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關(guān)鍵詞:智能控制;方法;形式
中圖分類號(hào):TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1智能控制的發(fā)展
科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的迅速發(fā)展是智能控制學(xué)科發(fā)展的動(dòng)力。以往以單純數(shù)學(xué)解析結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的控制理論,其局限性日益明顯。它的局限性主要體現(xiàn)在以下幾方面:其一,在航空、航天、航海及各種工業(yè)部門,受控對(duì)象日益復(fù)雜。受控對(duì)象不僅規(guī)模大,運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且各運(yùn)動(dòng)變量之間嚴(yán)重耦合,同時(shí)還帶有嚴(yán)重的不確定性(包括結(jié)構(gòu)和參數(shù)兩個(gè)方面的不確定性)和非線性。這樣復(fù)雜的受控對(duì)象使得以確定模型和數(shù)學(xué)解析方法為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)控制理論遇到了困難和挑戰(zhàn)。其二,控制任務(wù)和目標(biāo)的復(fù)雜化,也使傳統(tǒng)的控制理論難于勝任。例如,一架性能優(yōu)良的攻擊機(jī)必須具備對(duì)空、地多目標(biāo)自動(dòng)攻擊的能力,必須具備自動(dòng)地形跟蹤、回避的能力,必須具備自動(dòng)導(dǎo)航和高品質(zhì)自動(dòng)飛行的能力。這樣復(fù)雜的控制任務(wù)和控制指標(biāo)要求,對(duì)于傳統(tǒng)的控制理論來說是很困難的。其三,系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜化,也使傳統(tǒng)的控制理論產(chǎn)生麻煩。例如,在空戰(zhàn)條件下,戰(zhàn)場(chǎng)敵我態(tài)勢(shì)的突變,氣象條件的突變,敵方對(duì)我方系統(tǒng)的破壞和干擾,駕駛員的疲勞和意外失誤,或者系統(tǒng)處于不利的化學(xué)物質(zhì)環(huán)境中工作等。上述復(fù)雜受控對(duì)象,復(fù)雜的控制任務(wù)和控制目的,復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境都促使人們研究新的控制方式去實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的有效控制。這就是智能控制產(chǎn)生和發(fā)展的背景和動(dòng)力。
另一方面,近代迅速發(fā)展的人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)又為智能控制的發(fā)展提供了條件。諸如符號(hào)、語言的知識(shí)表達(dá),狀態(tài)特征的辨識(shí),定性與定量,精確與模糊信號(hào)的處理,分析推理,邏輯運(yùn)算,判斷決策,自然語言理解和視覺系統(tǒng)等一系列擬人思維和功能均可通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)??梢哉f,人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)為智能控制的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。因此,智能控制不僅是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的推動(dòng)和需要,也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì);不僅是控制科學(xué)的繼承、發(fā)展和提高,也是多學(xué)科相結(jié)合、共同迸發(fā)出的新的科學(xué)技術(shù)的火花。
2智能控制的主要形式
智能控制這一學(xué)科正在蓬勃發(fā)展,智能控制的形式也日新月異。目前正在興起和研究的形式很多,其中主要的有如下幾種。
2.1分級(jí)遞階智能控制
分級(jí)遞階智能控制是從系統(tǒng)工程出發(fā),總結(jié)了人工智能與自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制和自組織控制的關(guān)系之后逐漸形成的,是智能控制最早的理論之一。
分級(jí)遞階智能控制有兩種比較重要的理論:知識(shí)基/解析混合多層智能控制理論,該理論是由意大利學(xué)者A.Villa提出的,可用于解決復(fù)雜離散事件系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)問題。薩里迪斯三級(jí)智能控制理論,按照這種理論設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)是由組織級(jí)(最高級(jí))、協(xié)調(diào)級(jí)(中間級(jí))和執(zhí)行級(jí)(最下級(jí))三級(jí)組成的,并用熵函數(shù)來衡量每一一級(jí)的執(zhí)行代價(jià)和效果,用熵進(jìn)行最優(yōu)決策。這一方法為現(xiàn)代工業(yè)、空間探測(cè)、核處理和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用自主控制系統(tǒng)提供了一個(gè)有效的方法??傊旨?jí)遞階智能控制是為求解大系統(tǒng),復(fù)雜系統(tǒng)的尋優(yōu)、決策和有效控制而提出來的,是研究多級(jí)自尋優(yōu)控制、多級(jí)模糊控制、多級(jí)專家控制、遞階智能多目標(biāo)預(yù)測(cè)控制以及大型空間運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的三級(jí)遞階智能控制的有效方法。
