使用的带宽为基础，不断调整本身的传输速率，因此没有设置轮询时间间隔。若因某些错误而发生传送失败，就重新传送一次。
（4）等时传输采用了预先与PC机主机协议好的固定带宽，以保证发送端与接收端的速度能相互吻合，不支持有错误的数据重新发送，相对就须牺牲一些小错误的发生。
3-12 USB有几种描述符？其中哪几种是必须要设置的？P96
（1）设备描述符必须设置
（2）配置描述符必须设置
（3）接口描述符必须设置
（4）端口描述符必须设置
3-13以你的观点解释设备列举的含义？P96
当USB设备第一次连接到USB总线时，USB主机就会对此设备做出列举检测的动作。此时，主机会负责检测与设备所有连接至根集线器的设备，而辨识与设置一个USB外围设备的程序，称之为设备列举。若以USB通信协议的观点来看，设备列举就是通过一连串介于主机与设备之间的控制传输来辨识与设置一个刚连上USB的设备程序。而进一步的解释设备列举，也即是操作系统可以辨识一个新的硬件设备连接上总线以及决定其特定的需求，然后加载适当的驱动程序，并且给予新的硬件设备一个新的地址
3-14简述无线数据传输的原理及特点。P105
无限数据传输的核心技术是调制解调技术。调制过程是在发送端吧数字信号变换成能被模拟信道传输的模拟信号，经传输通道传至接收端，接收端通过解调过程把接收到的模拟信号转换成数字信号，完成了无线数据传输的任务。
特点：（1）工频为国际通用的数据传输频段433MHz，无需申请
（2）易于采集运动信号，不受电缆的约束
3-15
4-1 与硬件滤波器相比，采用数字滤波器有何优点？P111
（1）数字滤波只是一个计算过程，无需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、非一致性等问题；
（2）模拟滤波器在频率很低时较难实现的问题，不会出现在数字滤波器的实现过程中；
（3）只要适当的改变数字滤波器在程序中的有关参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用灵活方便。
4-2 常用的数字滤波算法有哪些，说明各种滤波算法的特点和使用场合。
（1）克服脉冲干扰的数字滤波法：包括限幅滤波法、中值滤波法、基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）、基于中值数绝对偏差的决策滤波器。
特点：克服由仪器外部环境偶然因素引起的突变性扰动或仪器内部不稳定等引起误码等造成的尖脉冲干扰
场合：有尖脉冲干扰的场合
（2）抑制小幅度高频噪声的平均滤波法：为抑制电子器件热噪声、A/D 量化噪声等小幅度高频电子噪声，通常采用具有低通特性的算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动加权平均滤波法等线性滤波器。
特点：算术平均滤波法可有效消除随机干扰，采样次数越大，滤波效果越好，但系统灵敏度要下降，只适用于慢变信号；滑动加权平均滤波法对周期信号有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰抑制作用差；加权平均滤波法系统对当前采样值的灵敏度高。
场合：有小幅度高频噪声的场合
（3）复合滤波器：
特点：既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
场合：随机扰动不是单一的场合，既要消除大幅度的脉冲干扰，又要使数据平滑的场合
4-3 各种常用的滤波算法能组合使用吗？若能，请举例说明；若不能，请说明理由。P115
能组合使用。在实际应用中，所面临的随机扰动往往不是单一的，有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑，因此常用两种以上的滤波算法结合使用。
例如：去极值平均值滤波算法。特点：先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行平均。去极值平均值滤波算法的算法为：连续采样N 次，剔除其中的最大值和最小值，再求余下N-2个采样值的平均值。显然，这种方法既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
4-4
4-5
4-6
4-7 中值数绝对偏差决策滤波器与中值滤波器有哪些特点？ P113
中值数绝对偏差决策滤波器特点：这种决策滤波器能够判别出奇异数据，并以有效性的数据来取代。具有比例不变性、因果性、算法快捷等特点，实时的完成数据净化。
中值滤波器：运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好的保护信号细节信息。中值滤波器是一种常用于净化奇异数据的非线性滤波器，它对奇异数据的敏感度远低于标准偏差，存在“根信号”用于单调性数据的滤波，而非点到信号采用中值滤波净化数据表现过于主动进取
4-8 什么是系统误差？有哪几种类型？简要说明系统误差与随机误差的根本区别。P117
系统误差是只在相同条件下，多次测量同一量时其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。分为恒定系统误差和变化系统误差。
系统误差与随机误差的根本区别：系统误差不能依靠概率统计方法消除，可掌握、控制、消除，具有规律性，产生在测量开始之前，与测量次数无关。随机误差不能掌握、控制、消除，具有随机性，产生在测量过程中，与测量次数有关。
4-9 产生零位误差的原因有哪些？产生增益误差的原因有哪些？简述校正方法。P117
由于传感器、测量电路、放大器等不可避免的存在温度漂移和时间飘移，所以会给仪器引入零位误差和增益误差，这类误差均属于系统误差。
零位误差校正方法：在每一个测量周期或中断正常的测量过程中，把输入接地（即使输入为零），此时包括传感器在内的整个测量输入通道的输出即为零位输出（一般其值不为零）0N ；再把输入接基准电压r V 测得数据r N ，并将0N 和r N 存于内存；然后输入接x V ，
测得x N ，则测量结果可用下式计算()00
r x
x r V V N N N N =--，即在正常的测量过程中，均从采样值中减去原先存入零位输出值，从而实现零位校正。 增益误差的自动校正方法：开始工作后或每隔一定时间去测量一次基准参数，然后建立误差校正模型，确定并存储校正模型参数。在正式测量时，根据测量结果和校正模型求取校正值，从而消除误差。
4-10 基准电压r V 的精度和稳定性是否会影响零位误差、增益误差的校正效果？P117
会影响。 零位误差、增益误差的校正结果都与基准电压有关系。对于零位校正，测量结果为()00
r x x r V V N N N N =--；对于增益校正，校正方程为10Y A X A =+，其中()1/10r A V X X =-，00/(01)r A V X X X =-
4-11 简述系统非线性误差校正的思路与方法。P118
思路：采用各种非线性校正算法（校正函数法、线性插值法、曲线拟合法等）从仪器数据采集系统输出的与被测量呈非线性关系的数字量中提取与之相对应的被测量。
方法：校正函数法、代数插值法（线性插值、抛物线插值、分段插值）、曲线拟合（连续函数拟合、分段拟合）
4-12 通过测量获得一组反映被测值的离散数据，欲建立一个反映被测量值变化的近似数学模型，请问有哪些常用的建模方法？
校正函数法、代数插值法（线性插值、抛物线插值、分段插值）、曲线拟合（连续函数拟合、分段拟合）
4-13 什么事代数插值法？简述线性插值和抛物线插值是如何让进行的。P119-P121
所谓代数插值，就是用一个次数不超过n 的代数多项式1110()
...n n n n n P x a x a x a x a --=++++去逼近()f x ，使()n P x 在节点处满足()()n i i i P x f x y ==，0,1,...,i n =
线性插值过程：从一组数据(),i i x y 中选取两个有代表性的点()00,x y 和()11,x y ，然后根据插值原理，求出插值方程
()01101100110x x x x P x y y a x a x x x x --=+=+--，其中待定系数1a 和0a 为1
0110y y a x x -=-，0010a y a x =-
抛物线插值过程：在一组数据中选取()00,x y ，()11,x y 和()
22,x y 三个点，相应的插值方程为()()()()()()()()()()()()()1202012012
010*********x x x x x x x x x x x x P x y y y x x x x x x x x x x x x ------=++------ 4-14 什么是线性拟合法？如何利用最小二乘法来实现多项式拟合。P122- P123
