專利名稱：提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置的制作方法
提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置所屬技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種電子模擬裝置，尤其是一種提取人類控制經(jīng)驗 的電子模擬裝置。
背景技術(shù) 在工業(yè)、民用或軍工領(lǐng)域中，常有一些非常復(fù)雜的控制過程，一些有 經(jīng)驗的專家或經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場操作人員可以給出令人滿意的控制結(jié)果，而常規(guī)控制器的控 制效果卻不好，為了獲取這些專家和操作人員的控制經(jīng)驗，常用的方法是向有這些經(jīng)驗的 專家或現(xiàn)場操作人員問訊，然后將他們的經(jīng)驗變成控制規(guī)則，可以通過分段量化，給出一個 或幾個控制表格，也可以通過方程形式來描述他們的控制經(jīng)驗，但是，這些方法都存在人類 語言交流的通用弊端，那就是經(jīng)驗的描述有一定的不確定性和局限性，在很多情況下，有經(jīng) 驗的專家或經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場操作人員很難用語言準(zhǔn)確地描述他們的經(jīng)驗，并且他們表達(dá)出 的經(jīng)驗同他們實際擁有的經(jīng)驗之間也有一定的信息失真和信息損失，而聽取經(jīng)驗的人也會 有信息損失和理解偏差，所以這些總結(jié)出的控制經(jīng)驗，很多情況下需要反復(fù)調(diào)試或校正才 能使用。目前，人類經(jīng)驗的提取方法存在較大的信息失真和信息損失，導(dǎo)致得出的控制表 或控制方程需要反復(fù)調(diào)試修改才能使用。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前人類經(jīng)驗提取方法存在的信息失真和信息丟失問題， 直接提出非失真的人類控制經(jīng)驗，本發(fā)明提出一種利用電子模擬裝置來提取人類經(jīng)驗，該 裝置簡單不難實現(xiàn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該電子模擬裝置由模擬盤面、過程 模型、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊組成，模擬盤面可以是模塊化結(jié)構(gòu)，也可以是 一體化結(jié)構(gòu)，模擬盤面可以由計算機(jī)屏幕、鍵盤和鼠標(biāo)組成，模擬盤面也可以是觸摸屏，模 擬盤面還可以是帶有手動操作裝置的儀表盤，模擬盤面的外觀盡量與實際被控對象現(xiàn)場控 制盤的外觀近似，以讓專家或操作人員有身臨其境的現(xiàn)場感覺，模擬盤面上有顯示器和控 制器，模擬盤面上也可以有被控對象的工藝流程圖，顯示器可以顯示過程模型的輸出值、過 程模型的輸出設(shè)定值和專家或操作人員施加到過程模型的控制值，還可以通過顯示器輸入 過程模型的輸出設(shè)定值，通過控制器專家或操作人員對過程模型施加輸入，過程模型按實 際被控對象的特性近似給出，數(shù)據(jù)采集模塊的作用是不斷地采集模擬盤面上專家或操作人 員的控制值、過程模型的輸出值、過程模型的輸出設(shè)定值和與此相關(guān)其它工藝參數(shù)的數(shù)值 和誤差值，控制模塊每間隔一定的時間就主動地對過程模型輸出值施加一個預(yù)定的擾動， 即主動改變過程模型的輸出值和過程模型的輸出設(shè)定值之間的誤差、誤差變化率或相關(guān)的 其它工藝參數(shù)的數(shù)值，控制模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的過程模型輸出值、過程模型的輸 出設(shè)定值、專家或操作人員的控制值和過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差以及 誤差變化率、下一時刻采集過程模型輸出值和過程模型輸出設(shè)定值的誤差值以及與此相關(guān) 的其它工藝參數(shù)的數(shù)值和誤差值作為一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)表格， 也可以是一定區(qū)域的存儲空間，重復(fù)測試相同的誤差、相同的誤差變化率和相同的其它相 關(guān)工藝參數(shù)值，記錄專家或操作人員的控制值，控制模塊剔除掉使下一個時刻過程模型輸 出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差值較大的那一組專家或操作人員的控制值，保留過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差值較小的那一組專家或操作人員的控制值，這樣該 電子模擬裝置就可以不失真地提取到專家或操作人員的控制經(jīng)驗，并且還能把他們的失誤 或不確定經(jīng)驗中較差的經(jīng)驗剔除掉，控制模塊可以有內(nèi)部顯示單元，該內(nèi)部顯示單元用于 顯示數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)的內(nèi)容，并用顏色區(qū)分已經(jīng)提取過的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和尚未提取經(jīng)驗數(shù)據(jù)的 