2.2專家系統(tǒng)控制
專家系統(tǒng)控制(包括仿人智能控制和智能PID控制),是工程控制論和專家系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。這類智能控制的特點(diǎn)是專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與傳統(tǒng)的PID控制器的結(jié)合,它所設(shè)計(jì)產(chǎn)生的控制規(guī)則簡單易于實(shí)現(xiàn),如飛行控制過程、化工PH過程的智能控制。在這一類智能控制中,還應(yīng)指出的一種形式是實(shí)時(shí)監(jiān)督控制專家系統(tǒng),由故障檢測(cè)、故障診斷和故障處理三部分組成,這種形式在航天、航空和化工等領(lǐng)域都有大量應(yīng)用。
2.3模糊控制
該控制方法最早提出者之一是美國著名控制論專家LA.Zadeh,1965他發(fā)表了模糊集合論。模糊控制理論主要以模糊數(shù)學(xué)和規(guī)則表組成控制決策。它適用于難以建模的受控對(duì)象,但很難做到高精度。
2.4人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制
20世紀(jì)50年代末就已問世的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模仿生物神經(jīng)系統(tǒng),主要模仿人的大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和信息處理機(jī)能,如信息處理、判斷、決策、聯(lián)想、記憶、學(xué)習(xí)等功能,以實(shí)現(xiàn)仿人行為的智能控制。
2.5各種智能控制方法的交叉和結(jié)合
為了發(fā)揮各種不同智能控制方法的優(yōu)點(diǎn),克服它們各自的缺點(diǎn)和不足,各種組合、結(jié)合、互相交叉滲透的智能控制方法不斷被提出和研究。例如,專家模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊PID控制、專家PID控制和模糊學(xué)習(xí)控制等。
2.6各種智能控制方法與傳統(tǒng)控制理論方法的交叉和結(jié)合
它們既能發(fā)揮智能控制的優(yōu)點(diǎn),也能發(fā)揮傳統(tǒng)控制方法的優(yōu)點(diǎn),在工程實(shí)際中可獲得完美的控制效果。它不僅是方法研究的交叉,而且也是多學(xué)科研究的交叉和發(fā)展。這些交叉和結(jié)合有模糊變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)模糊控制、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)控制和專家模糊PID控制等。上述交叉和結(jié)合還可以舉出一些,這些控制有的學(xué)者又稱為綜合控制理論和方法。
3智能自主控制
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)的需要,自主控制,特別是用智能化的方法實(shí)現(xiàn)自主控制成為當(dāng)今的熱門研究課題。智能自主控制也是智能控制的一種形式。什么是智能自主控制,至今沒有統(tǒng)一的定義,根據(jù)普遍的理解,給出如下說明。
3.1智能自主控制的含義
智能自主控制系統(tǒng)應(yīng)該具有如下功能:系統(tǒng)能自動(dòng)接受控制任務(wù)、控制要求和目標(biāo),并能對(duì)任務(wù)、目標(biāo)和要求自主進(jìn)行分析、判斷、規(guī)劃和決策。系統(tǒng)能自主感知、檢測(cè)自身所處的狀態(tài)信息、環(huán)境信息和干擾信息,并能自主進(jìn)行融合、分析、識(shí)別、判斷和決策;同時(shí)能作出能否執(zhí)行任務(wù)的決策。
系統(tǒng)能根據(jù)控制任務(wù)、目標(biāo)要求,結(jié)合系統(tǒng)所處的當(dāng)前自身狀態(tài)信息、環(huán)境信息、干擾信息,自主地進(jìn)行分析、綜合,并作出執(zhí)行任務(wù)和如何完成任務(wù)的控制決策。系統(tǒng)能根據(jù)上述決策自主形成控制指令,自主操控系統(tǒng)狀態(tài)的行為,并朝著完成控制任務(wù)和目標(biāo)的方向運(yùn)動(dòng)。
在上述運(yùn)動(dòng)過程中,如果出現(xiàn)任務(wù)改變,出現(xiàn)事先未預(yù)見的環(huán)境變化和自身狀態(tài)變化,或出現(xiàn)系統(tǒng)自身損傷,系統(tǒng)能根據(jù)任務(wù)改變、新的環(huán)境(干擾屬環(huán)境變化)信息和自身狀態(tài)信息的改變,自主地作出分析、判斷,并作出改變系統(tǒng)狀態(tài)行為的指令,使系統(tǒng)改變自身的狀態(tài)?;蜃灾鬟M(jìn)行系統(tǒng)重組,以適應(yīng)外界環(huán)境的變化;或自主進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷、自修復(fù),以適應(yīng)完成控制任務(wù)和目標(biāo)的要求,最終自主完成控制任務(wù),達(dá)到控制的目標(biāo)。具有上述功能的系統(tǒng)可以認(rèn)為是智能自主控制系統(tǒng),或稱為智能自主控制。
3.2智能自主控制系統(tǒng)的應(yīng)用
智能自主控制的關(guān)鍵是用智能化的方法實(shí)現(xiàn)完全無人參與的控制過程,并使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到預(yù)期的目的。