4-15
4-16 举例说明标度变换的概念。P126
测量机械压力时，常利用压力传感器，当压力变化为0~100
N 时，压力传感器输出的电压为0~10mV ，放大为0~5V 后进行A/D 转换，得到00H~FFH 的数字量这些数码并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换
。
5-1 什么是软件工程？软件工程是如何克服软件危机的？P131-P132
软件工程是由硬件和系统工程派生出来的。它包含四个关键元素：方法、语言、工具和过程，是工程学的原理和方法在软件设计和生产中的应用。
随着软件在计算机中的比重的增大，传统的软件生产方式已不能适应发展需要，出现了软件危机。软件工程将软件生产划分为几个阶段，每个阶段都有严格管理和质量检验，设计和生产过程有共同的准则。
5-2什么是基于裸机的软件设计？其设计步骤分为那几步？P141
基于裸机的软件设计是指以“空白”的微处理器/控制器为基础，完成全部的软件设计，没有将系统软件和应用软件分开处理，其实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关，适用于功能较简单的智能仪器。
步骤：（1）设计任务书的编写（2）硬件电路的设计（3）软件任务分析（4）数据类型和数据结构规划（5）资源分配（6）编程与调试（7）编程语言和编程环境的选择
5-3系统监控程序的作用是什么？常用的结构有哪几种？P147-P148
系统监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序。它完成人机对话和远程控制等功能，是系统按照操作者的意图或遥控命令来完成指定的作业。它是单片机系统的框架。监控程序的任务有：完成系统自校、初始化，处理键盘命令，处理接口命令，处理条件触发并完成显示功能。
常用结构：作业顺序调度型、作业优先调度型、键码分析作业调度型
5-4根据你的理解谈谈什么是嵌入式系统，它有什么特点？
嵌入式系统是指操作系统和功能软件集于计算机硬件系统之中。
特点：功能单一、简单，兼容性要求不高，软件代码小，高度自动化，响应速度快，适合于要求实时的和多任务的体系。
5-5嵌入式应用程序的开发分为那几个阶段？P154
（1）应用软件的生成阶段
（2）应用软件的调试阶段
（3）应用软件的固化运行阶段
5-6 嵌入式软件的开发方法有哪几种？各有什么特点？P156
（1）交叉开发崩溃与烧制的调试方法无法进行程序调试，效率低下，开发系统建立在PC（或工作站）上，应用程序的编辑、编译、链接等过程在宿主机上完成，而最终运行平台为嵌入式设备。
（2）ROM监控程序法改变崩溃和烧制方法才来的缺陷，将一段程序固化在目标机上。该程序与宿主机端程序一起完成对应用程序的调试。
5-7什么是软件测试，其作用是什么（发现程序错误）？P157
软件测试就是在软件投入运行前，对软件需求分析，设计规格说明和编码的最终复查，是软件质量保证的关进步骤。
定义1：软件测试时为了发现错误而执行程序的过程。
定义2：软件测试时根据软件开发各阶段规格说明和程序的内部结构而精心设计一批测试用例（即输入数据及预期的输出结果），并利用这些测试用例去运行程序，以发现程序错误的过程。
6-1 可靠率、失效率是如何定义的？仪器失效率服从什么样的规律？P169
可靠率是指在规定条件下和规定时间内仪器完成所规定的任务的成功率。
失效率优势也称瞬时失效率或故障率，是指仪器运行到t 时刻后单位时间内发生故障的仪器台数与t 时刻完好仪器台数之比。
仪器系统失效率曲线（新浴盆曲线）：图6-1
6-2 有1000台仪器，要求其MTBF=1000h 。若对其进行1000h 的实验运行，最多允许多少台仪器出现故障？P171
解：平均故障间隔时间()1ln MTBF
t R t -=-???? 得1000h 仪器可靠率为()11000R e -=，又()t R t e λ-=，/T λγ=
T 为运行台数和运行时间的乘积，610T
=；γ指仪器失效数 得到10001λ=，310λ-=
仪器失效数为1000T γ
λ==，即最多允许有1000台仪器出现故障。 6-3 影响仪器可靠性的因素有哪些？有哪些措施可以提高仪器硬件可靠性？P174- P177
影响仪器可靠性的因素有：元器件的可靠性、工艺、电路结构、环境因素、人为因素。
提高仪器可靠性的措施：
（1）合理地选择元器件（电阻器、电容器、集成电路芯片）（2）筛选，把所选的合适元器件的特性测试后，对这些元器件施加外应力，过一段时间再重新特性测试（3）元器件降额使用（4）可靠的电路设计（5）冗余设计，包括并联系统和串联系统（6）环境设计，包括温度保护、冲击振动保护、电磁干扰保护（7）人为因素设计（8）对仪器进行可靠性试验
6-4 若三个可靠度为0.9的仪器部件串联构成系统，系统的可靠度为多少？P78
(与书中公式不一样，我觉得书中公式有错误)
310.90.729m
s i i R R ====∏
若这三个可靠度为0.9的仪器部件并联冗余构成系统，系统的可靠度为多少？
311(1)1(10.9)0.999m
p i i R R ==--=--=∏
若这三个部件并联构成3取2的表决系统，系统的可靠度又为多少（忽略表决器的影响）？
6-5 软件可靠性的预估有哪几种模型？试分析你所了解的模型的优缺点。P180
（1）时间模型
可靠性增长模型：此模型需要确定在调试前软件的故障数目，这是一项困难的任务。
公理模型：该模型预测的故障数与实际的故障数之比为0.8
（2）数据模型：由于输入集E 的不同，软件表现出的可靠度不同。
6-6 叙述提高仪器软件可靠性的方法。P181
（1）认真的进行规范设计（2）可靠的程序设计方法（3）程序验证技术（4）提高软件设计人员的素质（5）消除干扰（6）增加试运行时间
6-7
6-8说明仪器的可靠性设计进程P172图6-3
系统设计进程可靠性考虑
6-9什么是仪器的干扰和抑制？抑制的任务和手段是什么？P186
干扰：相对有用信号而言，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入智能仪器并影响其正常工作，才能形成干扰。
抑制：消除或减少干扰
抑制的任务：从根本上消除或减少干扰
抑制电磁干扰源、切断电磁干扰耦合途径、降低电磁敏感装置的敏感性
抑制的手段：屏蔽、接地、浮置、对称电路、隔离技术、滤波、脉冲电路的噪声抑制
6-10按产生干扰的物理原因，通常可将干扰分为那几类？分别采取什么措施进行抑制？
（1）机械干扰采取减震措施来解决
（2）热干扰通常采用热屏蔽、恒温措施、对称平衡结构、温度补偿元器件等措施来抑制。
（3）光干扰采用光屏蔽来一直
（4）化学干扰密封和保持清洁
（5）电和磁干扰屏蔽（包括静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽）、接地（包括安全接地、信号源接地、信号地线、负载地线、机壳接地）、浮置、对称电路、隔离技术（包括电磁隔离、光隔离和隔离放大器）、滤波（包括电源滤波、信号滤波和有源滤波）、脉冲电路（包括积分电路、脉冲干扰隔离门和削波器）
（6）射线辐射干扰
6-11研究形成干扰作用的三要素的目的是什么？P188
噪声形成干扰必须同时具备三要素：噪声源、对噪声敏感的接收电路、两者之间的耦合通道。研究三要素的目的是从这三要素出发，设计抑制干扰的基本方法和措施。
6-12试分析接通电容性负载及断开电感性负载形成干扰的原因，并举例说明干扰的大小。P188
接通电容性负载时，由于两个电路之间存在寄生电容，是的一个电路的电荷变化影响到另一个电路，形成干扰。
断开电感性负载时，由于两点路之间存在互感，是的当一个电路的电流变化时，通过磁链影响到另一个电路，形成干扰。
6-13干扰主要通过什么途径传播？如何采取措施加以抑制？P188
（1）电容性耦合尽量减小寄生电容
（2）电感性耦合减小互感值
（3）共阻抗耦合减小电源内阻压降、减小地线压降、减小输出阻抗
（4）漏电耦合
（5）传导耦合
（6）辐射电磁场耦合
6-14屏蔽为什么能达到抗干扰的目的？静电屏蔽及电磁屏蔽的原理是什么？为了使它们能达到很好的效果，应采取什么措施？P192用低电阻材料或高磁导率材料将需要防护的部分屏蔽起来，将电力线或磁力线的影响限定在某个范围或阻止它们进入某个范围，隔断场的耦合，能抑制各种场的干扰
静电屏蔽的原理：由于处于静电平衡状态下的导体内部，各点等电位，即内部无电力线，所以静电场的电力线就在接地的金属导体处中断，从而起到隔离静电场的作用。为了达到很好的效果，采用驱动屏蔽。
