神经网络控制系统设计,神经网络技术及其应用

bp神经网络研究现状

。

BP网络的误差逆传播算法因有中间隐含层和相应的学习规则，使得它具有很强的非线性映射能力，而且网络的中间层数、各层神经元个数及网络的学习系数等参数可以根据实际情况设定，有很大的灵活性，且能够识别含有噪声的样本，经过学习能够把样本隐含的特征和规则分布在神经网络的连接权上。

总的说来，BP网络的优点主要有：(1)算法推导清楚，学习精度较高；(2)经过训练后的BP网络，运行速度很快，有的可用于实时处理；(3)多层(至少三层)BP网络具有理论上逼近任意非线性连续函数的能力，也就是说，可以使多层前馈神经网络学会任何可学习的东西，而信息处理的大部分问题都能归纳为数学映射，通过选择一定的非线性和连接强度调节规律，BP网络就可解决任何一个信息处理的问题。

目前，在手写字体的识别、语音识别、文本一语言转换、图像识别以及生物医学信号处理方面已有实际的应用。

同时BP算法与其它算法一样，也存在自身的缺陷：(1)由于该算法采用误差导数指导学习过程，在存在较多局部极小点的情况下容易陷入局部极小点，不能保证收敛到全局最小点：(2)存在学习速度与精度之间的矛盾，当学习速度较快时，学习过程容易产生振荡，难以得到精确结果，而当学习速度较慢时，虽然结果的精度较高，但学习周期太长：(3)算法学习收敛速度慢；(4)网络学习记忆具有不稳定性，即当给一个训练好的网络提供新的学习记忆模式时，将使已有的连接权值打乱，导致已记忆的学习模式的信息消失；(5)网络中间层(隐含层)的层数及它的单元数的选取无理论上的指导，而是根据经验确定，因此网络的设计有时不一定是最佳的方案。

谷歌人工智能写作项目：爱发猫

神经网络研究现状

光谱分析因其能够灵敏、高精度、无破坏、快速地检测物质的化学成分和相对含量而广泛应用于分析化学、生物化学与分子生物学、农业、医学等领域写作猫。

目前，光谱分析技术日趋成熟，引入光谱分析理论的高光谱遥感技术应用日益广泛，尤其是在农业领域，可以有效地获取农田信息、判断作物长势、估测作物产量、提取病害信息。

光谱分析技术虽然具有很强的物质波谱“透视力”，但在分析“同谱异物”和“异物同谱”等方面需要与现代分析手段相结合，如小波变换、卡尔曼滤波、人工神经网络（ArtificialNeuralNet－work，ANN）、遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）等。

在光谱分析领域，ANN多用于物质生化组分的定量分析（陈振宁等，2001；印春生等，2000），在光度分析中也有较多应用，如，于洪梅等（2002）利用ANN分析铬和锆的混合吸收光谱，并结合分光度法对二者进行测定。

ANN在非线性校准与光谱数据处理等方面也有应用（Blank，1993；方利民等；2008）。

而在模式识别中ANN应用最为广泛，如，Eicemanetal.（2006）利用遗传算法（是ANN的一种）对混合小波系数进行分类识别。

目前，自组织特征映射（Self－organizingFeatureMaps，SOFM）神经网络在高光谱影像的模式识别方面，国内外还较少有研究与应用，而结合遥感波谱维光谱分析技术的应用研究就更少。

SOFM常用于遥感图像处理方面，如，Moshouetal.（2005）利用SOFM神经网络进行数据融合，使分类误差减小到1％；Doucetteetal.（2001）根据SOFM设计的SORM算法，从分类后的高分辨率影像中提取道路；Toivanenetal.（2003）利用SOFM神经网络从多光谱影像中提取边缘，并指出该方法可应用于大数据量影像边缘的提取；Moshouetal.（2006）根据5137个叶片的光谱数据，利用SOFM神经网络识别小麦早期黄锈病，准确率高达99％。

然而，SOFM不需要输入模式期望值（在某些分类问题中，样本的先验类别是很难获取的），其区别于BP（BackPropagation）等其他神经网络模型最重要的特点是能够自动寻找样本的内在规律和本质属性，这大大地拓宽了SOFM在模式识别和分类方面的应用。

基于以上几点，本章从光谱分析的角度对高光谱遥感影像进行分析识别和信息提取，给出了在不同光谱模型下，高光谱数据的不同分解，之后利用SOFM对具有较高光谱重叠度的这些分解进行分类识别，结合光谱分析对采样点进行类别辨识，并通过对小麦条锈病的病情严重度信息提取，提出了高光谱影像波谱维光谱分析的新途径。