現(xiàn)以智能自主控制的行駛車輛為例說明其智能自主控制的過程。假定要使車輛完成由A城去B城送貨的任務(wù)。智能自主控制行車系統(tǒng)接受這一任務(wù)后,首先要做的工作是,接受任務(wù),分析任務(wù),同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)自身所處狀態(tài)(是否處于運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài))和車輛重心目前所處的地理坐標(biāo)位置。第二步,開啟環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng),確定車輛自身的環(huán)境坐標(biāo)位置,即確定車身是否處于地理坐標(biāo)的道路中間,車頭和道路規(guī)定的行車方向是否相同。第三步,將以上檢測(cè)結(jié)果與任務(wù)要求相結(jié)合,進(jìn)行決策分析。根據(jù)智能自主控制行車系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)字地圖,決策、規(guī)劃出行車路線,選擇好行車道路,同時(shí)根據(jù)規(guī)劃出的行車路線和道路向行車智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出行車指令,給出行車控制信號(hào)。該系統(tǒng)能協(xié)調(diào)地啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),能控制油門,方向盤和剎車,駕車按規(guī)劃的行車路線和所選擇的道路行駛。第四步,在行車過程中,智能自主控制行車系統(tǒng)中的智能自主導(dǎo)航系統(tǒng),能不斷記錄行車方向、路線、行車速度和里程,確定車身重心的地理位置坐標(biāo);智能環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)能確定車身相對(duì)周圍環(huán)境的坐標(biāo)。如果行車中的地理位置坐標(biāo)偏離了規(guī)劃出的行車路線,智能自主控制行車系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)車身目前所處的位置,結(jié)合系統(tǒng)攜帶的數(shù)字地圖重新規(guī)劃出新的行車路線,并能選好行車道路。如果行車中車身偏離了行車道路中間線,或行車前方出現(xiàn)障礙,則智能自主控制行車系統(tǒng)能通過環(huán)境視覺識(shí)別系統(tǒng),給出行車方向修正指令和停車指令,避免行車事故,保持行車任務(wù)的正常執(zhí)行。第五步,當(dāng)行車到達(dá)終點(diǎn)B城時(shí),智能自主控制行車系統(tǒng)的智能導(dǎo)航系統(tǒng)能根據(jù)行車規(guī)劃的終點(diǎn)位置的地理坐標(biāo)和行車當(dāng)前的地理位置坐標(biāo),判斷行車的終點(diǎn)任務(wù)是否完成。
如果行車終點(diǎn)位置到達(dá),則將停車任務(wù)轉(zhuǎn)交給環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng),由該系統(tǒng)搜索選擇停車位置,并將此停車位置與出發(fā)前記錄在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的停車位置環(huán)境圖像相匹配,匹配無差,則命令行車智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)關(guān)閉油門、發(fā)動(dòng)機(jī),并停車。如果行車過程中,智能自主控制行車系統(tǒng)發(fā)生損壞,系統(tǒng)自身應(yīng)能實(shí)現(xiàn)故障自診斷、自修復(fù)或系統(tǒng)自重組。這種自修復(fù)和系統(tǒng)自重組往往要求能在車輛行進(jìn)中完成。
結(jié)語
智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步,有關(guān)技術(shù)還在不斷的發(fā)展之中,但發(fā)展迅速,各種不同智能控制水平的系統(tǒng)正在不斷的研究,其實(shí)際應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)為人們的生活帶來可極大的便利。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:智能化;時(shí)間顯示;控制
1現(xiàn)狀及問題
目前,洗衣機(jī)已普及使用,洗衣機(jī)包括滾筒洗衣機(jī)、波輪式洗衣機(jī)、攪拌式洗衣機(jī)、雙動(dòng)力式洗衣機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)者需求的提高,有的洗衣機(jī)在門體上增加LED燈或數(shù)碼管顯示等方式,提示用戶洗滌剩余時(shí)間。但是現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間顯示模塊在結(jié)構(gòu)上突兀地安裝在門框上,在控制方法上形式單一,非智能化顯示,影響了整機(jī)美感,用戶希望在洗衣機(jī)使用過程中能夠看到顯示的狀態(tài),而在洗衣機(jī)不使用時(shí),用戶又希望從外觀上看不出來。另一方面,時(shí)間顯示模塊為電器件,現(xiàn)有技術(shù)沒有充分的防潮保護(hù)措施,密封性不佳容易導(dǎo)致時(shí)鐘模塊出現(xiàn)質(zhì)量問題,產(chǎn)生安全隱患。比如,一種帶時(shí)鐘功能的洗衣機(jī)或干衣機(jī)門,包括門體,時(shí)鐘模塊設(shè)置在門體的門框上,時(shí)鐘模塊上有透明視窗。時(shí)鐘模塊既可以作為普通時(shí)鐘使用,也可以把重要的程序時(shí)間設(shè)置進(jìn)去,作為洗衣機(jī)工作過程計(jì)時(shí)器來使用,這種方案在門框內(nèi)安裝時(shí)鐘模塊,且為透明狀態(tài),密封性不佳導(dǎo)致時(shí)鐘模塊容易出現(xiàn)質(zhì)量問題,并且在不通電狀態(tài)下時(shí)鐘模塊能夠被看到,影響整體美觀。
2智能控制時(shí)間顯示技術(shù)方案之結(jié)構(gòu)部分