电磁屏蔽的原理：电磁屏蔽是采用良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频电磁场对金属屏蔽层的作用，在屏蔽金属内产生电涡流，由涡流产生磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而达到屏蔽的目的。为了达到很好的效果，所选用的屏蔽层材料必须是良导体，当必须在屏蔽层上开孔或开槽时，必须注意孔或槽的位置和方向，应不影响或尽量减少影响电涡流的路径，以免影响屏蔽效果。
7-1什么是可测试性？智能仪器中引入可测试性设计有什么优点？
P206可测试性是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如可工作、不可工作、性能下降等）和隔离其内部故障的设计特性。可测试性包括三个基本要素：可控制性、可观测性和可预见性。
P208 优点：（1）提高故障检测的覆盖率（2）缩短仪器的故障时间（3）可以对仪器进行层次化的逐级测试：芯片级、板级、系统级（4）降低仪器的维护费用
7-2什么是固有测试性？固有测试性设计的主要内容包括哪几个方面？P209
固有测试性是指仅取决于产品硬件设计，不依赖于测试激励和响应数据的测试性。
固有测试性设计主要从硬件设计和与外部测试设备的兼容性考虑。在设计硬件时，尽量把每个功能划分为一个单元。在结构上要便于故障的隔离和单元的更换。在电器上要尽量减少各可更换单元之间的连线和信息的交叉。在元器件和部件的选择上，应优先选择具有良好可测试特性和故障模式已有充分描述的集成电路或组件。模块和组件的接口要便于测试控制和观测。被测单元和外部设备之间，应具有良好的兼容性。被测单元在结构和电气上都应和外部测试设备保持兼容，减少专用接口设备。
7-3结合书中所学知识谈谈你对BIT技术的理解。P216
传统的测试技术主要是利用外部的测试仪器对被测设备进行测试，但随着复杂系统维修性要求的提高，迫切需要复杂系统本身具备检测、故障隔离的功能以缩短维修时间。所以BIT在测试研究当中占据了越来越重要的地位，成为维修性、测试性领域邪恶重要研究内容。BIT是指系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力。BIT技术是改善系统或设备测试性与诊断能力的的重要途径，是测试和维修的重要手段，简化了设备维护，降低了总体费用，它使得传统测试中用手工完成的绝大多数测试实现了自动化。
7-4常用的BIT技术有哪些？各有什么特点？P217
（1）通用BIT技术：测试点的选择直接影响被测系统的测试性。包括余度BIT技术、环绕BIT技术、并行测试技术。
（2）数字BIT技术：包括板内ROM式BIT技术、微处理器BIT、微诊断法、RAM测试、定时监控测试等。
（3）模拟电路BIT技术：包括比较器方法和电压求和方法。由于模拟器件的故障模式很多，模拟电路会有容差故障，所以模拟电路BIT技术很难发展。
7-5常规BIT技术有哪些缺陷？如何解决这些问题？P223
常规BIT技术缺陷：功能相对简单，诊断技术单一、诊断能力差，虚报警率高。
解决方法：把神经网络、专家系统和模糊逻辑等智能理论和方法应用于BIT的故障诊断之中，将其与计算机技术、大规模集成电路技术结合，从根本上解决BIT 的虚报警问题，提高了BIT的诊断能力。
8-1简述智能仪器设计的基本要求。P231
（1）功能及技术指标应满足要求
（2）可靠性要高
（3）便于维护和操作
（4）仪器工艺结构与造型设计要求
8-2智能仪器设计时一般应遵循的基本原则。怎样理解“组合化与开放式设计思想”？P231-P232
基本原则：（1）从整体到局部（自顶向下）的设计原则
（2）较高的性能价格比原则
（3）组合化与开放式设计原则
开放式设计思想：在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地;向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件;向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通用的基本设计和用户的专用要求。
组合化设计思想：开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬件模板和软件进行组合。组合化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。优点：现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性强。维修方便快捷。功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并降低成本。
8-3智能仪器中微机系统有哪几种构成方式？分别试用于哪些场合？
8-4总结目前市场流行的单片机型号、特点。
（1）MicroChip单片机：MicroChip单片机的主要产品是PIC16C系列和17C系列8位单片机，CPU采用RISC结构。运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。适用于量大，档次低，价格敏感的产品。
在办公自动化设备，消费电子产品，电讯通信，智能仪器仪表，汽车电子，金融电子，工业控制不同领域都有广泛应用。
（2）51系列拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，虽然其速度不快，12个振荡周期才能执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。51的内部硬件预设，可用特殊功能寄存器对其进行编辑。（3）AVR单片机高速RISC（精简指令集）:主频最高达20MHz；低功耗，宽电压：1.8V-5.5V，最低全速运行功耗<300uA；IO口驱动能力强：推拉电流能力均达30mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等；片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器型号齐全，而且40脚一下点的AVR均具有DIP的封装形式。
（4）MSP430单品级的特点
MSP430系列单片机的迅速发展和应用的范围的不断扩大，主要取决于一下的特点。强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7中源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简介的27条内核指令以及大量的魔力指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有搞笑的查表处理敕令，有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期一节多功能的硬件乘法器（能实现加乘）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。MSP430系列单片机的终端源较多，并且可以任意嵌套，使用灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用终端请求将它唤醒只用6us。超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
8-5 TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器，概括其主要性能特点。
8-6简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用和编写注意事项。P232-P233
主要内容：（1）仪器名称、用途、特点及简要设计思想
（2）主要技术指标，包括：精度、被测参数名称及测量范围和工作环境、稳定性等。
（3）仪器应具备的功能，包括：输出功能、人机对话功能、运算功能、出错或超限报警提示功能以及诸如仪器检测状态的自动调整功能。（4）仪器的设备规模
（5）系统的操作规范
主要作用：（1）作为用户（或委托方）和研制单位之间的合约附件或研制单位仪器设计的立项基础。
（2）反映仪器的结构、规定仪器的功能指标，是研制人员的设计目标。
（3）作为研制完毕进行项目验收的依据。
编写注意事项：
（1）设计任务书应由项目主持人编写，力求简明，切勿陷入具体细节设计，但是要从总体上考虑实现总目标所必须经历的研究途径和实施方法。
（2）填写《仪器功能说明书》中有关技术指标的具体数据是要非常慎重。应结合实际通盘考虑，切忌苛求高指标，避免技术指标在有限的人力和财力条件下难以实现。