简述国内外asr技术发展现状

。

1国外发展状况早在1928年防抱死制动理论就被提出.BOSCH公司在1936年第一个获得了防抱死制动系统的专利权.1954年,FORD公司将ABS装在林肯轿车上.这一时期的各种ABS的轮速传感器和制动压力调节装置都是机械式,因此,获取的轮速信号不够精确,制动压力调节的适时性和精确性也难以保证.随着电子技术的发展,ABS进进电子控制时代.20世纪60年代后期到70年代初期,凯尔塞·海伊斯公司研制生产的两轮制动的ABS、克莱斯勒公司与BENDIX公司合作研制的四轮制动的ABS、BOSCH和TEVES公司研制的ABS、WABCO公司与BENZ公司合作研制的装备在气压制动的载货汽车上的ABS,都是由模拟式电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制,直接对各制动轮以电子控制压力进行调节.由于模拟式电子控制装置反应速度慢、控制精度低、易受干扰,致使各种ABS均未达到预期的控制效果.20世纪70年代后期,ABS采用数字式电子技术,反应速度、控制精度和可靠性都显着进步,ABS进人实用化阶段.BOSCH公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的ABS--BOSCHABS2.自此,欧、美、日的很多公司相继研制了形式多样的ABS.自1985年起,BOSCH、TEVES、BENDIX、WABCO等公司开始对ABS的生产大力投资,以满足汽车对ABS需要量增加的要求.目前,国际上ABS在汽车上的应用越来越广泛,已成为尽大多数汽车的标准装备,北美和西欧的各类客车和轻型载货汽车,ABS的装备率已达90%以上,轿车ABS的装备率在60%左右,运送危险品的载货汽车ABS的装备率为100%.1971年BUICK公司研制了由电子控制装置自动中断发动机点火,以减小发动机输出转矩,防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱死系统,成为ASR的雏形.1985年,VOLVO公司试制了电子牵引力控制系统ETC(ElectrONicTractionControl),通过调节燃油供给量来调节发动机输出转矩,以控制驱动轮滑转率,产生最佳驱动力.1986年,BOSCH推出了该公司的第一个牵引力控制系统TCS.仅依靠调节发动机输出转矩不能解决汽车在对开路面上很好地起步加速的题目.为了解决这一题目,需要对附着不好的一侧驱动轮施加部分制动,以充分发挥附着条件较好的一侧的地面驱动力.随着ABS技术的不断发展和成熟,利用ABS压力调节系统可实现这一目标.采用制动干预控制的ASR系统通常都是同ABS集成在一起的,形成ABS/ASR系统.1986年12月,BOSCH公司第一次将ABS与ASR结合起来,率先推出了具有防抱死制动和驱动防滑转功能的防滑控制系统ABS/ASR2U装置.同期,BENZ公司与WABCO公司也联合开发出了应用在载货汽车上的ABS/ASR系统.此后,各大汽车公司纷纷开始应用ABS/ASR系统,使其成为顶级豪华车的标准配置.随着各至公司不断开发出结构更紧凑、本钱更低、可靠性更强、功能更全面的ABS/ASR系统,ABS/ASR系统也逐渐应用于中、低档汽车上.到1997年时,已经有23家汽车厂商的近50种车型使用了ABS/ASR系统.2国内发展概况国内研究开发ABS起步较晚,约始于20世纪80年代中期.但我国对ABS的系统开发十分重视,制定相应的法规力促ABS的发展.1993年4月1日开始实施的GB13594-92《汽车防抱死制动系统性能要求和试验方法》,为ABS成为标准装备提供了试验方法和依据.1999年10月1日实施的GB12676--1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》规定:2003年10月1日以后,大型客车和大型载货汽车必须安装符合GB13594中规定的一类ABS.目前,国内研究ABS有代表性的科.研机构有以下几个:吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室、北京理工大学汽车动力性与排放测试国家专业实验室、清华大学汽车安全与节、能国家重点实验室、华南理工交通学院汽车系、济南程军电子科技公司等.这些单位在ABS的仿真、控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱电磁阀动作响应等方面的研究取得了很多成果.同时对防抱死制动时、的滑移率的计算、滑移率和附着系数之间的关系及ABS的控制算法也有很深的研究.国内现在生产ABS的公司不少,但大多数公司是和国外着名ABS公司合作生产.完全自主生产开发ABS的有代表性的国内公司有:广州市科密汽车制动技术开发有限公司、重庆聚能汽车技术有限责任公司、东风科技汽车制动系统公司、西安博华机电股份有限公司等.已开发生产的产品有单通道、三通道、四通道、六通道的气压和液压式的,适用于摩托车、轿车、大中型客车一、重型载货汽车、挂车的ABS及相关零部件.这些ABS的制动性能指标达到了国外同类产品的水平,部分试验数据优于国外公司同类产品,在国内占有一定的市场.估计2005年我国新生产的中、重型载货汽车,大、中型客车ABS的装车率为100%,而小、微型客车ABS的装车率为20%,轿车ABS装车率为50%.国内对ASR的研究,大约开始于20世纪90年代.一些科研单位如清华大学、吉林产业大学、北京理工大学、同济大学、上海交通大学、济南重汽技术中心等对ASR技术的发展进行跟踪、研究,并取得了阶段性进展.目前,我国科研职员主要针对ASR控制系统的控制策略、控制算法、逻辑等关键环节进行研究.由于受电控发动机的限制,我国目前在ASR系统的控制理论方面大多侧重于采用以制动控制为主、发动机控制为辅的控制方法.总的来说,间隔产品化研究还有一定的差距.因此国内尚无自主研发的集ABS和ASR为一体的ABS/ASR防滑控制系统产品出现.3ABS/ASR的发展趋势ABS/ASR控制技术的进步目前,固然ABS/ASR已经广泛应用,但控制方法还是以逻辑门限值控制为主.该控制方法虽比较简单,但逻辑复杂,所有的门限值都需要大量的实验来确定,调试起来很困难.而且,采用逻辑门限值控制的ABS/ASR系统通用性比较差,需要针对不同的车型重新开发.随着各种现代控制理论不断发展和完善,采用优化控制理论,可实现伺服控制和高精度控制.将智能控制技术如模糊控制、神经网络控制技术应用到ABS/ASR系统中,可以进步系统的自适应性和可靠性.相对于目前的基于滑移率的控制算法,基于路面附着系数的控制算法轻易实现连续控制,能适应各种路面变化,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.通过先进的测试手段可进一步完善ABS/ASR功能.例如,ABS控制车轮制动防滑时,车速没有直接丈量,而是通过轮速的波动情况估取参考车速作为车速,然后计算滑移率用以控制,所以,ABS控制时的滑移率不能保证其正确性.随着传感器制造和集成技术的发展,添加车身速度传感器来丈量车身速度,可进步ABS/ASR的控制效果.线制动系统BBW(Brake-by-Wire)是制动控制系统的发展方向之一.BBW将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代,电能作为能量来源.