區(qū)域，控制模塊主動地把過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值預(yù)計出現(xiàn)的誤差值、誤差 變化率值和相關(guān)工藝參數(shù)值都測試一遍，并采集過程模型輸出值和過程模型輸出設(shè)定值的 誤差值和誤差變化率值、專家或操作人員的控制值和下一時刻采集過程模型輸出值、過程 模型輸出設(shè)定值的誤差值和其它相關(guān)工藝參數(shù)值作為一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊，這 樣數(shù)據(jù)存儲模塊就記錄下了該專家或現(xiàn)場操作人員的所有經(jīng)驗，由于數(shù)據(jù)存儲模塊記錄的 都是原始數(shù)據(jù)值和專家或操作人員的原始控制值，避免了常規(guī)方法中經(jīng)驗問詢的不確定因 素、不充分因素、模糊因素、表述的不完整因素和理解的偏差因素，所以沒有信息失真和信 息丟失，并且還可以通過重復(fù)測試同一組數(shù)據(jù)把經(jīng)驗中的失誤或不確定經(jīng)驗中較差的經(jīng)驗 剔除掉。本發(fā)明的有益效果是這種電子模擬裝置可以無失真地主動提取專家或操作人員的控制經(jīng)驗，并能剔除這些經(jīng)驗中的失誤或不確定經(jīng)驗中較差的經(jīng)驗，由于該發(fā)明所采取 的技術(shù)措施都是成熟可行的，所以可以實現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的第一個實施例。圖2是本發(fā)明的第二個實施例。圖3是本發(fā)明的第三個實施例。圖4是本發(fā)明的第四個實施例。圖中1.模擬盤面，2.過程模型，3.數(shù)據(jù)采集模塊，4.數(shù)據(jù)存儲模塊，5.控制模塊， 6.內(nèi)部顯示單元。
具體實施方式
在圖1中，模擬盤面(1)為帶有手動操作裝置的儀表盤，模擬盤 面(1)的外觀與被控對象現(xiàn)場控制盤的外觀近似，模擬盤面(1)上有顯示器和控制器，顯示 器顯示過程模型(2)的輸出值PVi、過程模型(2)的輸出設(shè)定值SV、專家或操作人員施加到 過程模型的控制值W、主要關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的實際值Pli和主要關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的設(shè)定值S1，通 過控制器專家或操作人員對過程模型(2)施加輸Aui，控制模塊(5)控制數(shù)據(jù)采集模塊(3) 周期性地采集PVpSVjpPli和S1，控制模塊(5)計算出ei = PVi-SV,控制模塊(5)計算出 Aei = ei-e"，控制模塊(5)根據(jù)需要對過程模型(2)施加干擾&以產(chǎn)生不同的Δ ei和
控制模塊(5)將SV、Ui、ei、Aei、ei+1和Pli存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊⑷中，對于相同的SV、 ei、Aei和Pli，如果Ui不同，則保留使ei+1小的那一個，如果需要進(jìn)一步完善這些經(jīng)驗，控制 模塊(5)可以重復(fù)發(fā)送ei、Aei和Pli，并剔除掉使ei+1大的那一組Ui,這樣得出的經(jīng)驗將會 更好。在圖2中，模擬盤面(1)、過程模型(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、數(shù)據(jù)存儲模塊(4)和控 制模塊(5)由帶鍵盤和鼠標(biāo)的計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)，模擬盤面(1)的外觀與被控對象現(xiàn)場的計 算機(jī)畫面相同，模擬盤面(1)為計算機(jī)屏幕，專家或操作人員通過計算機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)輸 入對過程模型⑵的控制，模擬盤面⑴上顯示過程模型⑵的輸出值PV”過程模型(2) 的輸出設(shè)定值SV、專家或操作人員施加到過程模型的控制值Ui，控制模塊(5)控制數(shù)據(jù)采集模塊⑶周期性地采集PVi、SV、Ui，控制模塊(5)計算出誤差ei =PVi-SV,控制模塊(5) 計算出誤差變化率Aei = h-eg，控制模塊(5)根據(jù)需要對過程模型(2)施加干擾&以產(chǎn) 生不同的Aei禾Π ei，控制模塊(5)將3￥、1^、^、八4、和力+1存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊⑷中，對 于相同的SV、ei、和Aei，如果Ui不同，則保留使ei+1小的那一個，如果需要進(jìn)一步完善這些 經(jīng)驗，控制模塊(5)可以重復(fù)發(fā)送ei、Aei，并剔除掉使ei+1大的那一組Ui，這樣得出的經(jīng)驗 將會更好，內(nèi)部顯示單元(6)為控制模塊(5)的一部分，控制模塊(5)將數(shù)據(jù)存儲模塊(4) 中的數(shù)據(jù)顯示在內(nèi)部顯示單元(6)中，本例數(shù)據(jù)存儲模塊(4)中的誤差變化率Aei按4個 等級考慮，對于一個過程模型(2)的輸出設(shè)定值SV1，控制模塊(5)對過程模型(2)施加干 擾fi產(chǎn)生相同的en，變換產(chǎn)生4個Aen、Aei2, Λ ei3、Δ ei4、，測出專家或操作人員施加到 過程模型的控制值Ui,控制模塊(5)對過程模型(2)施加干擾&產(chǎn)生相同的ei2，變換產(chǎn)生 4個Aen、Aei2, Aei3、Δ ei4、，測出專家或操作人員施加到過程模型的控制值Ui，一直測試 完對應(yīng)過程模型(2)的輸出設(shè)定值SV1的專家或操作人員的控制經(jīng)驗，然后，對于過程模型 (2)的輸出設(shè)定值SV2，控制模塊(5)對過程模型(2)施加干擾&產(chǎn)生相同的en，變換產(chǎn)生 4個Aen、Aei2, Aei3, Δ ei4、，測出專家或操作人員施加到過程模型的控制值Ui，其余過程 與上述相同，一直到把所有的經(jīng)驗測試完畢。