8-7智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。P233
智能仪器设计时两者紧密协调、不可分离。系统完成的某些功能（例如逻辑运算、定时或延时功能以及串行接口等），从原则上既可以以硬件为主实现，又可以以软件为主实现。一般的，利用硬件的方法，必须配置相应的外围芯片，它基本上不占用CPU的运行时间，但硬件多了，不仅增加成本，且系统的故障的机会也相应增多。利用软件方法，可以使硬件配置最省，其实质是以时间取代空间。软件执行过程需要时间，系统实时性会下降。但在实时性要求不高的系统，“以软代硬”是很合算的。例如：触电去抖动的软件延时法和软件低通滤波方法通常指的采用。
总之，硬件和软件的划分，要根据系统的规模、功能、指标和成本等因素综合考虑。一般原则是：如果仪器的生产批量很大，则应尽量压缩硬件投入，用以软代硬的方法降低成本，且能提高系统的可靠性。然而，硬件和软件的划分一般不可能一步到位，在具体的设计过程中，为取得较为满意的结果，软件和硬件的划分往往需要多次协调、折中和仔细权衡。
8-8简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意哪几方面的问题。P233-P234
（1）要求硬件设计人员对所需硬件芯片的性能有充分的了解并尽可能采用功能强的芯片以简化硬件电路
（2）在设计时要考虑到可能会有修改和扩展，因此，设计时硬件资源须留有足够的余地
（3）为使智能仪器具有自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路
（4）考虑硬件干扰措施和是否需设置RAM 的掉电保护
（5）绘制线路板时，尚需注意与机箱、面板的配哈，接插件安排等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便
8-9 简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测试的一般方法。
软件调试：从不需要调用其他子程序的最初子程序入手，然后逐级向上一级模块程序（测试软件）扩展，最后才是监控程序。
综合调试：在完成了样机的硬件组装和软件设计后，就可着手系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，并解决硬件和软件之间的协调问题。
整机性能测试：需按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进行逐项测试，如果某项指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整，直至完全达到设计要求为止。
8-10 画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测的主要应用。P247图8-17
相关检测的主要应用：相关检测是利用相关原理对某些物理量进行检测。两个信号的互相关函数是个有用的统计量，他可以用来了解两个信号的相似程度，或者两个信号之间的时间关系。对两个信号进行时差调整，就可以求得相关函数的最大值，从而了解他们之间的相似程度。如果已知这两个信号时相似的，则这个时差就等于他们之间的时间延迟。
8-11 自选仪器设计题目，提出设计方案。
9-1与传统仪器相比，虚拟仪器有哪些特点？P253
（1）软件是VI的核心
（2）VI具有良好的人机界面
（3）VI性价比高
（4）VI具有和其他设备互联的能力
9-2在仪器开发中为什么要用虚拟仪器软件开发平台？请举例说明优越性。P257
VI应用软件具有被其他可复用源码模块继承性调用能力，从而减低测试成本。而且，由于VI是基于模块化软件标准的开放式系统，用户可以选择合适于自己应用要求的任何测试软件。例如，用户完全可以定义最合适与自己生产线上涌的低成本测试系统，或为研究与开发项目设计高性能的测试系统，而这些系统的软件或硬件平台可能是相同或兼容的。简而言之，采用基于VI的统一测试策略将有助于你面对当今的测试挑战而在积累的竞争中处于优势地位。
9-3比较基于PCI总线（内插DAQ卡）的数据采集系统和基于USB总线的数据采集系统的优缺点。P251
PCI利用PC软硬件资源，是仪器设计灵活快捷，计算机的软硬件的到了充分的利用，但是，他需要打开机箱，携带也不方便，USB 总线的出现，克服了PC插卡式仪器不能热插拔以及外接式专用PC仪器的吞吐率受总线速度限制等缺点，这种仪器能够实现即插即用，方便灵活。
9-4两种虚拟仪器专用总线VXI和PXI有何异同？
与VXI相比，PXI具有更高的性价比，其坚固紧凑的形状特保证在恶劣的工业环境中应用时的可靠性，还通过增加更多的仪器模块扩展槽以及高级触发、定时、和高速通信性能，更好的满足用户的需要。
9-5 labview软件开发平台有哪些主要特点？简述采用labview进行虚拟仪器软件开发的方法和步骤。
主要特点：（1）图形化的编程界面，采用“所见即可得”的可视化编程技术
（2）内置程序编辑器，采用编译方式运行32位应用程序，速度快
（3）具有灵活的调试手段，可设置断点，单步运行程序
（4）集成了大量的函数库
（5）支持多中系统工作平台
（6）开放式开发平台，提供DDL，OLE等支持
（7）支持网络功能
方法和步骤：系统需求分析-结构设计阶段-细节设计阶段-编写代码阶段-程序测试阶段-软件维护阶段
9-6 随着网络技术、计算机技术、微电子技术和为传感器技术等现代信息技术的发展，请展望测控仪器的未来。
智能控制系统习题答案
1-4为什么能够用计算机模拟人类智能？ 人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。 之所以能够借助计算机来模拟人类智能，首先是因为计算机具有以下5个特点： 1、可以告诉精准的完成算数运算，运算速度最高可达每秒万亿次； 2、可以完成高精度的计算，一般计算机可以有十几位甚至几十位的有效数字； 3、计算机不仅能进行精确计算，还具有逻辑运算功能，能对信息进行比较和判断； 4、计算机内部的存储器具有记忆特性，可以存储大量的信息，这些信息，不仅包括各 类数据信息，还包括加工这些数据的程序； 5、由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断能力，所以人们可以将预先编好的程序组 纳入计算机内存，在程序控制下，计算机可以连续、自动地工作，不需要人的干预。 有了这些有点，计算机就具有了模拟人类智能的首要前提，为人工智能中海量的数据处理分析和深度学习等提供了条件。 第二个原因：深度学习的提出；深度学习是机器学习领域中一个新的研究方向，它被引入机器学习使其更接近于最初的目标——人工智能。《麻省理工学院技术评论》杂志将深度学习列为2013年十大突破性技术之首。 大脑的工作过程是一个不断迭代、不断抽象概念化的过程。例如从原始信号摄入开始（瞳孔摄入像素），接着做初步处理（大脑皮层某些细胞发现边缘和方向），然后抽象（大脑判定眼前物体的形状，比如是圆形的），然后进一步抽象（大脑进一步判定该物体是一张人脸），最后进行识别。我们可以看出，大脑是一个深度架构，认知过程也是深度的。而深度学习，恰恰就是通过组合低层特征形成更加抽象的高层特征。在计算机视觉领域，深度学习算法从原始图像去学习得到一个低层次表达，然后在此基础上来得到高层次表达。深度学习可以模拟人脑进行分析学习，模仿人脑的机制来解释数据。深度学习的主要优势在于可以利用海量训练数据（大数据），自动从大数据中学习特征。 深度学习能够自动地从海量大数据中去学习特征，极大地推进了智能自动化。因此深度学习有了一个别名：无监督特征学习。 在《科学革命的结构》一书中，托马斯·库恩介绍说，很多科学革命都具备叫做范式转移的特点，也就是说对新思想的认知和老观点很不一样。比如哥白尼提出的“日心说”，有力地
先进制造技术试题 考试题 习题 复习题 答案 (全)