制动时由电动机驱动制动钳块,整个系统内没有液、气压管路,可省略很多管路和传感器,因而结构简捷.BBW由电线传递能量,数据线传递信号,制动反应时间缩短,极大地进步了汽车的制动安全性,并为将来的智能汽车控制提供条件.此外,在电子控制系统中设计相应程序,操纵电控元件来控制制动力的大小及各轴制动力分配,可完全实现ABS及ASR等功能.BBW是一种全新的制动理念,但仍有一些题目需要解决:目前车辆的12V/24V电源系统无法提供如此大的能量,需采用高品质的42V电源;由于不存在独立的主动备用制动系统,因此需要一个备用系统保证制动安全;车辆在运行过程中会有各种干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响是急需解决的题目.电子制动系统EBS(ElectronicallyControlledBrakingSystem)是适应对汽车及挂车制动系统稳定性逐步进步的要求,在ABS/ASR基础上发展起来的一套综合电子控制系统.它除了包含ABS/ASR的基本功能外,还具有以下特点:①EBS优化了各车轮间、主车与挂车或半挂车间的制动力分配.通常,对于常规制动系统而言,牵引车和挂车之间的制动协调性不能总是处于理想的匹配状态,尤其在与牵引车相配的挂车经常更换的情况下.EBS会在任何状态下监控到主车与挂车的不兼容性,自动调整主车与挂车之间的制动力分配,满足主车和挂车制动协调性的要求,改善车辆的安全性.前后桥衬片磨损协调,总磨损量达到最小,所有衬片更换间隔一致,缩短了维修时间,降低运行本钱.同时,制动力的协调还可以增加制动舒适性.②EBS通过制动治理系统将辅助制动和行车制动同一治理.它确保在每一次制动时,实现无磨损制动(缓速器、发动机制动承担大部分的制动工作,因此可以使行车制动器的温度保持在一个最低的水平,制动衬片的磨损降低).③改善了ABS/ASR的功能,改善了制动响应时间和车辆的制动反应,缩短了制动间隔,改善制动稳定性.舒适的制动感应,几乎达到轿车的制动感受.④EBS具有完善的诊断和自检测功能,可提供关于制动系统的即时信息,任何故障都可以被系统监测到,并正确显示以提示维修.维修专家据此排除故障.目前,EBS在载货汽车和客车上得到应用,是ABS/ASR在商用车领域的替换产品.ABS/ASR市场将逐渐减少,由于EBS将考虑用于轻型车.减小体积与质量,简化结构汽车上加装一些安全装置,质量随之增加,对燃油经济性不利.所以,在保证安全性的条件下,尽量减少质量.另外,不论是大型车还是小型车,其安装空间都是非常紧凑的,因此要求ABS/ASR装置的体积尽可能的小.减小ABS/ASR体积的主要途径是优化结构设计(如减小压力调节器尺寸)、增加集成度.目前,经过优化的ABS已将制动主缸、压力调节器和电控单元等集成为一体,从而大大减小了体积和本钱.控制功能的扩展和集成将各个功能不同的汽车电子控制系统集成,在实现各自基本功能的条件下,形成新的具有更强大功能的集成电控系统是汽车电子控制的必然趋势.把其它控制系统扩展进来,成为综合的汽车控制系统,是ABS/ASR系统的发展方向.目前,ABS/ASR向以下几个方向发展.a.和电子制动力分配EBD(ElectricBrakeforceDistribution)集成,形成ABS/ASR/EBD系统,可以明显改善并进步ABS的功效.EBD的功能就是在汽车制动的瞬间,高速计算出4个轮胎由于附着力不同而导致的摩擦力数值,然后调整制动装置,使其按照设定的程序在运动中高速调整,达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配,以保证车辆的平稳和安全.当紧急制动车轮抱死的情况下,EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮胎的有效地面附着力,可以防止甩尾和侧移,并缩短汽车制动间隔.b.和电子稳定性程序ESP(ElectronicStabilityProgram)系统集成,形成ABS/ASR/ESP综合控制系统,可解除汽车制动、起步和转向时对驾驶员的高要求.ESP又称汽车动态控制VDC(VehicleDynamicsControl).1995年,BOSCH推出基于ABS/ASR系统开发出的电子稳定性程序在吸收ABS/ASR优点的基础上,添加转向传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器和横摆角速度传感器等传感器,具有启动对制动力和汽车行驶方向进行修正、补偿的功能.ESP通过对各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析,使ABS/ASR自动地向一个或多个车轮施加制动力,将车辆保持在驾驶者所选定的车道内,来帮助车辆维持动态平衡.因此,可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性,在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显.c.和汽车巡航自动控制ACC(AdaptiveCruiseControl)系统集成,形成ABS/ASR/ACC综合控制系统,可解除汽车制动、起步和保持安全车距方面对驾驶员的高要求.ACC装置是近年来发展起来的一项汽车主动安全技术.装备ACC装置,可自动根据主目标车辆与主车车辆的相对间隔、相对速度和路面状况参数,判定主车的理想安全间隔,并实时自动调节主车车速,使之实际车距不小于理想安全间隔,因而,可在较大程度上避免碰撞事故发生,具有良好的安全行驶效果.由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的轮速采集系统、制动力调节装置以及发动机调节装置,在汽车ABS/ASR集成装置的硬件基础上,添加一个车距传感器及相应的电磁阀即可实现ACC功能.因此ABS/ASR与ACC的集成,不仅可以降低本钱,而且可以进步汽车的整体安全行驶性能.与其他控制系统的信息交换和共享,进步整体控制性能随着汽车电子化程度不断进步,汽车上ECU数目越来越多.为了进步信号的利用率,要求大量的数据信息能在不同的ECU中共享,汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换.传统的电器系统大多采用点对点的单一通讯方式,已远不能满足这种需求.为此,总线技术被引人到汽车电控系统中.今后,ABS/ASR控制系统的开发将基于总线技术进行,实现与其他控制系统的信息共享.例如,利用CAN总线和SAEJ1939,可以很轻易实现机械式自动变速器AMT(AutomaticMechanicalTransmission)和ABS/ASR之间的数据传输,实现资源共享.ABS采集的汽车轮速信号,可以通过变换得到变速器的输出轴转速为AMT所用,可减少传感器,降低控制系统的本钱.同时,减少了插接件,使AMT和ABS/ASR系统的可靠性和实时性进步.ABS工作时,可向AMT发出控制信息,要求AMT挂空档,进步ABS的工作性能,使车辆制动更平稳、更有效.ASR工作时可要求AMT向上换档减少力矩,使ASR的控制效果更好.ASR可使AMT避免在低附着路面起步和加速时出现反复换档现象.因此,信息交换和共享可以使两个控制系统的功能比它们单独控制的功能更丰富和有效,使每个控制器的功能都更加完善,便于进行更复杂的控制,为整车控制奠定基础.。