在圖3中，模擬盤面⑴、過程模型(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、數(shù)據(jù)存儲模塊⑷和控 制模塊(5)由帶觸摸屏的計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)，模擬盤面(1)的外觀與被控對象現(xiàn)場的觸摸屏 畫面相同，模擬盤面(1)的顯示器顯示過程模型(2)的輸出值PV”過程模型(2)的輸出設(shè)定 值SV、專家或操作人員施加到過程模型的控制值Ui、主要關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的實際值Pli和主要 關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的設(shè)定值S1，專家或操作人員通過模擬盤面(1)的控制輸入畫面輸出對過程 模型⑵的控制，控制模塊(5)控制數(shù)據(jù)采集模塊(3)周期性地采集？\、3￥、11”1和51， 控制模塊(5)計算出ei = PVi-SV,控制模塊(5)計算出Aei =力飛“，計算出en = Pli-S1, 控制模塊(5)計算出Aeli = h-e^，控制模塊(5)根據(jù)需要對過程模型(2)施加干擾 以產(chǎn)生不同的Aei禾Π ei，控制模塊(5)將5￥、1^、 八％、4+1、八~、~+1和？ 存儲到數(shù)據(jù) 存儲模塊⑷中，對于相同的SV、ei、Aei, Aeii、eli+1和Pli，如果 不同，則保留使ei+1小 的那一個，如果需要進(jìn)一步完善這些經(jīng)驗，控制模塊(5)可以重復(fù)發(fā)送ei、Aei和Pli，并剔 除掉使ei+1大的那一組Ui，這樣得出的經(jīng)驗將會更好。在圖4中，模擬盤面(1)、過程模型(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、數(shù)據(jù)存儲模塊(4)和 控制模塊(5)由單片機(jī)和分立元件組成的系統(tǒng)實現(xiàn)，模擬盤面(1)的外觀與被控對象現(xiàn)場 控制盤的外觀近似，模擬盤面⑴上有顯示器和控制器，顯示器顯示過程模型⑵的輸出值 PV”過程模型(2)的輸出設(shè)定值SV、專家或操作人員施加到過程模型的控制值Ui、主要關(guān)聯(lián) 工藝參數(shù)的實際值Pli和主要關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的實際值P2i，專家或操作人員通過控制器對過 程模型(2)施加輸入Ui,控制模塊(5)控制數(shù)據(jù)采集模塊(3)周期性地采集PVpSVjpPli 和P2i，控制模塊(5)計算出ei = PVi-SV,控制模塊(5)計算出Aei =力-^，控制模塊(5) 根據(jù)需要對過程模型(2)施加干擾&以產(chǎn)生不同的Aei和ei，控制模塊(5)將SV、Ui、ei、 Δ ei、ei+1、P1^PP2i存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊⑷中，對于相同的SV、ei、Δ、Pli和P2i，如果Ui 不同，則保留使ei+1小的那一個，控制模塊(5)對所有需要考慮的SV、e” AeiJli和P2i都 發(fā)送一遍，并記錄下專家或操作人員對應(yīng)的控制值Ui,則數(shù)據(jù)存儲模塊(4)中就存儲下了針 對該被控對象和對應(yīng)SV值的經(jīng)驗，如果需要進(jìn)一步完善這些經(jīng)驗，控制模塊(5)可以重復(fù)發(fā)送ei、Δ ei、Pli和P2i，并剔除掉使ei+1大的那一組Ui,這樣得出的經(jīng)驗將會更好。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，雖然前面只描述了 4個實施例，但它們并非 本發(fā)明的所有形式，應(yīng)該理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出許多 修改，如改變關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的數(shù)量和所考慮的誤差和誤差變化率組合方式，改變數(shù)據(jù)存儲 模塊儲存的SV、ei、Δ e^u^P^等參數(shù)的組數(shù)，改變模擬盤面的顯示方式和組成結(jié)構(gòu)，改變控 制模塊的任務(wù)和功能增減，改變數(shù)據(jù)采集模塊的工作方式、數(shù)量和分組，改變模擬盤面、過 程模型、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和控制模塊組成的形式和方式，改變計算機(jī)或觸摸屏 模擬盤面的組成，改變數(shù)據(jù)存儲模塊中誤差、誤差變化率、關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的分級幅度和分級 