《先进制造技术》考试试卷(A)答案 一、填空题（每空2分，共30分） 1、典型FMS的三个子系统是：加工系统、运储系统、计算机控制系统。 2、先进制造技术的特点：先进性、规范性、实用性、集成性、系统性、动态性。 3、CIMS系统的三要素：人、经营、技术。 4、FMS中央管理计算机肩负的任务：控制、监控、监视。 二、名词解释（共15分，每题3分） 1、DFC Design For Cost的意思是面向成本的设计，它最早出现于九十年代初期，属于并行工程中的DFX（Design For X）技术的一个分支。面向成本的设计是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法。DFC将成本作为设计的一个关键参数，并为设计者提供分析、评价成本的支持工具。 2、AM敏捷制造（Agile Manufacturing）敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支柱支撑下得以实施的，也就是将柔性生产技术、有技术有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。 3、CE 并行工程即concurrent engineering，简称CE，是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程（包括制造过程和相关过程）的一种系统方法。换句话说，就是融合公司的一切资源，在设计新产品时，就前瞻性地考虑和设计与产品的全生命周期有关的过程。在设计阶段就预见到产品的制造、装配、质量检测、可靠性、成本等各种因素。 4、CIM Computer Integrated Manu-facturing,简称CIM。20年来，CIM概念不断得以丰富和发展。CIM在世界各工业国的推动下，历经了百家争鸣的概念演变而进入蓬勃发展时期。80年代初，美国和日本关于CIM的定交基本上都是紧密围绕制造和产品开发这一范围。德国自80年代初期开始注意探讨CIM这一主题，出现了各种不同的概念定义，直到1985年(联邦)德车经济和平委员会(AWFA)提出了CIM的推荐性定义，取得了一定程度上的统一。 5、FMS 柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。 三、简答题（共15分,每题5分） 1、先进制造技术的内涵 目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 2、数据库系统在CIMS中的作用和地位 数据库分系统是支持CIMS各个分系统、覆盖企业全部信息的数据存储和管理系统。它是逻辑上统一、物理上分布的全局数据库管理系统，可以实现企业数据和信息集成。数据库系统提供了定义数据结构和方便地对数据进行操纵的功能；具有安全控制功能，保证了数据安全性； 提供完整性控制，保证数据正确性和一致性；提供并发控制，保证多个用户操作数据库数据的正确性。所以数据库技术是管理数据、实现共享的最通用的方法。 在CIMS中还有一个专用的工程数据库系统，用来处理大量的工程数据，如图形、工艺规程、NC代码等。工程数据库系统中的数据与生产管理、经营管理数据按一定的规范进行交换，从而达到全CIMS的信息集成和共享。 3、快速原型技术的基本过程
计算机控制技术课后习题答案
第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
2019级智能控制技术专业人才培养方案
（3+2）智能控制技术专业人才培养方案 一、专业名称及代码 专业名称：智能控制技术 专业代码：560304 二、招生对象、学制及学历 本专业招收普通初中毕业生，全日制五年，其中中职3年、高职2年。 三、人才培养目标与规格 1.人才培养目标 本专业主要针对锦州地区对智能控制技术技能型人才的需要，面向新型工业化的机电制造、新能源、电力和新型建材等行业，从事智能化电气元件的设计、制造、调试、维护和管理的高级技术应用性专门人才。能完成智能化设备及其生产线的安装调试、运行和维护；智能电气元件的自动化设计与改造、故障诊断、管理与售后；智能配电柜的设计制造等典型工作任务，具有较强的实践动手能力、拥护党的基本路线，德、智、体、美全面发展的高级技术应用型人才。 三、培养规格及课程体系： 能力、素质结构如下表：
六、专业核心课程简介
七、实践教学安排表 八、专业教学计划 1.教学执行计划
填写说明:打*号课时由讲座、班会、讨论、竞赛等形式完成， 2、教学环节综合分析 (1) 理论教学与实践教学比例分析 学时与学分分析 (2) 九、教学实施保障 1.师资队伍配备 （1）“双师型”专业教学团队 智能控制专业教学团队由专、兼职教师组成，本专业的专职专业教师为28人，兼职教师16其中，专业带头人1人，专业骨干教师4人；具有高级以上职称12人、具有中级职称10人；双师型教师24人；均为大学本科以上学历。教师队伍的职称、学历、专业能力满足教学要求。 （2）专业带头人 专业带头人具有本科学历，副高职称，具有双师能力；有较高的专业建设水平和企业实践能力；掌握国内外职业教育与专业发展动态，能够在专业规划、专业建设、科研与教研、教学改革和青年教师培养等方面发挥引领作用。 （3）专业骨干教师 专业骨干教师应具有本科以上学历，讲师以上职称，具有中高级职业资格证书，具有双师能力；独立承担一门以上工学结合专业主干课程，能够独立完成课程开发和教学改革项目，在专业建设中发挥骨干作用。 （4）企业兼职教师 兼职教师为锦州地区机电类相关企业和学校的能工巧匠，具有从事5年以上机电专业的
自动控制现代控制与智能控制的关系
自动控制、现代控制与智能控制的关系 一、基本区别 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。 在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。 二、华山论剑：自动控制的机遇与挑战 传统控制理论在应用中面临的难题包括：(1)传统控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型的基础上，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型；(2)研究这类系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合；(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；(4)为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性。 为了讨论和研究自动控制面临的挑战，早在1986年9月，美国国家科学基金会(NSF)及电气与电子工程师学会(1EEE)的控制系统学会在加利福尼亚州桑克拉拉大学(University of Santa Clare)联合组织了一次名为“对控制的挑战”的专题报告会。有50多位知名的自动控制专家出席了这一会议。他们讨论和确认了每个挑战。根据与会自动控制专家的集体意见，他们发表了《对控制的挑战——集体的观点》，洋洋数万言，简直成为这一挑战的宣言书。 到底为什么自动控制会面临这一挑战，还面临哪些挑战，以及在哪些研究领域存在挑战呢? 在自动控制发展的现阶段，存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的：(1)科学技术
计算机控制技术课后习题答案
第一章 1.计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控 制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2?计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统 的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（简称PID控制）、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3.计算机控制系统的主要特点有哪些？解： 主要有以下特点： 1.数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2?灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电 路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实 现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序 就可以了。 3?可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4.离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转 换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产
学校智能控制技术专业可行性报告
