[发明专利]无线远程虚拟测量的模糊控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于测量和控制技术领域，特别涉及无线远程测量技术、虚拟测量技术和模糊控制技术的一种无线远程虚拟测量的模糊控制方法及装置。

背景技术

无线远程测量技术的提出和发展与实际需求有密切的关系。随着现代工业自动化水平的提高，生产系统越来越复杂，同时需要监测的设备及其状态参数的数量也越来越大，采用传统的布置明线的监测方法，布线成本极高。而且线缆出现问题时，需要进行耗时费力的检查(参见“潘云，刘文红，杨建.基于PC机与单片机的远程多点无线数据传输系统.《仪器仪表学报》，2004，25(4)：471~473”、“安晓斌.气田现场数据采集及无线传输远程监控系统研究.《西南民族大学学报(自然科学版)》，2005，31(1)：90~93”、“谢炜，瞿坦，姜新等.基于嵌入式系统的环保数据的采集与无线发送.《微机发展》，2005，15(1)：68~70”和“杨桂艳，黄炜.浮标式无线远程水声数据采集系统设计.《计算机应用研究》，2005，11：149~150”等文献中的报导)，此外在许多现场条件下，如高腐蚀性环境、机动目标监测等，根本就不允许或者无法布置线缆。远程测量技术利用无线通信的方式传输数据和控制指令，无线布置线缆，可以解决上述问题。远程测量技术因其在恶劣复杂环境下的适应性、布置的低成本及良好的保密性，在实际中得到越来越广泛的应用。

典型的远程测量系统主要包括3个子系统，即状态参数测量子系统、无线通信子系统和中心处理子系统。数据的采集一般由基于嵌入式设备的状态参数测量子系统完成，采集的数据在存储器进行缓存。无线通信子系统是把数据传送到控制中心的信道。为了适应不同的环境条件以及成本要求，通信子系统的构成有多种方案，如射频技术、Bluetooth技术、802.11无线网络技术、GPRS网络技术以及红外技术等。中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个远程测量系统的最上层，管理人员对数据进行汇总和分析，做出相应决策。

在“杨乐平，李海涛，肖相生.《LabVIEW程序发计与应用》.北京：电子工业出版社，2001.”和“刘君华.《基于LabVIEW的虚拟仪器设计.》北京：电子工业出版社，2003.”等文献中报导虚拟测量技术是采用虚拟仪器完成实际测量任务的技术。虚拟仪器是在计算机或工作站配备功能强大的应用软件、低成本的硬件，完成传统仪器功能的计算机软硬件系统。虚拟测量技术代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。以软件为主的测量系统充分利用了计算机的计算、显示和网络等功能。利用虚拟测量技术，可以完全根据需求组建测量系统，而不用再受功能固定的传统仪器的限制。

软件是虚拟仪器中最重要的组成部分，集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。各功能软件利用图形化方式设计形象逼真的图形用户界面，可以在计算机显示器上生成与传统仪器相似的面板，实现与用户的交互，方便用户操作控制；利用底层的硬件驱动程序通过串口、并口、PCI、GPIB等总线方式实现对硬件的访问；利用自身的分析处理方法，完成对数据的分析与处理操作。软件提供的另一个优势是模块化。在开发大的工程时，通常会将一个系统分成几个部分，而这种分割利用软件非常容易实现。

模糊控制技术是一种无需系统精确数学模型的控制技术。在经典控制理论和现代控制理论中，分别以传递函数和状态空间法为基础建立系统数学模型。这两种理论都需要确定对象的精确数学模型。但是，实际的控制对象可能因多种原因而难于建立精确的数学模型。因而，为了能合适地描述被控对象以及减小对对象模型的依赖程度，模糊控制理论就应运而生(参见“吴晓莉等.《Matlab辅助模糊系统设计.》西安电子科技大学出版社，2002”和“王雪.《智能软计算及其应用》清华大学研究生讲义，2006”等文献的报导)。

作为一种无需被控对象精确数学模型的控制语言，模糊控制在许多方面表现出极为优越的性能：

1.模糊控制是以人对被控系统的控制经验为依据而设计的控制器，不需要被控对象精确的数学模型，特别适合于不确定分布参数系统/强非线性系统，系统的数学模型非常复杂或根本就无法建立复杂的被控对象的控制问题。

2.模糊控制的控制机理容易被接受。模糊控制直接来源于现场经验，采用类似于人类语言的控制规则和控制策略，容易被人们所接受。

3.控制规律间的模糊联接，使得控制器在相互矛盾的控制规则中找到折中的选择，使之更符合实际情况。