基于此,對(duì)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)和控制方法進(jìn)行研究和大量試驗(yàn),通過在洗衣機(jī)門體上增設(shè)可顯示可隱藏的時(shí)間顯示模塊,實(shí)現(xiàn)智能化控制。參見圖1,詳述智能控制時(shí)間顯示的技術(shù)方案之結(jié)構(gòu)創(chuàng)新改進(jìn)。全自動(dòng)機(jī)門體包括前板部件,觀察窗總成,其中觀察窗總成從外往里依次包括外框1、窗屏2、裝飾框3、時(shí)間顯示模塊4、中框5、密封圈6、玻璃7、內(nèi)框8。在中框5的上部中間部位,開設(shè)有時(shí)間模塊的安裝區(qū)5-1,時(shí)間顯示模塊4嵌裝在安裝區(qū)5-1中。裝飾框3為圓環(huán)狀,其整體形狀及大小與中框5相適配,安裝時(shí)與中框5相扣緊。裝飾框3的上部周緣與時(shí)間顯示模塊4相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有顯示窗3-1,顯示窗3-1的尺寸小于等于安裝區(qū)3-1的尺寸。裝飾框3由基體和覆蓋層組成,基體為透明材料,可以選擇透明ABS,或者透明PC,或者透明亞克力,而覆蓋層位于基體的外表面,基體材料在基體上的厚度是不一致的,通過大量的試驗(yàn)和材料分析得出,在顯示窗3-1對(duì)應(yīng)位置處覆蓋層的厚度為0.5~1.5mm,其他位置的厚度為2~4mm。覆蓋層在基體上的厚度也是不一致的,在顯示窗3-1對(duì)應(yīng)位置處覆蓋層的厚度為10~20μm,其他位置的厚度為20~50μm。裝飾框3為在基體上電鍍上鍍層而形成,裝飾框3的電鍍工藝采用直接電鍍方式或者真空鍍方式均可。覆蓋層的材料一般選取鋁、鈦、鋯等低電位金屬,這種材料的覆蓋層特點(diǎn)是,雖然顯示窗位置處的覆蓋層厚度為10~20μm,其他位置的厚度為20~50μm時(shí),但是在不通電狀態(tài)下,在裝飾框3上看不出顯示窗3-1的存在,呈不能透視的狀態(tài),從外部看,裝飾框3整體遮擋住了中框5,包括時(shí)間顯示模塊4。也就是說,在洗衣機(jī)不通電的情況下,時(shí)間顯示模塊處于隱藏狀態(tài),外觀整體大氣,美感不被破壞。另一方面,時(shí)間顯示模塊4被裝飾框3保護(hù),在玻璃7的外周安裝U型密封圈6,不容易受潮氣侵蝕,提高這一電器件的可靠性。裝飾框5的另一結(jié)構(gòu)形式為膜內(nèi)注塑或者膜轉(zhuǎn)印而成,在透明基體的表面增設(shè)覆蓋層,覆蓋層為成型膜,成型膜的材料一般是PET,成型膜在顯示窗位置的厚度為50μm,其他位置的厚度大于80μm。采取這種方式形成的裝飾框5也能實(shí)現(xiàn)智能控制時(shí)間顯示的效果。為了讓顯示窗3-1的位置精準(zhǔn)對(duì)在時(shí)間顯示模塊4處,設(shè)計(jì)了安裝定位結(jié)構(gòu),即中框3與裝飾框5設(shè)有至少3對(duì)定位裝置,比如,中框周緣與裝飾框周緣設(shè)有3個(gè)位置形狀相匹配的定位卡爪/定位孔,或者定位孔/定位柱的結(jié)構(gòu)。為了便于使用者觀察洗衣機(jī)的剩余時(shí)間顯示,時(shí)間顯示模塊4放置的最佳位置在中框5中框周緣上部中間位置,其形狀為長方形或者方形或者橢圓形。時(shí)間顯示模塊4與中框的安裝區(qū)5-1通過將卡爪安裝到安裝框中的方式裝配。時(shí)間顯示模塊4的數(shù)碼管膜片需要設(shè)計(jì)為黑色或灰色等深色,這樣通電時(shí)與裝飾圈的顏色相匹配。
3智能控制時(shí)間顯示技術(shù)方案之電控方法
該技術(shù)研究方案中,還涉及使用上述結(jié)構(gòu)的控制方法,參見圖2。智能控制方法具體包括如下步驟。第一步:洗衣通電,按電源開關(guān)鍵,時(shí)間顯示模塊不通電,裝飾框的顯示窗位置不被照亮,此時(shí)時(shí)間顯示模塊從外觀看是隱藏的。第二步:選擇洗衣程序,洗衣機(jī)自動(dòng)檢測(cè)計(jì)算出工作的總時(shí)間,然后,電腦程控器向時(shí)間顯示模塊發(fā)出指令,時(shí)間顯示模塊上出現(xiàn)具體數(shù)字,此時(shí)為總工作時(shí)間。第三步:按啟動(dòng)鍵,在洗衣過程中,時(shí)間顯示模塊動(dòng)態(tài)顯示剩余工作時(shí)間,裝飾框?qū)?yīng)時(shí)間顯示模塊處為可透視狀,時(shí)間顯示模塊及剩余工作時(shí)間為明示狀態(tài)。第四步:洗衣完成,斷電,時(shí)間顯示模塊同時(shí)被斷電,裝飾框整體為不可透視狀,時(shí)間顯示模塊為隱藏狀態(tài)。
4智能控制時(shí)間顯示的技術(shù)效果
采用此種智能控制方法的洗衣機(jī),能夠讓用戶很方便地隨時(shí)觀察到洗衣機(jī)所剩余的工作時(shí)間,以便靈活地安排下步工作,或者在合適的時(shí)間點(diǎn)接收漂洗水以便重復(fù)利用。時(shí)間顯示模塊在整機(jī)工作時(shí)顯示狀態(tài),在整機(jī)不工作時(shí)為隱藏狀態(tài),在功能上實(shí)現(xiàn)了用戶的個(gè)性化需求,在外觀上又保證了整機(jī)的美感。
參考文獻(xiàn)
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家電智能化浪潮勢(shì)不可擋,2020年,智能家電生態(tài)圈將創(chuàng)造產(chǎn)值超過萬億元的巨大商機(jī)。智能家電中,控制系統(tǒng)發(fā)揮著“大腦”和“中樞神經(jīng)”的作用,為進(jìn)一步完善智能控制系統(tǒng),傳統(tǒng)家電企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、通訊設(shè)備廠商都已參與進(jìn)來,發(fā)揮在各自領(lǐng)域的特長,不斷完善智能家電控制系統(tǒng),積極推進(jìn)家電智能化進(jìn)程。