江西师范高等专科学校开设智能制造相关 专业的可行性报告 一、智能制造产业现状分析 1.智能制造产业上升到国家战略 近年来，随着世界各国在智能制造产业投入和发展，新的科技革命和产业革命能正在兴起，各国纷纷出台啦以智能制造为核心的战略。美国大力推进“工业互联网”，德国提出工业4.0的概念都致力于发展制造业的“未来工厂”的项目。智能制造不仅是全球制造业的发展方向，也是我国战略性新兴产业的重要支柱。中国制造业已经进入了新的阶段，智能制造是我国制造业摆脱高损耗和低效率的困局、提高制造业竞争力、实现“制造强国”的必由之路。 2.人才需求旺盛 与之相适应的智能控制相关的工业机器人、3D打印、智能飞行器等方面的人才的需求急速增加,尤其是工业机器人的人才需求尤为突出。传统制造业的改造提升、人工成本快速提高促使企业用工业机器人来提高产业附加值、保证产品质量，使工业机器人及智能装备产业面临前所未有的发展时机。一台工业机器人（机械臂）能否投入到生产当中去，以及能发挥多大的作用，取决于生产工艺的复杂性，产品的多样性还有周边设施的配套程度。而解决这些问题却需要3到5名相关的操作维护和集成应用人才。目前在长三角地区使用工业机器人的企业六千多家，人才缺口达5000人左右。不仅企业需要工业机器人现场编程、机器人自动化线维护等方面的人才，还需要大量从事工业机器人安装调试和售后服务等工作的专门人才。随着我国制造业的发展，预计未来3-5年，工业机器人的增速有望达到25%，高技能人才缺口将逐年加大。 3.工业机器人技术人才短缺
目前，机器人在汽车制造以外的一般工业领域应用需求快速增长，而相应的人才储备数量和质量却捉襟见肘。工业机器人应用（系统集成）是典型的多学科交叉融合的行业，目前的当务之急，是大量培养掌握机器人系统知识并能与各行业工艺要求相结合的应用工程人才，帮助用户解决机器人的应用的实际问题，取得实效，以此开拓机器人市场。从一些招聘要求不难看出，操作机器人的技术人员，是目前企业中最缺的技术工人。企业把工业机器人买回来以后，想要把标准的机器人变成一台可以投入生产的专用自动化设备，这就需要机器人应用工程师结合生产工艺和工件的类型，通过手动示教编程并结合周边的辅助设施，才能使机器人完成特定的任务。目前国内高职院校尚无工业机器人应用方面的对口专业毕业生，从事工业机器人现场编程、机器人自动线维护、工业机器人安装调试等岗位的人员主要来自对电气自动化技术、机电一体化等专业毕业生的二次培训，而且短期培训难以达到岗位要求。 二、我校开设智能制造相关专业的必要性 1.具备开设智能制造（工业机器人方向）专业的办学基础。 我校现有机电一体化技术、电气自动化技术等高职专科专业，这些为我系工业机器人技术专业的申办提供了良好的基础。首先具备一支结构合理、素质优良的专业教学团队，我院机电一体化技术专业现有机械、电子电气类16位专任教师，具备开设专业的基础，其中2位从企业引进的企业能工巧匠作兼职教师，专任教师中硕士11人，副高职称以上4人，“双师型”教师16人；其次，实验实训条件良好，目前具备开设此专业所需的电工电子实验室、电气拖动、电工实训、液压与气动、机械制图、先进制造、CAD机房、单片机实验室等实训室12个，只需补充机器人、传感器检测实训室就能满足专业建
智能控制技术试卷
一、选择题 1、蔡自兴教授提出智能控制系统的四元结构，认为智能控制是人工智能、控制理论、系统理论和运筹学四种学科的交叉。 2、专家是指在某一专业领域内其专业知识与解决问题的能力达到很高水平的学者。 3、专家系统中的知识按其在问题求解中的作用可分为三个层次，即数据级、知识库级和控制级。 4、不确定性知识的表示有三种:概率、确定性因子和模糊集合。 5、Hebb学习规则是一种无教师的学习方法，它只根据神经元连接间的激活水平改变权值，因此这种方法又称为相关学习和并联学习。 6、交叉运算是两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因，从而形成两个新的个体。 二、判断题 1、IEEE控制系统协会把智能控制归纳为：智能控制系统必须具有模拟人类学习和自适应的能力。（ T ） 2、不精确推理得出的结论可能是不确定的，但会有一个确定性因子，当确定性因子超过某个域值时，结论便不成立。（ F ） 3、一般的专家系统由知识库、推理机、解释机制和知识获取系统等组成。（ T ） 4、人机接口是专家系统与领域专家、知识工程师、一般用户间进行交互的界面，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成知识获取工作。（ F ） 5、Hopfield神经网络是反馈神经网络中最简单且应用广泛的模型，它具有联想记忆的功能。（ F ） 6、知识是将有关的信息进一步关联在一起，形成了更高层次含义的一种信息结构，信息与关联是构成知识的两个基本要素。（ T ） 7、建造知识库涉及知识库建造的两项主要技术是知识获取和知识存放。（ F ） 8、模糊控制系统往往把被控量的偏差（一维）、偏差变化（二维）以及偏差的变化率（三维）作为模糊控制器的输入。（ T ） 9、RBF网络的学习过程与BP网络的学习过程是类似的，两者的主要区别在于使用了相同的激励函数。（ F ） 10、应用遗传算法求解问题时，在编码方案、适应度函数及遗传算子确定后，算法将利用进化过程中获得的信息自信组织搜索。（ T ） 三、简答题 1.分别说明专家系统与专家控制系统？ 答：专家系统就是利用存储在计算机内的某一特定领域内人类专家的知识，来解决过去需要人类专家才能解决的现实问题的计算机系统。专家控制是将人工智能领域的专家系统理论和技术与控制理论方法和技术相结合，仿效专家智能，实现对较为复杂问题的控制。基于专家控制原理所设计的系统称为专家控制系统。 2.人工神经网络中两种典型的结构模型是什么？它们进行学习时具有哪些特点？ 答：两种典型的结构模型是前馈神经网络和反馈神经网络。前馈神经网络有感知器和BP网络等；主要采用 学习规则，这是有教师学习方法。反馈神经网络有Hopfield神经网络、Boltzmann机网络等；主要采用Hebb学习规则，概率式学习算法。
微型计算机控制技术课后答案分解
习题一 1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。 接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件 1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。 2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。 3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？ 4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？ 答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。 (2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。 答：嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。 6，PLC控制系统有什么特点？ 答：（1）可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。 （2）编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进行编程。 （3）组合灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。 （4）输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与CPU主板连接。
智能控制技术现状与发展
摘要：在此我综述智能控制技术的现状及发展,首先简述智能控制的性能特点及主要方法;然后介绍智能控制在各行各业中的应用现状;接着论述智能控制的发展。智能控制技术的主要方法，介绍了智能控制在各行各业中的应用。随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出犷新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。 关键词：智能控制应用自动化 浅谈智能控制技术现状及发展 在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 一、智能控制的性能特点及主要方法 1.1根据智能控制的基本控制对象的开放性，复杂性，不确定性的特点，一个理想的智能控制系统具有如下性能： （1）系统对一个未知环境提供的信息进行识别、记忆、学习，并利用 积累的经验进一步改善自身性能的能力，即在经历某种变化后，变化后的
