CN101813919A - 提取人类控制经验的电子模拟装置 - Google Patents
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Abstract
一种提取人类控制经验的电子模拟装置。该电子模拟装置由模拟盘面、过程模型、数据采集模块、数据存储模块、控制模块组成，模拟盘面的外观尽量与实际被控对象现场控制盘的外观近似，过程模型按实际被控对象的特性近似给出，控制模块每间隔一定的时间通过主动地施加一个预定的扰动把过程模型预计出现的误差值和误差变化率值都测试一遍，数据采集模块采集并记录专家或操作人员的控制值，这样就可以不失真地提取到他们的控制经验，并且还能把他们的失误或不确定经验中较差的经验剔除掉。
Description
所属技术领域 本发明涉及一种电子模拟装置，尤其是一种提取人类控制经验的电子模拟装置。
背景技术 在工业、民用或军工领域中，常有一些非常复杂的控制过程，一些有经验的专家或经验丰富的现场操作人员可以给出令人满意的控制结果，而常规控制器的控制效果却不好，为了获取这些专家和操作人员的控制经验，常用的方法是向有这些经验的专家或现场操作人员问讯，然后将他们的经验变成控制规则，可以通过分段量化，给出一个或几个控制表格，也可以通过方程形式来描述他们的控制经验，但是，这些方法都存在人类语言交流的通用弊端，那就是经验的描述有一定的不确定性和局限性，在很多情况下，有经验的专家或经验丰富的现场操作人员很难用语言准确地描述他们的经验，并且他们表达出的经验同他们实际拥有的经验之间也有一定的信息失真和信息损失，而听取经验的人也会有信息损失和理解偏差，所以这些总结出的控制经验，很多情况下需要反复调试或校正才能使用。
目前，人类经验的提取方法存在较大的信息失真和信息损失，导致得出的控制表或控制方程需要反复调试修改才能使用。
发明内容 为了解决目前人类经验提取方法存在的信息失真和信息丢失问题，直接提出非失真的人类控制经验，本发明提出一种利用电子模拟装置来提取人类经验，该装置简单不难实现。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该电子模拟装置由模拟盘面、过程模型、数据采集模块、数据存储模块、控制模块组成，模拟盘面可以是模块化结构，也可以是一体化结构，模拟盘面可以由计算机屏幕、键盘和鼠标组成，模拟盘面也可以是触摸屏，模拟盘面还可以是带有手动操作装置的仪表盘，模拟盘面的外观尽量与实际被控对象现场控制盘的外观近似，以让专家或操作人员有身临其境的现场感觉，模拟盘面上有显示器和控制器，模拟盘面上也可以有被控对象的工艺流程图，显示器可以显示过程模型的输出值、过程模型的输出设定值和专家或操作人员施加到过程模型的控制值，还可以通过显示器输入过程模型的输出设定值，通过控制器专家或操作人员对过程模型施加输入，过程模型按实际被控对象的特性近似给出，数据采集模块的作用是不断地采集模拟盘面上专家或操作人员的控制值、过程模型的输出值、过程模型的输出设定值和与此相关其它工艺参数的数值和误差值，控制模块每间隔一定的时间就主动地对过程模型输出值施加一个预定的扰动，即主动改变过程模型的输出值和过程模型的输出设定值之间的误差、误差变化率或相关的其它工艺参数的数值，控制模块将数据采集模块采集到的过程模型输出值、过程模型的输出设定值、专家或操作人员的控制值和过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差以及误差变化率、下一时刻采集过程模型输出值和过程模型输出设定值的误差值以及与此相关的其它工艺参数的数值和误差值作为一组数据存储到数据存储模块，数据库或数据表格，也可以是一定区域的存储空间，重复测试相同的误差、相同的误差变化率和相同的其它相关工艺参数值，记录专家或操作人员的控制值，控制模块剔除掉使下一个时刻过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差值较大的那一组专家或操作人员的控制值，保留过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差值较小的那一组专家或操作人员的控制值，这样该电子模拟装置就可以不失真地提取到专家或操作人员的控制经验，并且还能把他们的失误或不确定经验中较差的经验剔除掉，控制模块可以有内部显示单元，该内部显示单元用于显示数据存储模块内的内容，并用颜色区分已经提取过的经验数据和尚未提取经验数据的区域，控制模块主动地把过程模型输出值与过程模型输出设定值预计出现的误差值、误差变化率值和相关工艺参数值都测试一遍，并采集过程模型输出值和过程模型输出设定值的误差值和误差变化率值、专家或操作人员的控制值和下一时刻采集过程模型输出值、过程模型输出设定值的误差值和其它相关工艺参数值作为一组数据存储到数据存储模块，这样数据存储模块就记录下了该专家或现场操作人员的所有经验，由于数据存储模块记录的都是原始数据值和专家或操作人员的原始控制值，避免了常规方法中经验问询的不确定因素、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，所以没有信息失真和信息丢失，并且还可以通过重复测试同一组数据把经验中的失误或不确定经验中较差的经验剔除掉。
本发明的有益效果是这种电子模拟装置可以无失真地主动提取专家或操作人员的控制经验，并能剔除这些经验中的失误或不确定经验中较差的经验，由于该发明所采取的技术措施都是成熟可行的，所以可以实现。