人工神经网络的发展趋势

人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力，克服了传统人工智能方法对于直觉，如模式、语音识别、非结构化信息处理方面的缺陷，使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用。

人工神经网络与其它传统方法相结合，将推动人工智能和信息处理技术不断发展。

近年来，人工神经网络正向模拟人类认知的道路上更加深入发展，与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合，形成计算智能，成为人工智能的一个重要方向，将在实际应用中得到发展。

将信息几何应用于人工神经网络的研究，为人工神经网络的理论研究开辟了新的途径。神经计算机的研究发展很快，已有产品进入市场。光电结合的神经计算机为人工神经网络的发展提供了良好条件。

神经网络在很多领域已得到了很好的应用，但其需要研究的方面还很多。

其中，具有分布存储、并行处理、自学习、自组织以及非线性映射等优点的神经网络与其他技术的结合以及由此而来的混合方法和混合系统，已经成为一大研究热点。

由于其他方法也有它们各自的优点，所以将神经网络与其他方法相结合，取长补短，继而可以获得更好的应用效果。

目前这方面工作有神经网络与模糊逻辑、专家系统、遗传算法、小波分析、混沌、粗集理论、分形理论、证据理论和灰色系统等的融合。下面主要就神经网络与小波分析、混沌、粗集理论、分形理论的融合进行分析。

与小波分析的结合1981年，法国地质学家Morlet在寻求地质数据时，通过对Fourier变换与加窗Fourier变换的异同、特点及函数构造进行创造性的研究，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年以来由于YMeyer、S.Mallat及IDaubechies等的奠基工作，小波分析迅速发展成为一门新兴学科。

Meyer所著的小波与算子，Daubechies所著的小波十讲是小波研究领域最权威的著作。小波变换是对Fourier分析方法的突破。

它不但在时域和频域同时具有良好的局部化性质，而且对低频信号在频域和对高频信号在时域里都有很好的分辨率，从而可以聚集到对象的任意细节。

小波分析相当于一个数学显微镜，具有放大、缩小和平移功能，通过检查不同放大倍数下的变化来研究信号的动态特性。因此，小波分析已成为地球物理、信号处理、图像处理、理论物理等诸多领域的强有力工具。

小波神经网络将小波变换良好的时频局域化特性和神经网络的自学习功能相结合，因而具有较强的逼近能力和容错能力。

在结合方法上，可以将小波函数作为基函数构造神经网络形成小波网络，或者小波变换作为前馈神经网络的输入前置处理工具，即以小波变换的多分辨率特性对过程状态信号进行处理，实现信噪分离，并提取出对加工误差影响最大的状态特性，作为神经网络的输入。

小波神经网络在电机故障诊断、高压电网故障信号处理与保护研究、轴承等机械故障诊断以及许多方面都有应用，将小波神经网络用于感应伺服电机的智能控制，使该系统具有良好的跟踪控制性能，以及好的鲁棒性，利用小波包神经网络进行心血管疾病的智能诊断，小波层进行时频域的自适应特征提取，前向神经网络用来进行分类，正确分类率达到94%。

小波神经网络虽然应用于很多方面，但仍存在一些不足。从提取精度和小波变换实时性的要求出发，有必要根据实际情况构造一些适应应用需求的特殊小波基，以便在应用中取得更好的效果。

另外，在应用中的实时性要求，也需要结合DSP的发展，开发专门的处理芯片，从而满足这方面的要求。混沌神经网络混沌第一个定义是上世纪70年代才被Li-Yorke第一次提出的。

由于它具有广泛的应用价值，自它出现以来就受到各方面的普遍关注。

混沌是一种确定的系统中出现的无规则的运动，混沌是存在于非线性系统中的一种较为普遍的现象，混沌运动具有遍历性、随机性等特点，能在一定的范围内按其自身规律不重复地遍历所有状态。

混沌理论所决定的是非线性动力学混沌，目的是揭示貌似随机的现象背后可能隐藏的简单规律，以求发现一大类复杂问题普遍遵循的共同规律。

1990年Kaihara、T.Takabe和M.Toyoda等人根据生物神经元的混沌特性首次提出混沌神经网络模型，将混沌学引入神经网络中，使得人工神经网络具有混沌行为，更加接近实际的人脑神经网络，因而混沌神经网络被认为是可实现其真实世界计算的智能信息处理系统之一，成为神经网络的主要研究方向之一。

与常规的离散型Hopfield神经网络相比较，混沌神经网络具有更丰富的非线性动力学特性，主要表现如下：在神经网络中引入混沌动力学行为；混沌神经网络的同步特性；混沌神经网络的吸引子。

当神经网络实际应用中，网络输入发生较大变异时，应用网络的固有容错能力往往感到不足，经常会发生失忆现象。

混沌神经网络动态记忆属于确定性动力学运动，记忆发生在混沌吸引子的轨迹上，通过不断地运动(回忆过程)一一联想到记忆模式，特别对于那些状态空间分布的较接近或者发生部分重叠的记忆模式，混沌神经网络总能通过动态联想记忆加以重现和辨识，而不发生混淆，这是混沌神经网络所特有的性能，它将大大改善Hopfield神经网络的记忆能力。