智能控制考试题库
填空题（每空1分，共20分） 控制论的三要素是：信息、反馈和控制。 传统控制是经典控制和现代控制理论的统称。 智能控制系统的核心是去控制复杂性和不确定性。 神经元（即神经细胞）是由细胞体、树突、轴突和突触四部分构成。 按网络结构分，人工神经元细胞可分为层状结构和网状结构按照学习方式分可分为：有教师学习和无教师学习。 前馈型网络可分为可见层和隐含层，节点有输入节点、输出节点、计算单元。 神经网络工作过程主要由工作期和学习期两个阶段组成。 1、智能控制是一门控制理论课程，研究如何运用人工智能的方法来构造控制系统和设计控制器；与自动控制原理和现代控制原理一起构成了自动控制课程体系的理论 基础。 2、智能控制系统的主要类型有：分级递阶控制系统，专家控制系统，学习控制系统，模糊控制系统，神经控制系统，遗传算法控制系统和混合控制系统等等。 3、模糊集合的表示法有扎德表示法、序偶表示法和隶属函数描述法。 4、遗传算法是以达尔文的自然选择学说为基础发展起来的。自然选择学说包括以下三个方面：遗传、变异、适者生存。 5、神经网络在智能控制中的应用主要有神经网络辨识技术和神经网络控制技术。 6、在一个神经网络中，常常根据处理单元的不同处理功能，将处理单元分成输入单元、输出单元和隐层单元三类。 7、分级递阶控制系统：主要有三个控制级组成，按智能控制的高低分为组织级、协调级、执行级，并且这三级遵循“伴随智能递降精度递增”原则。 传统控制方法包括经典控制和现代控制，是基于被控对象精确模型的控制方式，缺乏灵活性和应变能力，适于解决线性
、时不变性等相对简单的控制。 智能控制的研究对象具备以下的一些特点：不确定性的模型、高度的非线性、复杂的任务要求。 IC(智能控制)=AC(自动控制)∩AI(人工智能) ∩OR(运筹学) AC：描述系统的动力学特征，是一种动态反馈。 AI ：是一个用来模拟人思维的知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发推理等功能。OR：是一种定量优化方法，如线性规划、网络规划、调度、管理、优化决策和多目标优化方法等。 智能控制：即设计一个控制器，使之具有学习、抽象、推理、决策等功能，并能根据环境信息的变化作出适应性，从而实现由人来完成的任务。 智能控制的几个重要分支为模糊控制、神经网络控制和遗传算法。 智能控制的特点：1，学习功能2，适应功能3，自组织功能4，优化功能 智能控制的研究工具：1，符号推理与数值计算的结合2，模糊集理论3，神经网络理论4，遗传算法5，离散事件与连续时间系统的结合。 智能控制的应用领域，例如智能机器人控制、计算机集成制造系统、工业过程控制、航空航天控制和交通运输系统等。 10、专家系统：是一类包含知识和推理的智能计算机程序，其内部包含某领域专家水平的知识和经验，具有解决专门问题的能力。 11、专家系统的构成：由知识库和推理机（知识库由数据库和规则库两部分构成） 18、专家控制的特点：灵活性、适应性和鲁棒性。 19、模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法。，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。 20、模糊控制理论具有一些明显的特点：1，模糊控制不需要被控对象的数学模型2，
智能控制技术及其发展趋势
智能控制技术及其发展趋势 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。智能控制正是在这种条件下产生的。它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。1965年，傅京孙首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。智能控制具有交叉学科和定量与定性相结合的分析方法和特点。 一个系统如果具有感知环境、不断获得信息以减小不确定性和计划、产生以及执行控制行为的能力,即称为智能控制系统。智能控制技术是在向人脑学习的过程中不断发展起来的,人脑是一个超级智能控制系统,具有实时推理、决策、学习和记忆等功能,能适应各种复杂的控制环境。 智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的。常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。
智能控制技术复习题课后答案
一、填空题 1．智能控制是一门新兴的学科，它具有非常广泛的应用领域，例 如、、和。 1、交叉学科在机器人控制中的应用在过程控制中的应用飞行器控制 2．传统控制包括和。2、经典反馈控制现代理论控制 3．一个理想的智能控制系统应具备的基本功能是、、和。 3 、学习功能适应功能自组织功能优化能力 4．智能控制中的三元论指的是：、和。 4、运筹学，人工智能，自动控制 5．近年来，进化论、、和等各门学科的发展给智能控制注入了巨大的活力，并由此产生了各种智能控制方法。 5、神经网络模糊数学专家系统 6．智能控制方法比传统的控制方法更能适应对象的、和 。6、时变性非线性不确定性 7．傅京逊首次提出智能控制的概念，并归纳出的3种类型智能控制系统是 、和。 7、人作为控制器的控制系统、人机结合作为控制器的控制系统、无人参与的自主控 制系统 8、智能控制主要解决传统控制难以解决的复杂系统的控制问题，其研究的对象具备的3个特点为、和。 8、不确定性、高度的非线性、复杂的任务要求 9．智能控制系统的主要类型有、、、 、和。 9、分级递阶控制系统，专家控制系统，神经控制系统，模糊控制系统，学习控制系统，集成或者（复合）混合控制系统 10．智能控制的不确定性的模型包括两类：(1) ； (2) 。 10、(1)模型未知或知之甚少；(2)模型的结构和参数可能在很大范围内变化。11．控制论的三要素是：信息、反馈和控制。 12．建立一个实用的专家系统的步骤包括三个方面的设计，它们分别是、和。知识库的设计推理机的设计人机接口的设计13．专家系统的核心组成部分为和。知识库、推理机 14．专家系统中的知识库包括了3类知识，它们分别为、、和。判断性规则控制性规则数据 15．专家系统的推理机可采用的3种推理方式为推理、和推理。
智能控制理论及其应用论文
智能控制理论及其应用 [摘要] 本文回顾了智能控制理论的提出与发展过程，介绍了智能控制的特点，给出了智能控制理论的主要类型及其特点，列举了智能控制理论与技术的主要应用领域，最后总结了智能控制理论的发展趋势。 [关键词] 智能控制模糊控制神经网络专家控制[abstract] this paper reviewed the development of intelligence control, and introduced its main methods and characteristics, and particularized their mostly application fields, and pointed out the prospects of intelligent control development trend and put forward the study direction. [key words] intelligent control fuzzy control net neural expert control 0.引言 随着工业和自动化技术的发展，控制理论的应用日趋广泛，所涉及的控制对象日益复杂化，对控制性能的要求也越来越高，控制对象或过程的复杂性主要体现在系统缺乏精确的数学模型、具有高维的判定空间、多种时间尺度和多种性能判据等，要求控制理论能够处理复杂的控制问题和提供更为有效的控制策略。现代控制理论从理论上解决了系统的可观、可控、稳定性以及许多复杂系统的控制。但实际中的许多复杂系统具有非线性、时变性、不确定性、多层次、多因素等热点，难以建立精确的数学模型，因此需要引入新
智能控制课后习题