附图说明 下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。
图1是本发明的第一个实施例。
图2是本发明的第二个实施例。
图3是本发明的第三个实施例。
图4是本发明的第四个实施例。
图中1.模拟盘面，2.过程模型，3.数据采集模块，4.数据存储模块，5.控制模块，6.内部显示单元。
具体实施方式 在图1中，模拟盘面(1)为带有手动操作装置的仪表盘，模拟盘面(1)的外观与被控对象现场控制盘的外观近似，模拟盘面(1)上有显示器和控制器，显示器显示过程模型(2)的输出值PVi、过程模型(2)的输出设定值SV、专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui、主要关联工艺参数的实际值P1i和主要关联工艺参数的设定值S1，通过控制器专家或操作人员对过程模型(2)施加输入ui，控制模块(5)控制数据采集模块(3)周期性地采集PVi、SV、ui、P1i和S1，控制模块(5)计算出ei＝PVi-SV，控制模块(5)计算出Δei＝ei-ei-1，控制模块(5)根据需要对过程模型(2)施加干扰fi以产生不同的Δei和ei，控制模块(5)将SV、ui、ei、Δei、ei+1和P1i存储到数据存储模块(4)中，对于相同的SV、ei、Δei和P1i，如果ui不同，则保留使ei+1小的那一个，如果需要进一步完善这些经验，控制模块(5)可以重复发送ei、Δei和P1i，并剔除掉使ei+1大的那一组ui，这样得出的经验将会更好。
在图2中，模拟盘面(1)、过程模型(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)和控制模块(5)由带键盘和鼠标的计算机系统实现，模拟盘面(1)的外观与被控对象现场的计算机画面相同，模拟盘面(1)为计算机屏幕，专家或操作人员通过计算机的键盘和鼠标输入对过程模型(2)的控制，模拟盘面(1)上显示过程模型(2)的输出值PVi、过程模型(2)的输出设定值SV、专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui，控制模块(5)控制数据采集模块(3)周期性地采集PVi、SV、ui，控制模块(5)计算出误差ei＝PVi-SV，控制模块(5)计算出误差变化率Δei＝ei-ei-1，控制模块(5)根据需要对过程模型(2)施加干扰fi以产生不同的Δei和ei，控制模块(5)将SV、ui、ei、Δei、和ei+1存储到数据存储模块(4)中，对于相同的SV、ei、和Δei，如果ui不同，则保留使ei+1小的那一个，如果需要进一步完善这些经验，控制模块(5)可以重复发送ei、Δei，并剔除掉使ei+1大的那一组ui，这样得出的经验将会更好，内部显示单元(6)为控制模块(5)的一部分，控制模块(5)将数据存储模块(4)中的数据显示在内部显示单元(6)中，本例数据存储模块(4)中的误差变化率Δei按4个等级考虑，对于一个过程模型(2)的输出设定值SV1，控制模块(5)对过程模型(2)施加干扰fi产生相同的ei1，变换产生4个Δei1、Δei2、Δei3、Δei4、，测出专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui，控制模块(5)对过程模型(2)施加干扰fi产生相同的ei2，变换产生4个Δei1、Δei2、Δei3、Δei4、，测出专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui，一直测试完对应过程模型(2)的输出设定值SV1的专家或操作人员的控制经验，然后，对于过程模型(2)的输出设定值SV2，控制模块(5)对过程模型(2)施加干扰fi产生相同的ei1，变换产生4个Δei1、Δei2、Δei3、Δei4、，测出专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui，其余过程与上述相同，一直到把所有的经验测试完毕。
在图3中，模拟盘面(1)、过程模型(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)和控制模块(5)由带触摸屏的计算机系统实现，模拟盘面(1)的外观与被控对象现场的触摸屏画面相同，模拟盘面(1)的显示器显示过程模型(2)的输出值PVi、过程模型(2)的输出设定值SV、专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui、主要关联工艺参数的实际值P1i和主要关联工艺参数的设定值S1，专家或操作人员通过模拟盘面(1)的控制输入画面输出对过程模型(2)的控制，控制模块(5)控制数据采集模块(3)周期性地采集PVi、SV、ui、P1i和S1，控制模块(5)计算出ei＝PVi-SV，控制模块(5)计算出Δei＝ei-ei-1，计算出e1i＝P1i-S1，控制模块(5)计算出Δe1i＝e1i-e1i-1，控制模块(5)根据需要对过程模型(2)施加干扰fi以产生不同的Δei和ei，控制模块(5)将SV、ui、ei、Δei、ei+1、Δe1i、e1i+1和P1i存储到数据存储模块(4)中，对于相同的SV、ei、Δei、Δe1i、e1i+1和P1i，如果ui不同，则保留使ei+1小的那一个，如果需要进一步完善这些经验，控制模块(5)可以重复发送e1、Δei和P1i，并剔除掉使ei+1大的那一组ui，这样得出的经验将会更好。