混沌吸引子的吸引域存在，形成了混沌神经网络固有容错功能。这将对复杂的模式识别、图像处理等工程应用发挥重要作用。

混沌神经网络受到关注的另一个原因是混沌存在于生物体真实神经元及神经网络中，并且起到一定的作用，动物学的电生理实验已证实了这一点。

混沌神经网络由于其复杂的动力学特性，在动态联想记忆、系统优化、信息处理、人工智能等领域受到人们极大的关注。

针对混沌神经网络具有联想记忆功能，但其搜索过程不稳定，提出了一种控制方法可以对混沌神经网络中的混沌现象进行控制。研究了混沌神经网络在组合优化问题中的应用。

为了更好的应用混沌神经网络的动力学特性，并对其存在的混沌现象进行有效的控制，仍需要对混沌神经网络的结构进行进一步的改进和调整，以及混沌神经网络算法的进一步研究。

基于粗集理论粗糙集(RoughSets)理论是1982年由波兰华沙理工大学教授Z.Pawlak首先提出，它是一个分析数据的数学理论，研究不完整数据、不精确知识的表达、学习、归纳等方法。

粗糙集理论是一种新的处理模糊和不确定性知识的数学工具，其主要思想就是在保持分类能力不变的前提下，通过知识约简，导出问题的决策或分类规则。

目前，粗糙集理论已被成功应用于机器学习、决策分析、过程控制、模式识别与数据挖掘等领域。

粗集和神经网络的共同点是都能在自然环境下很好的工作，但是，粗集理论方法模拟人类的抽象逻辑思维，而神经网络方法模拟形象直觉思维，因而二者又具有不同特点。

粗集理论方法以各种更接近人们对事物的描述方式的定性、定量或者混合性信息为输入，输入空间与输出空间的映射关系是通过简单的决策表简化得到的，它考虑知识表达中不同属性的重要性确定哪些知识是冗余的，哪些知识是有用的，神经网络则是利用非线性映射的思想和并行处理的方法，用神经网络本身结构表达输入与输出关联知识的隐函数编码。

在粗集理论方法和神经网络方法处理信息中，两者存在很大的两个区别：其一是神经网络处理信息一般不能将输入信息空间维数简化，当输入信息空间维数较大时，网络不仅结构复杂，而且训练时间也很长；而粗集方法却能通过发现数据间的关系，不仅可以去掉冗余输入信息，而且可以简化输入信息的表达空间维数。

其二是粗集方法在实际问题的处理中对噪声较敏感，因而用无噪声的训练样本学习推理的结果在有噪声的环境中应用效果不佳。而神经网络方法有较好的抑制噪声干扰的能力。

因此将两者结合起来，用粗集方法先对信息进行预处理，即把粗集网络作为前置系统，再根据粗集方法预处理后的信息结构，构成神经网络信息处理系统。

通过二者的结合，不但可减少信息表达的属性数量，减小神经网络构成系统的复杂性，而且具有较强的容错及抗干扰能力，为处理不确定、不完整信息提供了一条强有力的途径。

目前粗集与神经网络的结合已应用于语音识别、专家系统、数据挖掘、故障诊断等领域，将神经网络和粗集用于声源位置的自动识别，将神经网络和粗集用于专家系统的知识获取中，取得比传统专家系统更好的效果，其中粗集进行不确定和不精确数据的处理，神经网络进行分类工作。

虽然粗集与神经网络的结合已应用于许多领域的研究，为使这一方法发挥更大的作用还需考虑如下问题：模拟人类抽象逻辑思维的粗集理论方法和模拟形象直觉思维的神经网络方法更加有效的结合；二者集成的软件和硬件平台的开发，提高其实用性。

与分形理论的结合自从美国哈佛大学数学系教授BenoitB.Mandelbrot于20世纪70年代中期引入分形这一概念，分形几何学(Fractalgeometry)已经发展成为科学的方法论--分形理论，且被誉为开创了20世纪数学重要阶段。

现已被广泛应用于自然科学和社会科学的几乎所有领域，成为现今国际上许多学科的前沿研究课题之一。由于在许多学科中的迅速发展，分形已成为一门描述自然界中许多不规则事物的规律性的学科。

它已被广泛应用在生物学、地球地理学、天文学、计算机图形学等各个领域。

用分形理论来解释自然界中那些不规则、不稳定和具有高度复杂结构的现象，可以收到显著的效果，而将神经网络与分形理论相结合，充分利用神经网络非线性映射、计算能力、自适应等优点，可以取得更好的效果。

分形神经网络的应用领域有图像识别、图像编码、图像压缩，以及机械设备系统的故障诊断等。

分形图像压缩/解压缩方法有着高压缩率和低遗失率的优点，但运算能力不强，由于神经网络具有并行运算的特点，将神经网络用于分形图像压缩/解压缩中，提高了原有方法的运算能力。

将神经网络与分形相结合用于果实形状的识别，首先利用分形得到几种水果轮廓数据的不规则性，然后利用3层神经网络对这些数据进行辨识，继而对其不规则性进行评价。

分形神经网络已取得了许多应用，但仍有些问题值得进一步研究：分形维数的物理意义；分形的计算机仿真和实际应用研究。随着研究的不断深入，分形神经网络必将得到不断的完善，并取得更好的应用效果。?。

国内外人工神经网络的研究现状

基于人工神经网络的土坝病害诊断知识获取方法摘要：以土坝测压管水位异常诊断为实例，对反向传播(BP)神经网络进行训练，然后通过典型示例经网络计算生成显式的诊断规则，为专家系统诊断推理时直接调用。

该方法是土坝病害诊断知识获取的一种新方法，是对传统知识获取方式的拓展和补充。

关键词：土坝；病害诊断；测压管异常；神经网络；知识获取我国目前已修建各种类型水库8.6万余座（是世界水库最多的国家之一），大中型水闸7.6万座，河道堤防20多万公里。

这些水利工程和设施所发挥的巨大作用和效益大大促进了社会和经济的发展。

然而从另一方面还应看到，在已建的水利工程中尚存许多不安全因素，由于修建当时的经济、技术条件限制以及其它一些因素的影响，使很多工程存在病害或隐患，另外，由于长期受各种自然或人为因素影响，加之年久失修，管理跟不上，老化现象也很严重，很大程度上影响了工程正常运行和效益的发挥，有些工程因此而失事。

