测控技术简介

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智能测控概述
常规计算机测控系统面临的挑战
不确定性广泛存在 不确定性包括对象的不 确定性和环境的不确定性。在这些生产过程 中，往往不只是一种单一的运动，而存在多 种物质的运动，甚至同时进行着物理、化学、 生物的反应。
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智能测控概述
信息形式多样化，信息量庞大 输入输出信 息方式多样化，包括图像、图形、文字、声 音、数字等多媒体形式，所需采集和处理的 数据量庞大。 系统功能要求越来越高 控制任务不只限于 反馈系统的调节(定值)、伺服(跟踪)问题， 而且要求监控、优化、诊断、预报、调度、 规划、决策以及适应环境变化。系统往往具 有多层次、多目标的控制要求。
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——谢维成
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计算机测控技术概述
测控一般是指对工业生产过程及其机电 设备进行测量与控制的自动化技术，是 计算机技术与自动控制技术结合的产物。 计算机测控技术主要研究如何将检测与 传感技术、计算机技术和自动控制理论 应用于工业生产过程并设计出所需要的 计算机测控系统。
通常将包括G语言（graphical language） 在内的高级语言编制的可视化测控系统 程序称为虚拟仪器（virtual instruments），简称VI。 虚拟仪器相比传统仪器的优势:智能化程 度高、处理能力较强、性价比高、可操 作性强。
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虚拟仪器的分类
虚拟仪器主要分为五类：插卡型的虚拟 仪器、GPIB总线方式虚拟仪器、并行口 式虚拟仪器、PXI总线方式虚拟仪器、 VXI总线方式虚拟仪器。
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智能测控系统的类型
智能故障诊断系统 故障诊断是指根据一定的测量数 据或现象，推断系统是否正常运行，查明导致系统不 正常运行或某种功能失调的原因及性质，判断不正常 状态发生的部位及性质，预测不正常状态发展的趋势 以及潜在的故障。智能故障诊断模仿人类专家在进行 故障诊断时的思维逻辑过程：观察症状——利用知识 和经验推断故障——分析原因——提出对策。在这些 系统中，有应用模糊逻辑、神经网络技术的，专家系 统的应用中获得了显著的成功。它充分利用人类专家 的经验、直觉等浅层知识和数学模型深层知识，自动 完成整个检测和诊断过程，包括自动检测故障的发生 并立即发出报警和报告；确定故障的部位、原因、程 度及影响；提供消除故障的措施，根据对当前和历史 状况的分析，做出事故和险情的预测预报等。
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计算机测控系统的组成
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基于网源自文库的测控系统
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嵌入式技术在测控中的应用
什么是嵌入式技术 测控系统中应用的嵌入式技术
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虚拟仪器简介
虚拟仪器的基本概念 Labview的开发环境介绍 Labview程序设计方法 Labview的应用 Labwindows/CVI简介
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实时处理的内容
实时控制输出，测控系统及时地将控制决策 结果转化为控制量并通过过程输出接口作用 于受控对象的控制机构，例如调节器、执行 器、步进电机等，用来校正被控参数。 实时报警及故障处理，通常这一步骤是在实 时数据采集后紧接着进行的，也可以是由故 障设备主动向主机请求中断处理后进行的， 在这种情况下，微机及时给出声光报警信号， 需要时由CPU执行中断服务程序进行故障处 理。
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实时处理的内容
计算机对其测量、控制对象的实时处理包括以 下内容：
实时数据采集，计算机测控系统将测控对象，例如 温度、压力、液位、流量、成份、转速、位移量等， 在当前采样时刻的瞬时值经模拟数字转换后进行扫 描采样，其结果存入内存，并依据需要进行数字滤 波及工程量换算等处理加工 。 实时控制决策，微机测控系统对上述采集得到的样 本数据，即反映当前生产过程状态的信息进行比较、 分析、判断后，确定哪些生产过程参数偏离了预定 值或者超越了安全极限值，从而给出下一步的处理。
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凤凰卫视关于中国导弹击毁卫 星的报道
测控专业的角度如何实现
计算机技术，软件技术 传感器技术 测控系统实时性，实时性的保障
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测控系统的典型结构框图
测控系统中计算机根据给定输入信号、反馈信 号与系统的数学模型进行信号处理，实现控制 策略，通过执行机构控制被控对象，达到预期 的控制目标。
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其他虚拟仪器开发平台
目前 LabVIEW 已经成为虚拟仪器开发的主流 平台 , 其图形化的编程方式已经被广为接 受。 但是 , 部分科研人员已经对 C 语言、 VisualC++ 和 Visual Basic 等高级语言相当熟 悉 , 并且已经开发了大量用于测量的原代码。 为了使这部分用户也可以快速、高效地开发虚 拟仪 器程序 , 美国 NI 公司又开发了 Measurement Studio 。
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虚拟仪器的应用
航空航天系统测试 车载信息采集平台 医学信息采集 虚拟仪器演示
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Labview概述
LabVIEW 是由美国 NI公司开发的、优秀的图形 化编程开发平台 , 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的简称 , 即 实验室虚拟仪器工程平台 , 是目前应用范围最广、 功能最为强大的虚拟仪器开发平台。 在各类工程实践中 , 编写测控系统程序不可避 免 , 专业科研人员耗费了大量的时间在编写 程 序代码上 , 而不是集中精力进行专业问题研究。 LabVIEW 的创始人 开发该软件的目的就是要把 广大工程师和科学家从繁重的编 程工作中解放 出来 , 而 LabVIEW 就是一种具有创新性的图形 化开发平台 , 突破了基于文本的传统高级语言的 框架 , 使编写测控程序变得直观、方便和高效。
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智能测控的含义