“家電智能化浪潮勢(shì)不可擋。”某企業(yè)老總在參觀完2014年AWE、IFA、CES三大國際家電展后曾用這句話概括自己的感受。的確,隨著技術(shù)層面不斷突破創(chuàng)新,產(chǎn)品功能不斷完善,家電企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型思路日漸成熟,消費(fèi)者使用習(xí)慣逐步形成,再加上家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境日益改善,中國家電產(chǎn)業(yè)的智能化已從最初的“紙上談兵”跳脫出來,進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。據(jù)奧維云網(wǎng)(AVC)測(cè)算,智能家電將帶動(dòng)生態(tài)圈內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,2010年,智能家電生態(tài)圈產(chǎn)值達(dá)到50億元,2014年達(dá)到1200億元,2015年預(yù)計(jì)將達(dá)到1500億元,而到了2020年,智能家電生態(tài)圈產(chǎn)值將超過萬億元。
巨大的市場(chǎng)空間引來眾多企業(yè)的高度關(guān)注,家電智能化成為業(yè)內(nèi)的焦點(diǎn)話題。然而,家電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化并不是一件容易的事,事實(shí)上,家電智能控制體系橫跨通訊產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè),要求對(duì)電子技術(shù)、通訊技術(shù)、顯示技術(shù)等多學(xué)科融會(huì)貫通。此外,家電智能化還是一個(gè)新課題,需要家電產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)同作戰(zhàn),共同推進(jìn),上游配套企業(yè)更要顛覆傳統(tǒng)的思維模式,用更開闊的視角為整機(jī)廠提供更完善的智能控制解決方案。
高手云集,積極推動(dòng)
在白色家電制造領(lǐng)域,智能的概念其實(shí)并不陌生,一些幫助家電整機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化控制的控制器早已被廣泛應(yīng)用。國際整流器公司(以下簡稱IR)西安應(yīng)用中心主任李明告訴《電器》記者說:“凡是裝有MCU的家電都可以被視為能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制的產(chǎn)品。”在這種概念下,智能控制器是指在儀器、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)中為完成特定用途而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)控制單元,一般是以微控制器(MCU)芯片或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片或?qū)S每刂破鳛楹诵?,依?jù)不同功能要求輔以外圍模擬及數(shù)字電子線路,并置入相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件程序,經(jīng)電子加工工藝制造而成的電子部件。李明進(jìn)一步解釋說:“這種智能控制器可以實(shí)現(xiàn)多種智能控制,IR公司智能控制器是針對(duì)家電中永磁電機(jī)的無傳感器智能控制而設(shè)計(jì)的,能夠通過智能化的程序設(shè)置簡化使用操作步驟,并控制家電高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn),最為業(yè)內(nèi)熟知的應(yīng)用就是幫助家電實(shí)現(xiàn)變頻控制。”
大數(shù)據(jù)時(shí)代到來,傳統(tǒng)制造業(yè)受到互聯(lián)網(wǎng)思維模式的深刻影響。最先立于智能化潮頭的是手機(jī),智能手機(jī)開啟新時(shí)代,全觸屏操作、可自由裝卸各種應(yīng)用軟件、簡潔易用操作系統(tǒng)等體驗(yàn)都使傳統(tǒng)手機(jī)難以匹敵,智能手機(jī)已經(jīng)成為集通話、短信、網(wǎng)絡(luò)接入、影視娛樂為一體的綜合性個(gè)人手持智能終端設(shè)備。緊接著,智能電視作為集高清、大屏、多屏互動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)搜索、在線購物、實(shí)時(shí)互動(dòng)等多種應(yīng)用和功能的開放平臺(tái),極大地提升了消費(fèi)者家庭娛樂的生活體驗(yàn),并被看作硬件、內(nèi)容、流量、支付等為一體的智能生態(tài)的重要平臺(tái)。智能化浪潮席卷手機(jī)、電視領(lǐng)域,反映出國內(nèi)消費(fèi)者對(duì)智能化產(chǎn)品的快速適應(yīng)和接受能力?!笆謾C(jī)、電視的現(xiàn)在,就是白色家電不久的將來?!睂?duì)于白色家電智能化趨勢(shì),這一觀點(diǎn)已在業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)。
在這樣的大背景下,智能控制器被賦予更多使命,從完成簡單控制程序的元器件“變身”為以自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心,集成微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息傳感技術(shù)、顯示與界面技術(shù)、通訊技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等諸多技術(shù)門類的復(fù)雜控制體系,承擔(dān)家居環(huán)境下,家電與網(wǎng)絡(luò)、家電與使用者、家電與家電、家電內(nèi)部各部件之間數(shù)據(jù)交換、智能控制的重任。