仅就土石坝而，历年累积溃坝率就高达3.4%。因此如何准确、及时地诊断出建筑物的隐患和病害，并对建筑物的安全性做出合理科学的评价意义十分重大。是当前水利工程管理中亟待解决的一项重要课题。

水工建筑物的病害诊断是一项非常复杂的工作，需要有丰富经验的专家才能胜任。

解决上述问题的一个好的办法是在做好监测的基础上，把专家经验、人工智能（AI）技术、计算机应用技术以及数值分析计算等有机结合起来，建造专家系统（ExpertSystem简称：ES）。

而专家系统开发中最关键的“瓶颈”问题就是知识获取，它既包括知识的体系结构、内容等难于获取，也包括推理规则中的推理参数（如可信度）难以确定等。

笔者以土坝为研究对象开发了具有学习功能的土坝病害诊断专家系统ESLEDFDS[1,2]，在系统开发中为解决知识获取问题，采取了传统的访谈（Interview）式的知识获取与从病害工程实例中抽取知识（事例学习）相结合的形式。

实践证明该形式效果良好。论文将以土坝测压管水位异常诊断知识的获取为例，介绍一种基于人工神经网络事例学习的土坝病害诊断知识的获取方法。

1知识源分析及知识获取方法的选择土坝病害诊断的知识源主要有3个：（1）坝工诊断专家。大量的经验性知识存在于专家的大脑中，具有专有性和潜在性等特点。

有时连专家本人也不容易系统地总结、归纳自己的知识，而且不易做出解释。这也就决定了它的难于获取，但它是ES知识的主要来源。（2）相关文献资料。文献资料作为一种信息载体，包含了大量理论和经验知识。

其特点是量大、分散。而且，由于不同的文献来源于不同的著者，对同一问题的看法和分析结果可能有所差异，甚至相悖，所以有助于消除单个专家知识的片面性。

但从大量分散的文献中抽取ES知识库所需的知识和方法，需经反复分析比较。（3）实例。

一般情况下，专家头脑中知识的存储往往是片断的、非系统的，以访谈的形式，让专家叙述自己的知识时，一个个片断很难一下子系统地组织起来。

而一旦真正面对实际问题（实例）坝工诊断专家却能够作很好的分析，说明这种刺激能使专家自觉或不自觉地去组织自己的知识。

所以，同专家一同分析实例，可以了解专家的推理过程及所用知识，同时，经过专家分析的工程实例中蕴涵了专家的经验知识和推理判断，并且大多实例分析结果的正确与否已经得到实际验证。

因此，实例是一种非常重要的知识源，可以通过一些模型、方法对实例进行学习，提炼出蕴涵在实例中的诊断知识。笔者在ESLEDFDS的知识获取中综合利用了以上3种知识源。

通过走访专家、同专家一起分析文献资料，把诊断知识整理成一条条规则，存储于外部知识库中。此外，为补充专家经验知识的不足，还对收集的80余例土坝病害实例，应用人工神经元网络进行了事例学习和新规则生成。

......。

自动控制原理的国内外的研究现状

自动化科学作为一门学科起源于20世纪初，自动化科学与技术的基础理论来自于物理等自然科学和数学、系统科学、社会科学等基础科学。自动控制理论在现代科学技术的发展中有着重要的地位，起着重要的作用。

在第40届IEEE决策与控制年会的全会开篇报告中，美国学者JohnDoyle教授引用了国际著名学者，哈佛大学的何数奇教授的新观点：“控制将是21世纪的物理学”。

自动控制系统的早期应用可以追溯到两千多年前古埃及的水钟控制与中国汉代的指南车控制，但当时未建立起自动控制的理论体系。

1769年，英国科学家JamesWatt设计的内燃机引发了现代工业革命，1788年Watt为内燃机设计的飞锤调速器会出现震荡现象，所以后来出现了Maxwell对微分方程系统稳定性的理论研究，他指出线性系统稳定的条件是其特征根均有负实部，Roth和Hurwitz等人提出了间接的稳定判据，使得高阶系统稳定性判定成为可能。

控制器的设计问题是由Minorsky在1922年开始研究的，其研究成果可以看成是现代广泛应用的PID控制器的前身，而1942年，Ziegler和Nichols提出了调节PID（ProportionIntegrationDifferentiation，比例积分微分）控制器参数的经验公式方法，此方法对当今的PID控制器整定仍有影响。

自动控制理论是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的科学。按照自动控制理论发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。

20世纪中叶，由于自动控制技术的发展，逐渐形成并日臻成熟了“经典控制理论”。这些理论主要是以传递函数为基础，研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问题。

采用的方法主要是微分方程分析法、根轨迹分析法和频域分析法。这些方法对控制系统的分析设计和运行发挥了重要的作用，并积累了丰富的经验，成功地解决了一系列以输出反馈为主要控制手段的自动控制问题。

20世纪60年代开始，由于生产的发展，自动控制系统日趋复杂、规模日趋庞大，特别是空间技术的发展，使自动控制理论有了一次新的飞跃，逐渐形成了“现代控制理论”。

这些理论主要是以状态空间法为基础，研究多输入多输出及变参数、非线性控制系统的分析设计问题。

近年来，由于计算机技术的迅猛发展和应用数学研究的进展，特别是一些新型控制技术，诸如最优控制、自适应控制、预测控制、模糊控制、人工神经网络控制、鲁棒控制等的出现，使自动控制理论又有了日新月异的发展。

目前主要是庞大的系统工程的基础上发展起来的大系统理论和在模仿人类智能活动的基础上发展起来的智能控制方面，都取得了许多重大进展。

“经典控制理论”和“现代控制理论”是自动控制理论发展的两个阶段，但它们又是相互联系，相互促进的。

“现代控制理论”不能看成是“经典控制理论”简单的延伸和推广，在所采用的数学工具、理论基础、研究方法、研究对象等多方面有着明显的不同，可以说是一次质的飞跃。但是，这并不意味着这两种方法原理截然分离。