作业1 1 简述智能控制的概念。 定义一: 智能控制是由智能机器自主地实现其目标的过程。 定义二:K.J.奥斯托罗姆则认为，把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟，并用于控制系统的分析与设计中，以期在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。 定义三: 智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制，也是用计算机模拟人类智能的一个重要领域。 2 智能控制由哪几部分组成？各自的特点是什么？ 智能控制由人工智能、自动控制、运筹学组成。 人工智能是一个知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发推理等功能。 自动控制描述系统动力学特性，是一种动态反馈。 运筹学是一种定量优化的方法。如线性优化，网络规划，调度管理，优化决策和多目标优化的方法等等。 3 比较智能控制和传统控制的特点？ 1）传统控制方法在处理复杂性、不确定性方面能力低而且有时丧失了这种能力，智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力高 2）传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式，可谓“模型论”智能控制是智能决策论，相对于“模型论”可称为“控制论” 3）传统的控制为了控制必须建模，而利用不精确的模型又采用摸个固定控制算法，使整个的控制系统置于模型框架下，缺乏灵活性，缺乏应变性，因此很难胜任对复杂系统的控制智能控制的可信是控制决策，次用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。 4）传统控制适用于解决线性、时不变等相对简单的的控制问题智能控制是对传统控制理论的发展，传统控制室智能控制的一个组成部分，是智能控制的低级阶段。 4 智能控制有哪些应用领域？试举出一个应用实例。 应用领域：模糊系统、神经网络、专家控制、工业想、系统、电力系统、机器人等其他领域的控制。 应用实例：模糊控制的交流伺服系统 作业2
《智能控制》课程考试试题B及答案
《智能控制》课程考试试题B
《智能控制》课程考试试题B参考答案 一、填空题 (1) 高级机器人 (2) 智能规划与调度 (3) 自动制造系统 (4) 故障检测与诊断 (5) 小深(Deep Junior) (6) 卡斯帕洛夫(Kasparov) (7) 硬件 (8) 软件 (9) 智能 (10) 智能化 (11) 选择模糊控制器的结构 (12) 选取模糊控制规则 (13) 确定模糊化的解模糊策略,制定控制表 (14) 确定模糊控制器的参数 (15) 傅京孙 (16) 萨里迪斯 (17) 蔡自兴 (18) 生物的进化机制 (19) 进化计算 (20) 反馈机制 二、选择题 1、C 2、A 3、A 4、C 5、D 6、D 7、B 8、C 9、A 10、C 三、问答题 1、答:在研究了智能控制的二元、三元结构理论、知识、信息和智能的定义以及各相关学科的关系之后。蔡自兴教授提出了四元智能控制结构,把智能控制看作是自动控制、人工智能、信息论和运筹学四个学科的交集,如图1所示,其关系可用下式来描述。
IC = AI ∩ CT ∩ IT ∩ OR 图1 智能控制的四元结构 把信息论作为智能控制结构的一个子集是基于下列理由的: (1) 信息论是解释知识和智能的一种手段; (2) 控制论、系统论和信息论是紧密相互作用的; (3) 信息论已成为控制智能机器的工具; (4) 信息熵成为智能控制的测度; (5) 信息论参与智能控制的全过程,并对执行级起到核心作用。 2、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括: (1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。 (2) 研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。 (3) 对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。 (4) 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。 传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。人工智能影响了许多具有不同背景的学科,它的发展已促进自动控制向着更高的水平──智能控制发展。 智能控制具有下列特点: (1) 同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型(含计算智能模型与算法)表示的混合控制过程,也往往是那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的过程,并以知识进行推理,以启发式策略和智能算法来引导求解过程。 (2) 智能控制的核心在高层控制,即组织级。高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织,即决策和规划,实现广义问题求解。 (3) 智能控制是一门边缘交叉学科。实际上,智能控制涉及更多的相关学科。智能控制的发展需要各相关学科的配合与支援,同时也要求智能控制工程师是个知识工程师。 (4) 智能控制是一个新兴的研究领域。无论在理论上或实践上它都还很不成熟、很不完善,需要进一步探索与开发。 3、答:传统控制理论在应用中面临的难题包括: (1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。 (2) 研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。 (3) 对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。 (4) 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。
智能控制理论与方法
智能控制理论与方法 智能控制是自动控制发展的高级阶段,是人工智能、控制论、系统论、信息论、仿生学、神经生理学、进化计算和计算机等多种学科的高度综合与集成，是一门新兴的边缘交叉学科。它不仅包含了自动控制、人工智能、运筹学和信息论的内容，而且还从计算机科学、生物学、心理学等学科中汲取营养。什么又是智能控制理论呢？ 智能控制的概念和原理是针对被控对象及其环境、控制目标或任务的复杂性和不确定性而提出来的。对“智能控制”这一术语没有确切的定义，但是也有前辈做过归纳总结的，例如，IEEE控制系统协会归纳为：只能控制系统必须具有模拟人类学习（Learning）和自适应（Adaptation）的能力。智能控制系统是智能机自动完成其目标的控制过程，由智能机参与生产过程自动控制的系统称为智能控制系统。定性的说，智能控制系统应具有学习、记忆和大范围的自适应和自组织能力；能够及时地适应不断变化的环境；能有效的处理各种信息，以减小不确定性；能够以安全和可靠地方式进行规划、生产和执行控制动作而达到预定的目的和良好的性能指标。 智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和艺术学模型表示的混合控制过程。它适用于含有复杂性、不完全性、模糊性、不确定和不存在的已知算法的生产过程。它根据被控动态过程特征辨识，采用开闭环控制盒定性与定量控制相结合的多模态的控制方式。 智能控制器具有分层信息处理和决策机构。它实际上是对人神经
结构或专家决策机构的一种模仿。复杂的系统中，通常采用任务分块、控制分散方式。智能控制核心在高层控制，它对环境或过程进行组织、决策和规划，实现广义求解。要实现此任务需要采集符号信息处理、启发式程序设计、知识展示及自动推理和决策的相关技术。底层控制也属于智能控制系统不可缺少的一部分，一般采用常规控制。智能控制器也具有非线性。这是因为认得思维具有非线性，作为模仿人的思维进行决策的智能控制也具有非线性。由于智能控制器具有在线特征辨识、特征记忆和拟人特点，在整个控制过程中计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策，通过不断优化参数和寻找控制器的最佳结构方式，以获取整体最有控制性能。 模糊控制系统是智能控制的重要组成部分。模糊控制器是非线性控制器，许多传统的建模、分析和设计方法可以直接采用。任何的控制都有其数学理论和数学基础，模糊控制系统的数学基础是模糊集合、模糊规则和模糊推理。模糊集合就是指具有某个模糊概念所描述的属性的对象的全体，这一概念是美国加利福尼亚大学控制论专家L.A.扎德于 1965 年首先提出的。模糊集合这一概念的出现使得数学的思维和方法可以用于处理模糊性现象，从而构成了模糊集合论（中国通常称为模糊性数学)的基础。 模糊控制的核心就是利用模糊集合理论,把表达的人控制策略的自然语言转化为计算机能够承受的算法语言的控制算法,这种方法不仅能实现控制,而且能模拟人的思维方式,对一些无法构造的数学模 型的被控对象进行有效的控制。模糊控制与一般的自动控制的根本区