“我們要的,是各種技術(shù)碰撞出的顛覆傳統(tǒng)的創(chuàng)新產(chǎn)品。”某整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)智能產(chǎn)品研發(fā)負(fù)責(zé)人明確表示,“今后,不能接入網(wǎng)絡(luò),提供云服務(wù)的將不再被家電企業(yè)定義為智能家電。”整機(jī)企業(yè)提出需求,上游配套企業(yè)面臨新的問題,與網(wǎng)絡(luò)連接、提供基于網(wǎng)絡(luò)的智能服務(wù),這一點(diǎn)已經(jīng)跳出了傳統(tǒng)家電制造業(yè)駕馭的范疇,一步跨入通訊領(lǐng)域,家電智能控制體系的設(shè)計(jì)必須融入更多新技術(shù),跨界合作勢(shì)在必行。南京點(diǎn)觸智能科技有限公司總經(jīng)理潘興修告訴《電器》記者:“目前,對(duì)于新概念下的家電智能控制體系,業(yè)內(nèi)并沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),大家都還在摸索中,傳統(tǒng)家電廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、通訊設(shè)備廠商都已參與進(jìn)來,發(fā)揮著在各自領(lǐng)域的特長,積極推進(jìn)家電智能化的進(jìn)程?!?/p>
側(cè)重不同,各顯神通
雖然家電企業(yè)對(duì)什么是家電智能控制系統(tǒng)仍處摸索階段,但全新智能控制系統(tǒng)提供商隊(duì)伍已能分出“流派”。首先,傳統(tǒng)智能控制器生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)把家電與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、增加智能控制功能的思路融入控制器研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中。他們的競爭優(yōu)勢(shì)在于,已與家電整機(jī)廠展開合作多年,手中握有客戶資源,與家電企業(yè)溝通比較方便,更了解整機(jī)廠的需求。其次,智能家電的核心是通過互聯(lián)互通創(chuàng)造新的價(jià)值,一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、通訊設(shè)備企業(yè),具備超前的互聯(lián)網(wǎng)思維模式,能夠憑借在另一個(gè)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域取得的成就,將傳統(tǒng)家電制造帶入互聯(lián)網(wǎng)模式下。此外,一些近年來新成立的高新技術(shù)企業(yè),沖著家電智能化而來,瞄準(zhǔn)的是家電智能化商機(jī),有著清晰的思路和極高的熱情。
《電器》記者通過采訪發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段,不同派別的智能控制系統(tǒng)提供商采取的市場(chǎng)運(yùn)營模式有很大差別。
目前,家電智能控制配套領(lǐng)域有很強(qiáng)的包容性,某控制器生產(chǎn)企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人說:“智能家居營造了一個(gè)巨大的商業(yè)生態(tài)圈,越來越多的企業(yè)參與其中,尋求發(fā)展。
完善的智能控制系統(tǒng)由很多元素共同組成,任何手中握有相關(guān)技術(shù)成果的企業(yè)都可以嘗試用自己的方式找到切入點(diǎn),參與家電智能控制平臺(tái)的搭建,為家電整機(jī)廠提供智能控制配套服務(wù)?!?/p>
無錫和晶科技有限公司是傳統(tǒng)家電智能控制器的主要供應(yīng)商,接受《電器》記者采訪時(shí),市場(chǎng)總監(jiān)王雅琪表示,和晶將堅(jiān)持實(shí)行技術(shù)為先導(dǎo)的經(jīng)營理念,在“高端、智能化、節(jié)能環(huán)?!钡漠a(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)下,以技術(shù)創(chuàng)新為動(dòng)力,科技進(jìn)步為依托,拓寬產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,尋求更快發(fā)展。但王雅琪同時(shí)強(qiáng)調(diào),現(xiàn)階段,和晶科技的工作重點(diǎn)仍然放在圍繞家電變頻技術(shù)和傳統(tǒng)家電主控技術(shù)兩個(gè)層面,對(duì)于家電網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展趨勢(shì),和晶科技將密切關(guān)注。王雅琪解釋說:“和晶科技的業(yè)務(wù)重點(diǎn)還是放在傳統(tǒng)控制器技術(shù)開發(fā)、積累上,畢竟這是公司賴以生存的核心業(yè)務(wù),網(wǎng)絡(luò)智能家電雖然概念炒得火熱,但整機(jī)市場(chǎng)出貨量十分有限,反射到上游采購,能夠鏈接網(wǎng)絡(luò)的新型智能控制器的需求量并未出現(xiàn)激增,因此和晶科技各項(xiàng)實(shí)現(xiàn)家電智能化控制的研究工作都還處于嘗試和摸索階段?!比涨埃途Э萍夹?,收購無錫中科新瑞100%股權(quán),全面控股無錫中科新瑞系統(tǒng)集成有限公司。據(jù)了解,中科新瑞系統(tǒng)集成有限公司創(chuàng)立于2001年6月,主營業(yè)務(wù)為智能化工程、系統(tǒng)集成產(chǎn)品以及運(yùn)維服務(wù)。交易完成后,和晶科技將通過整合自身在白色家電控制器領(lǐng)域的研發(fā)、制造及市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),以及中科新瑞的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)公司智能控制器業(yè)務(wù)從智能家電向智能建筑、智慧城市等領(lǐng)域的拓展。
上海慶科(MXCHIP)信息技術(shù)有限公司創(chuàng)辦于2004年,提到智能家居,慶科CEO王永虹想要做的就是“將一切未聯(lián)網(wǎng)的都連起來!”