特别是在解决实际工程问题中，许多用经典理论控制解决的问题，同样可以用现代控制理论从方法上看更加完备或结果更强，但是，经典控制理论简洁实效的分析方法和控制方式，往往是现代控制理论难以实现的。

也就是说，它们又有很强的互补性。现代科学技术的发展和生产技术的提高，为经典和现代控制理论的发展及应用都提供了广阔的前景。

系统的频域分析技术是在Nyquist、Bode、Nichols等进行的早期关于通信学科的频域研究工作的基础上建立起来的，Harris于1942年提出的传递函数概念将通信学科的频域技术移植到了控制领域，构成了控制系统频域法理论研究的基础。

Evans在1946年提出的线性反馈系统的根轨迹分析技术是那个时代的另一个里程碑，在这些成果的基础上诞生了第一代控制理论——经典控制理论。

前苏联学者Portraying于1956年提出的极大值原理、美国学者Bellman的动态规划和美国学者Kalmar的状态空间分析技术开创了控制理论研究的新时代，这三个代表性成果构成了第二代控制理论——即当时所谓的“现代控制理论”的理论基础。

在那个时期以后，控制理论研究中出现了线性二次型最优调节器、极点配置状态反馈、最优状态观测器及线性二次型Gauss问题的研究，并在后来出现了引入回路传输恢复技术的LQG（LinearQuadraticGaussian，线性二次高斯）控制器。

控制的对象和过程自动地按照预定的规律运行。

例如使导弹能够命中目标；宇宙飞船准确地登上月球，并按预定的时间与地点返回地球；机床能够自动加工出符合一定形状与精度的零件；机器人能按一定的规律进行某种操作；化学反应器在一定的压力、温度所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过自动控制装置使被下反应并生产出合格的产品等，都离不开自动控制理论与自动控制技术的发展。

自20世纪40年代以来自动控制应用的领域越来越广泛，除了在航天航空技术、军事装备及部门、工业生产过程中，自动控制技术起着特别重要的作用外，目前大至世界及国家政治经济管理、能源控制、医疗卫生、地区规划、交通运输，小至人的日常生活，都离不开自动控制理论及自动控制技术的应用。

自动控制技术全国及世界现状及发展趋势

。

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。

目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。

20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。

全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（TimetoMarket）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业的T.Q.C.S.。

虽然计算机集成制造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。

然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。

工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。

传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。

20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。

我国重庆钢铁公司这样的大企业的几乎全部大型加热炉，也拆除了原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获得了良好效果。

由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠，并且被操作和维护人员接受，所以，一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。

基于PC的控制系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。

由于可编程控制器（PLC）受PC控制的威胁最大，所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上，他们现在也加入到了PC控制“浪潮”中。近年来，工业PC在我国得到了异常迅速的发展。

从世界范围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机和CompactPCI工控机以及它们的变形机，如AT96总线工控机等。

由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是CompactPCI-based工控机，而IPC将占据管理自动化层。

国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主知识产权的PC-based控制系统，在3(5年内，占领30%(50%的国内市场，并实现产业化。

几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软件操作系统WindowsNT的原因。

一个成功的PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软件完成；二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。

工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看，控制系统的将来很可能存在于工业PC和PLC之间，这些融合的迹象已经出现。

和PLC一样，工业PC市场在过去的两年里保持平稳。与PLC相比，工业PC软件很便宜。

据Frost&Sullivan公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场里，大约8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变得非常可观。

二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。

同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。

国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。

经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。

专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。

预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。

但是，按照AutomationResearchCorp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。

微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格只有几百欧元。

随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。

当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。

可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。

三、面向测控管一体化设计的DCS系统集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。

我国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部进口。

80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研制国产化DCS的技术攻关。

近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。

这批企业研制生产的DCS系统，不仅品种数量大幅度增加，而且产品技术水平已经达到或接近国际先进水平。在2001年全国应用的4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35%。

短短几年，国外DCS系统在我国一统天下的局面从此不再出现。这些专业化公司不仅占据了一定的市场份额，积累了发展的资本和技术，同时使得国外引进的DCS系统价格也大幅度下降，为我国自动化推广事业做出了贡献。

与此同时，国产DCS系统的出口也在逐年增长。虽然国产DCS的发展取得了长足进步，但国外DCS产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是Honeywell和横河公司的产品。

我国DCS的市场年增长率约为20%，年市场额约为30(35亿元。由于近5年内DCS在石化行业大型自控装置中没有可替代产品，所以其市场增长率不会下降。

据统计，到2005年，我国石化行业有1000多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控；不少企业已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。

所以，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。根据中国仪器仪表行业协会公布的调查数据显示，2002年我国DCS市场状况如下：小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展的主要方向。

目前小型DCS所占有的市场，已逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先与这三种系统融合，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。

PC-based控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。

开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。

四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展由于3C（Computer、Control、Communication）技术的发展，过程控制系统将由DCS发展到FCS（FieldbusControlSystem）。

FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备（FieldDevice）中。

基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的4(20mA模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。

根据IEC61158的定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能、性能。

IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作，走过了16年的艰难历程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的标准制定就陷于混乱。

2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种，分别为：类型1IEC技术报告（FFH1）；类型2Control-NET（美国Rockwell公司支持）；类型3Profibus（德国Siemens公司支持）；类型4P-NET（丹麦ProcessData公司支持）；类型5FFHSE（原FFH2）高速以太网（美国FisherRosemount公司支持）；类型6Swift-Net（美国波音公司支持）；类型7WorldFIP（法国Alsto公司支持）；类型8Interbus（美国PhoenixContact公司支持）。

除了IEC61158的8种现场总线外，IECTC17B通过了三种总线标准：SDS（SmartDistributedSystem）；ASI（ActuatorSensorInterface）；DeviceNET。

另外，ISO公布了ISO11898CAN标准。其中DeviceNET于2002年10月8日被中国批准为国家标准，并于2003年4月1日开始实施。

目前在各种现场总线的竞争中，以Ethernet为代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技术正成为现场总线发展中新的亮点。