數(shù)量，改變內(nèi)部顯示單元中誤差、誤差變化率、關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)的分級幅度和分級數(shù)量，等等， 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的構(gòu)思 可以以其它形式實施本發(fā)明，因而，其它的實 施例也在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置，該電子模擬裝置由模擬盤面、過程模型、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊組成，其特征是模擬盤面的外觀盡量與實際被控對象現(xiàn)場控制盤的外觀近似，模擬盤面上有顯示器和控制器，過程模型按實際被控對象的特性近似給出，數(shù)據(jù)采集模塊的作用是不斷地采集模擬盤面上專家或操作人員的控制值、過程模型的輸出值、過程模型的輸出設(shè)定值和與此相關(guān)其它工藝參數(shù)的數(shù)值和誤差值，控制模塊每間隔一定的時間就主動地對過程模型輸出值施加一個預(yù)定的擾動，主動改變過程模型的輸出值和過程模型的輸出設(shè)定值之間的誤差、誤差變化率或相關(guān)的其它工藝參數(shù)的數(shù)值，控制模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的過程模型輸出值、過程模型的輸出設(shè)定值、專家或操作人員的控制值和過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差以及誤差變化率、下一時刻采集過程模型輸出值和過程模型輸出設(shè)定值的誤差值以及與此相關(guān)的其它工藝參數(shù)的數(shù)值和誤差值作為一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置，其特征是模擬盤面可 以是模塊化結(jié)構(gòu)，也可以是一體化結(jié)構(gòu)，模擬盤面可以由計算機(jī)屏幕、鍵盤和鼠標(biāo)組成，模 擬盤面也可以是觸摸屏，模擬盤面還可以是帶有手動操作裝置的儀表盤，模擬盤面上也可 以有被控對象的工藝流程圖，顯示器可以顯示過程模型的輸出值、過程模型的輸出設(shè)定值 和專家或操作人員施加到過程模型的控制值，還可以通過顯示器輸入過程模型的輸出設(shè)定 值，通過控制器專家或操作人員對過程模型施加輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置，其特征是控制模塊主 動地把過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值預(yù)計出現(xiàn)的誤差值、誤差變化率值和相關(guān)工 藝參數(shù)值誤差值都測試一遍，并采集過程模型輸出值和過程模型輸出設(shè)定值的誤差值和誤 差變化率值、專家或操作人員的控制值和下一時刻采集過程模型輸出值、過程模型輸出設(shè) 定值的誤差值和其它相關(guān)工藝參數(shù)值作為一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊，控制模塊重復(fù)測 試相同的誤差、相同的誤差變化率和相同的其它相關(guān)工藝參數(shù)值，記錄專家或操作人員的 控制值，控制模塊剔除使下一個時刻過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差值較大 的那一組專家或操作人員的控制值，保留過程模型輸出值與過程模型輸出設(shè)定值的誤差值 較小的那一組專家或操作人員的控制值，控制模塊可以有內(nèi)部顯示單元，該內(nèi)部顯示單元 用于顯示數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)的內(nèi)容，并用顏色區(qū)分已經(jīng)提取過的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和尚未提取經(jīng)驗數(shù) 據(jù)的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置，其特征是數(shù)據(jù)存儲模 塊可以是數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)表格，也可以是一定區(qū)域的存儲空間。
全文摘要
一種提取人類控制經(jīng)驗的電子模擬裝置。該電子模擬裝置由模擬盤面、過程模型、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊組成，模擬盤面的外觀盡量與實際被控對象現(xiàn)場控制盤的外觀近似，過程模型按實際被控對象的特性近似給出，控制模塊每間隔一定的時間通過主動地施加一個預(yù)定的擾動把過程模型預(yù)計出現(xiàn)的誤差值和誤差變化率值都測試一遍，數(shù)據(jù)采集模塊采集并記錄專家或操作人員的控制值，這樣就可以不失真地提取到他們的控制經(jīng)驗，并且還能把他們的失誤或不確定經(jīng)驗中較差的經(jīng)驗剔除掉。
文檔編號G05B13/04GK101813919SQ20101014628
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者姚福來, 孫鶴旭, 楊鵬 申請人:河北工業(yè)大學(xué)