他進(jìn)一步解釋說:“慶科在嵌入式無線連接技術(shù)上已經(jīng)擁有10年的經(jīng)驗(yàn),隨著行業(yè)發(fā)展,現(xiàn)在的技術(shù)能力和服務(wù)范圍更加全面,可為智能家電、照明、安防、健康、娛樂等行業(yè)提供整體智能化解決方案?!睋?jù)了解,慶科的智能化解決方案包括硬件端的底層操作系統(tǒng)、云端接入服務(wù)和手機(jī)端的APP訂制,幫助整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備端智能化開發(fā)。針對(duì)智能家電應(yīng)用領(lǐng)域,上海慶科提供的Wi-Fi模塊集成度高、外設(shè)資源豐富,可滿足家電多樣化需求。出于對(duì)制作工藝、品質(zhì)監(jiān)控的高要求,上海慶科將模塊生產(chǎn)交給制造業(yè)領(lǐng)頭羊富士康,不僅滿足家電整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)零部件高性能、高精度以及低功耗的要求,更保證了供貨的穩(wěn)定性。此外,慶科的智能化解決方案支持APP個(gè)性化訂制,可以對(duì)接企業(yè)自有云,更可以快速對(duì)接第三方公有云,如阿里物聯(lián)平臺(tái)、微信AirKiss等,幫助智能家電穩(wěn)定安全地連接到互聯(lián)網(wǎng)。
幻騰智能是一家互聯(lián)網(wǎng)硬件公司,設(shè)計(jì)新奇實(shí)用的智能家居產(chǎn)品,主打產(chǎn)品一直是PhantomNova智能燈以及無線開關(guān)和環(huán)境控制器。近期,幻騰智能開始關(guān)注智能家電領(lǐng)域,嘗試與家電整機(jī)廠展開合作。與其他智能模塊配套企業(yè)不同,幻騰智能沒有選擇Wi-Fi模塊,而是以幻騰link模塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境下電器設(shè)備兩兩互通,傳達(dá)操控指令,完成智能化控制。據(jù)幻騰智能CEO王昊介紹說:“我們的智能控制方案其實(shí)只是通訊方式有所不同,模塊安裝在智能家電上的作用和意義沒有改變。Wi-Fi是星狀通訊,以路由器為中心,而幻騰智能采用的幻騰link是網(wǎng)狀通訊。未來家居環(huán)境下,需要接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制的智能家電會(huì)越來越多,如果網(wǎng)絡(luò)不能負(fù)載這么多電器同時(shí)在線,或者Wi-Fi信號(hào)中斷,植入Wi-Fi模塊的智能家電則無法被控制。而網(wǎng)狀通訊協(xié)議搭建起的設(shè)備與設(shè)備之間的局域網(wǎng)還是可以實(shí)現(xiàn)智能控制。因此,我們認(rèn)為,在智能家電應(yīng)用領(lǐng)域,幻騰link模塊也將有自己的一片天地?!?/p>
與其他智能控制器配套生產(chǎn)企業(yè)有所不同,深圳市英唐智能控制股份有限公司開展業(yè)務(wù)的側(cè)重點(diǎn)為小型生活電器。目前,英唐智控的小型生活電器智能化方案已被Conair、Delonghi、Black&Decker、Philips、Tefal等歐美著名品牌及美的、創(chuàng)維、華旗資訊等國內(nèi)著名品牌采用。據(jù)企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,英唐智控?fù)碛卸喾N研發(fā)平臺(tái),以及反應(yīng)迅速的資深研發(fā)團(tuán)隊(duì),能夠根據(jù)客戶的要求,在較短的時(shí)間內(nèi)提供各種性能優(yōu)越,符合安全要求的生活電器智能化服務(wù)。這位負(fù)責(zé)人在接受《電器》記者采訪時(shí)進(jìn)一步介紹說:“我們提供的是一站式服務(wù),根據(jù)家電整機(jī)廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn),為其提供專業(yè)的智能化解決方案,增加電控部分并提供相關(guān)技術(shù)安全認(rèn)證等資料,積極協(xié)助整機(jī)廠在終端市場(chǎng)銷售環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣?!?/p>
為智能家電整機(jī)提供配套服務(wù),潘興修認(rèn)為,觸摸顯示人機(jī)交互系統(tǒng)至關(guān)重要,他說:“對(duì)于智能家電,這是一個(gè)非常重要的部分,直接關(guān)系到用戶最終是否能夠得到良好的操作體驗(yàn),我們的目標(biāo)就是要將iPhone、iPad美好的用戶體驗(yàn)轉(zhuǎn)移到智能家電上,以此為基礎(chǔ),智能家電強(qiáng)大的功能才能以最恰當(dāng)?shù)男问襟w現(xiàn),才能得到使用者的最終認(rèn)可?!边x準(zhǔn)市場(chǎng)切入點(diǎn),南京點(diǎn)觸逐步擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍,將電容觸摸屏、液晶面板、控制系統(tǒng)融合在一起,為家電整機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)智能觸摸顯示人機(jī)交互系統(tǒng)。在與《電器》記者的交談中,潘興修還提到一個(gè)設(shè)計(jì)思路,他說:“可以使智能控制系統(tǒng)與家電原有控制系統(tǒng)分離,相對(duì)獨(dú)立地存在于家電整機(jī)內(nèi)部,通過協(xié)議建立兩個(gè)控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)。由智能控制系統(tǒng)完成連接網(wǎng)絡(luò)、信息寫入、數(shù)據(jù)處理等任務(wù),為家電增添智能化新功能,而原先的控制系統(tǒng)不用做太多改進(jìn),仍舊完成指定任務(wù)。這種設(shè)計(jì)不需要家電整機(jī)廠過多調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì),保證了家電整體運(yùn)行的穩(wěn)定性,便于維修以及智能控制系統(tǒng)硬件更換升級(jí)?!?/p>
精彩技術(shù),創(chuàng)新產(chǎn)品
上游配套企業(yè)的積極探索不斷取得成果,各種新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮,不斷完善家電智能控制系統(tǒng)。