在图4中，模拟盘面(1)、过程模型(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)和控制模块(5)由单片机和分立元件组成的系统实现，模拟盘面(1)的外观与被控对象现场控制盘的外观近似，模拟盘面(1)上有显示器和控制器，显示器显示过程模型(2)的输出值PVi、过程模型(2)的输出设定值SV、专家或操作人员施加到过程模型的控制值ui、主要关联工艺参数的实际值P1i和主要关联工艺参数的实际值P2i，专家或操作人员通过控制器对过程模型(2)施加输入ui，控制模块(5)控制数据采集模块(3)周期性地采集PVi、SV、ui、P1i和P2i，控制模块(5)计算出ei＝PVi-SV，控制模块(5)计算出Δei＝ei-ei-1，控制模块(5)根据需要对过程模型(2)施加干扰fi以产生不同的Δei和ei，控制模块(5)将SV、ui、ei、Δei、ei+1、P1i和P2i存储到数据存储模块(4)中，对于相同的SV、ei、Δei、P1i和P2i，如果ui不同，则保留使ei+1小的那一个，控制模块(5)对所有需要考虑的SV、ei、Δei、P1i和P2i都发送一遍，并记录下专家或操作人员对应的控制值ui，则数据存储模块(4)中就存储下了针对该被控对象和对应SV值的经验，如果需要进一步完善这些经验，控制模块(5)可以重复发送ei、Δei、P1i和P2i，并剔除掉使ei+1大的那一组ui，这样得出的经验将会更好。
熟悉本领域的技术人员应该认识到，虽然前面只描述了4个实施例，但它们并非本发明的所有形式，应该理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多修改，如改变关联工艺参数的数量和所考虑的误差和误差变化率组合方式，改变数据存储模块储存的SV、ei、Δei、ui、P1i等参数的组数，改变模拟盘面的显示方式和组成结构，改变控制模块的任务和功能增减，改变数据采集模块的工作方式、数量和分组，改变模拟盘面、过程模型、数据采集模块、数据存储模块和控制模块组成的形式和方式，改变计算机或触摸屏模拟盘面的组成，改变数据存储模块中误差、误差变化率、关联工艺参数的分级幅度和分级数量，改变内部显示单元中误差、误差变化率、关联工艺参数的分级幅度和分级数量，等等，显然，本领域的技术人员不脱离本发明的构思可以以其它形式实施本发明，因而，其它的实施例也在本发明权利要求的范围内。
Claims (4)
1.一种提取人类控制经验的电子模拟装置，该电子模拟装置由模拟盘面、过程模型、数据采集模块、数据存储模块、控制模块组成，其特征是：模拟盘面的外观尽量与实际被控对象现场控制盘的外观近似，模拟盘面上有显示器和控制器，过程模型按实际被控对象的特性近似给出，数据采集模块的作用是不断地采集模拟盘面上专家或操作人员的控制值、过程模型的输出值、过程模型的输出设定值和与此相关其它工艺参数的数值和误差值，控制模块每间隔一定的时间就主动地对过程模型输出值施加一个预定的扰动，主动改变过程模型的输出值和过程模型的输出设定值之间的误差、误差变化率或相关的其它工艺参数的数值，控制模块将数据采集模块采集到的过程模型输出值、过程模型的输出设定值、专家或操作人员的控制值和过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差以及误差变化率、下一时刻采集过程模型输出值和过程模型输出设定值的误差值以及与此相关的其它工艺参数的数值和误差值作为一组数据存储到数据存储模块。
2.根据权利要求1所述的提取人类控制经验的电子模拟装置，其特征是：模拟盘面可以是模块化结构，也可以是一体化结构，模拟盘面可以由计算机屏幕、键盘和鼠标组成，模拟盘面也可以是触摸屏，模拟盘面还可以是带有手动操作装置的仪表盘，模拟盘面上也可以有被控对象的工艺流程图，显示器可以显示过程模型的输出值、过程模型的输出设定值和专家或操作人员施加到过程模型的控制值，还可以通过显示器输入过程模型的输出设定值，通过控制器专家或操作人员对过程模型施加输入。
3.根据权利要求1所述的提取人类控制经验的电子模拟装置，其特征是：控制模块主动地把过程模型输出值与过程模型输出设定值预计出现的误差值、误差变化率值和相关工艺参数值误差值都测试一遍，并采集过程模型输出值和过程模型输出设定值的误差值和误差变化率值、专家或操作人员的控制值和下一时刻采集过程模型输出值、过程模型输出设定值的误差值和其它相关工艺参数值作为一组数据存储到数据存储模块，控制模块重复测试相同的误差、相同的误差变化率和相同的其它相关工艺参数值，记录专家或操作人员的控制值，控制模块剔除使下一个时刻过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差值较大的那一组专家或操作人员的控制值，保留过程模型输出值与过程模型输出设定值的误差值较小的那一组专家或操作人员的控制值，控制模块可以有内部显示单元，该内部显示单元用于显示数据存储模块内的内容，并用颜色区分已经提取过的经验数据和尚未提取经验数据的区域。
4.根据权利要求1所述的提取人类控制经验的电子模拟装置，其特征是：数据存储模块可以是数据库或数据表格，也可以是一定区域的存储空间。
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