近年来，人们发现一些现代信息处理技术，如模式识 别、聚类分析、信息融合等也从不同角度模仿了人类 对处理信息的思维和行为，并将它们引入到智能测控 系统中，取得很好的结果。计算机在处理大量数据、 图像信息、符号逻辑、模糊信息、知识和经验等方面， 具有强大的功能，是实现智能测控最有力的、不可缺 少的工具。因此，智能测控系统可以认为是自动控制、 人工智能(专家系统、模糊逻辑、神经网络)、现代信息 处理(模式识别、聚类分析、信息融合)以及计算机等多 门学科的集合和交叉。
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计算机测控系统的组成
计算机测控系统主要由被控对象、过程输入输 出通道及计算机系统三部分组成，如图所示。 过程输入输出通道也叫生产过程。包括模拟量 输入输出通道、数字量输入输出通道、测量变 送、执行机构、电气开关等装置。计算机系统 包括硬件和软件两部分。计算机系统是微机测 控系统的核心，其主要任务是根据过程输入通 道送来的实时生产过程工作状况的各种消息和 预定的控制算法、自动地完成信息处理，并实 时地通过过程输出通道向生产过程发送控制命 令。
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智能测控系统的类型
智能操作指导系统 智能操作指导系统实时地向操作 人员报告系统的运行和控制情况，告诉操作人员在当 前情况下应怎样进行操作或对生产过程进行监督、干 预，指导操作人员进行生产。这种方式能更好地发挥 人和计算机的最佳功能。它可以充分发挥人机双方的 潜力，获得人机的最优结合。将计算机在记忆与计算、 演绎推理与匹配搜索上的时空优势和人的直觉、顿悟 等创造性思维的智能优势结合起来，将计算机的速度 与精确性和人的敏锐与灵巧结合起来，共同达到所需 要的目的。在许多大型、复杂的生产过程，例如炼钢、 水泥回转窑的生产中都有成功的应用。
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软件即仪器
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手机测试系统
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虚拟仪器的发展
20世纪90年代，计算机总线速度进一步 加快，PCI总线的数据传输速度达到了 132Mbytes/s。1996年底，美国NI公司 在PCI数据总线的基础上提出了第一代 PXI系统的技术规范。现在，PXI技术联 盟已经有接近60家成员公司为这一平台 开发产品。
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索尼双足QRIO机器人
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智能测控的含义
智能测控系统是计算机测控系统和人工智能的 结合。即是在常规计算机监测控制系统中引人 人工智能技术，它基于常规计算机测控系统之 上，又是后者高一层次的发展阶段。 从内容上来看，在测控系统中，应用模糊逻辑、 神经网络和专家系统等技术，构造某些系统功 能以模仿和实现人类(熟练操作工人、技术人 员、专家)在监测控制过程中的某些思维和行 为，使系统的性能和自动化程度得到进一步提 高，都可认为是智能测控系统。
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虚拟仪器的特点
利用标准的商业技术
虚拟仪器的持续发展依靠标准商业技术的不 断进步，如个人电脑元件和因特网。这些突 飞猛进的商业技术必然带来性能的改进和大 批量市场运作的成本降低。虚拟仪器产品使 用这些技术，可以更低的价格为用户提供更 为出色的性能。
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虚拟仪器的发展
20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展， 个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计 算机里的数据采集卡。它可以进行一些简单的数 据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就 是虚拟仪器技术的雏形。1986年，美国National Instruments公司（简称NI公司）提出了“软件 即仪器的口号”，推出了NI-LabVIEW直观的流 程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚 拟仪器的先河。
虚拟仪器的特点
功能强大的软件是虚拟仪器的核心 软件工具一般由测量驱动程序和仪器驱动软 件、应用开发环境(如LabVIEW， LabWindows／CVI和Measurement Studio) 以及高阶测试与数据管理工具三部分组成。 使用者利用这种集成式的软件构造，就可以 自由地定义和生成功能强大的测量与控制系 统。通过降低多种测量设备集成在一起使用 的复杂性，集成式软件架构减少了建立一个 高级测量系统所需要花费的时间和投资。
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虚拟仪器的特点
模块化硬件 在虚拟仪器解决方案中，信号先由硬件进行 数字化，再利用软件对数字化的信号进行处 理。使用者可以根据应用系统要求的采样速 率和分辨率，对信号进行定义。模块化的仪 器由软件组合在一起后可以完成数据采集、 分析和报告。在某些方面，虚拟仪器可以部 分或全部代替传统仪器的功能，甚至超越传 统仪器。
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计算机测控系统的概念
测就是测量和感知，也就是要获得目标 对象的信息，控就是控制，是根据目标 对象的现象判断目标对象是否符合预期 控制目标，并采取相应措施。测和控只 是某一时间段就可以完成的行为，而根 据测量结果判断目标状态是否符合要求 则需要控制算法的判断参与，这一作出 决定的过程可以由人工或控制系统来完 成，测、控、以及控制算法就构成一个 测控系统。
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测控——光电技术
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计算机测控系统的实时性
计算机测控系统由基本硬件和软件构成， 其软件也是由系统软件和应用软件组成。 计算机测控系统具有实时性，实时性指信 号的输入、计算、输出都要在一定的时间 间隔内完成，计算机对输入信号能以足够 快的速度进行控制，超出了这个时间，就 失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 一个在线的系统不一定是实时系统，但一 个实时系统必定是在线系统。
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什么是虚拟仪器
虚拟仪器，就是在通用计算机平台上， 用户根据自己的需求来定义和设计仪器 的测量功能。 主要特点：
传统仪器功能的硬件和计算机软件的结合。 实现并扩展传统仪器的功能。 主要用于完成数据的采集、分析及显示
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什么是虚拟仪器