其关注的焦点主要集中在两个方面：(1)能否出现全世界统一的现场总线标准；(2)现场总线系统能否全面取代现时风靡世界的DCS系统。

采用现场总线技术构造低成本的现场总线控制系统，促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统的技术发展趋势。

国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的发展，重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上，补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置，建立智能化仪表和开发自动化系统的生产基地，形成适度规模经济。

2000年，“九五”国家科技攻关计划“新一代全分布式控制系统研究与开发”和“现场总线智能仪表研究开发”两个项目相继完成。

这两个项目以及先期完成的“现场总线控制系统的开发”项目，针对国际上已经出现的多种现场总线协议并存的局面，重点选择了HART协议和FF协议现场总线技术攻关。

总之，计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，将朝着现场总线控制系统（FCS）的方向发展。

虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，但FCS发展还有很多工作要做，如统一标准、仪表智能化等。

另外，传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程，同时DCS本身也在不断的发展与完善。

可以肯定的是，结合DCS、工业以太网、先进控制等新技术的FCS将具有强大的生命力。

工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占有更加重要的地位。

五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展经过五十年的发展，我国仪器仪表工业已有相当基础，初步形成了门类比较齐全的生产、科研、营销体系。

现有各类仪器仪表企业6000余家，年销售额约1000亿元，成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表生产国。

据海关统计，除去随成套工程项目配套引进的仪器仪表不计，去年进口各类仪器仪表近60亿美元，约占我国仪器仪表工业总产值的50%。

但目前我国仪器仪表行业产品大多属于中低档水平，随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流，差距还将进一步加大。目前，我国高档、大型仪器设备大多依赖进口。

中档产品以及许多关键零部件，国外产品占有我国市场60%以上的份额，而国产分析仪器占全球市场不到千分之二的份额。

2001年3月，第九届全国人大四次会议批准的“十五”计划纲要首次提出“把发展数控机床，仪器仪表和基础零部件放到重要位置，努力提高质量和技术水平”。

2001年8月，国家计委把仪器仪表明确列为国民经济重要技术装备，国家经贸委制定并公布的仪器仪表行业“十五”规划，确立了6项高技术产业化项目：1.基于现场总线技术的全开放分散控制系统及智能仪表；2.新型传感器；3.智能化工业控制部件与执行机构；4.环境与污染源监测仪器及自动监测系统；5.城市污水处理利用成套工艺设备中的仪表自动化控制系统；6.炼钢转炉煤气净化回转成套装置中的仪表自动化控制系统。

根据仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是：2002年1628亿，2003年1790亿，2004年1969亿，2005年2165亿。

五年间，平均年市场容量为1806亿（相当于220亿美元），其中工业自动化仪表和控制系统占41%、科学测试仪器占25%、医疗仪器占17%、其它占17%，平均年增长率将不会低于10%。

今后仪器仪表技术的主要发展趋势：*仪器仪表向智能化方向发展，产生智能仪器仪表；*测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速发展；*仪器仪表网络化，产生网络仪器与远程测控系统。

几点建议：*开发具有自主知识产权的产品，掌握核心技术。*加强仪器仪表行业的系统集成能力。*进一步拓展仪器仪表的应用领域。

六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。

近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。

就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为4种类型：1.传统数控系统；2.“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；3.“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；4.SOFT型开放式数控系统。

我国数控系统的开发与生产，通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，取得了很大的进展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业，也带动了机电控制与传动控制技术的发展。

同时，具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可。

国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：*新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；*驱动装置向交流、数字化方向发展；*增强通信功能，向网络化发展；*数控系统在控制性能上向智能化发展。

进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展的资本与动力，而机床工业，作为机器制造业、工业以至整个国民经济发展的装备部门，毫无疑问，其战略性重要地位、受重视程度，也将更加鲜明突出。

近年来，我国数控机床一直保持两位数增长。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元。

2002年产值达260亿元，产量居世界第4。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。

由于国产数控机床不能满足市场的需求，高档次的数控机床及配套部件只能靠进口，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。

智能化、开放性、网络化、信息化成为未来数控系统和数控机床发展的主要趋势：*向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展；*向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展；*向PC-based化和开放性方向发展；*出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造的方向发展。

*信息技术（IT）与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展。*纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破。*节能环保机床将加速发展，占领广大市场。

七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展自从1977年第一个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。

然而，在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。

随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。

无线局域网（WirelessLAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。

无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供以太网互联功能。在推动网络技术发展的同时，无线局域网也在改变着人们的生活方式。无线网通信协议通常采用IEEE802.3和802.11。

802.3用于点对点方式，802.11用于一点对多点方式。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，以无线网卡使用最为普遍。

无线局域网的未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其它移动通信系统之间的关系等问题上。

在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。

无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE802.11b和以太网络IEEE802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。

计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。

无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。

八、工业控制软件正向先进控制方向发展自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。

工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC的控制软件以及生产管理软件等。

目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了国外同类应用软件的垄断格局。

通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业（装置）中应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。

2000年，“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨干石化生产系统控制及计算机应用技术”通过了验收。

作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年取得了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。

在此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。先进过程控制APC（AdvancedProcessControl）目前还没有严格而统一的定义。

一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为先进过程控制策略。如：*自适应控制；*预测控制；*鲁棒控制；*智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络）等。

由于先进控制和优化软件可以创造巨大的经济效益，因此这些软件也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进控制和优化软件产品，在世界范围内形成了一个强大的流程工业应用软件产业。

因此，开发我国具有自主知识产权的先进控制和优化软件，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

结束语工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。

在“十五”期间，国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域的优质高效生产，振兴装备制造业；三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。

国家实施高技术产业化的主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新的增长点；二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。

由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质、提高国家整体国力、调整工业结构、迅速搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展。

什么是神经网络控制技术

神经网络控制技术是一项复杂的系统控制技术，一般应用在变频器的控制中，它是通过对系统的辨识、运算后对变频器进行控制的一种新技术。

而且神经网络控制可以同时控制多个变频器，所以应用在多个变频器级联控制中比较合适。