2014年7月,上海慶科了中國第一款物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MiCO-趙州橋版,MICO(Micro-controllerbasedInternetConnectivityOperatingsystem)是基于MCU的全實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)操作系統(tǒng)。是一個(gè)面向智能硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)的、運(yùn)行在微控制器上的、高度可移植的操作系統(tǒng)和中間件開發(fā)平臺(tái)。MiCO作為獨(dú)立的系統(tǒng),擁有開放架構(gòu),它并不依賴于微控制器(MCU)型號(hào),同時(shí)具有硬件抽象層(HAL)。此外,固件的應(yīng)用開放接口已實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用層協(xié)議。MiCO包括了底層的芯片驅(qū)動(dòng)、無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、射頻控制技術(shù)、安全、應(yīng)用框架等模塊,上海慶科同時(shí)提供阿里物聯(lián)平臺(tái)、移動(dòng)APP支持、以及生產(chǎn)測(cè)試等一系列解決方案和SDK,助力“軟制造”創(chuàng)業(yè)者簡化底層的投入,真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化和智能化并快速量產(chǎn)。上海慶科技術(shù)人員介紹說:“簡單地講,MiCO是智能硬件底層的一個(gè)開源系統(tǒng),有先進(jìn)的動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù),可靈活適用于廣泛的MCU,支持常見處理器;具有完整的云端接入框架和應(yīng)用范例,支持多種類云平臺(tái);數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)更新、安全可靠,便于進(jìn)行二次開發(fā)?!?/p>
“拓邦現(xiàn)已發(fā)展成為以智能控制技術(shù)為核心,不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域的中國一流智能控制方案提供商?!鄙钲谕匕罟煞萦邢薰鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人介紹說:“除了為家電企業(yè)提供傳統(tǒng)的智能控制器,拓邦在智能家居控制器開發(fā)上也取得了成績,完成了從單體智能化到實(shí)現(xiàn)智能化單體間的互聯(lián)互通再到與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通的轉(zhuǎn)變。已形成智能烤箱控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、云空調(diào)控制系統(tǒng)等二十多種產(chǎn)品。目前,拓邦部分應(yīng)用于智能家居的產(chǎn)品已投入應(yīng)用,基于Zigbee、Wi-Fi、藍(lán)牙、DALI的智能遠(yuǎn)程燈光控制系統(tǒng)已成熟,智能烤箱控制系統(tǒng)已批量供貨,云空調(diào)控制系統(tǒng)已向整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)廣泛推廣。”
該負(fù)責(zé)人在接受《電器》記者采訪時(shí)還反復(fù)強(qiáng)調(diào),拓邦將積極尋求與優(yōu)秀互聯(lián)網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)合作。
截至目前,古典控制方法一直都無法被人工智能控制技術(shù)所取代。但是隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展,現(xiàn)代控制理論也日臻完善,人工智能軟件技術(shù)(包括遺傳算法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)逐漸取代了傳統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)常規(guī)技術(shù)。這些方法有著許多的共同之處:都要具備不同類型和數(shù)量的描述特性和系統(tǒng)的“apriori”技術(shù)。這些方法都有著顯著的優(yōu)勢(shì),所以工業(yè)界都做出了不斷的嘗試,旨在進(jìn)一步開發(fā)和使用這類方法,但是工業(yè)界又急于開發(fā)該系統(tǒng),從而使其性能更加優(yōu)異,系統(tǒng)更加簡單、易操作。直流傳動(dòng)的控制程序較為簡單,在過去得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是不可忽視的是,它們有著難以克服的限制性因素,而且隨著DSP技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,直流傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)逐漸隱沒,性能更高的交流傳動(dòng)逐漸取代了直流傳動(dòng)。但近幾年,部分廠商逐漸改良工藝,更高性能的直流驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品涌入市場(chǎng),但是人工智能技術(shù)卻鮮少提及。在未來幾年,使用人工智能的直流傳動(dòng)技術(shù)將在更大范圍內(nèi)得到推廣和普及。
交流傳動(dòng)瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩具備較高的使用性能,它有著較強(qiáng)的控制性,僅次于直流電機(jī)。目前,直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)和矢量控制(VC)是比較常見的高性能交流傳動(dòng)控制方法。當(dāng)前,不少廠商都順應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì),相繼推出了矢量控制交流傳動(dòng)產(chǎn)品,而且無速度傳感器的矢量控制產(chǎn)品也大量上市。在性能較高的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品中廣泛使用AI技術(shù),將會(huì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品的使用性能,截至目前,僅有兩個(gè)廠家在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中運(yùn)用人工智能(AI)控制器。而在十五年前,日本和德國的研究人員提出了直接轉(zhuǎn)矩控制這一概念,經(jīng)過了十年的發(fā)展演變過程,ABB公司面向市場(chǎng),將直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動(dòng)產(chǎn)品引入市場(chǎng),讓人們能夠直接感受直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì),從而開展相關(guān)的研究??梢灶A(yù)見,人工智能技術(shù)將會(huì)運(yùn)用到直接轉(zhuǎn)矩控制中,常規(guī)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型將會(huì)被替代,從而退出市場(chǎng)。
人工智能控制器主要分三種類型,即:增強(qiáng)學(xué)習(xí)型、非監(jiān)督型和監(jiān)督型。當(dāng)前,常規(guī)的監(jiān)督學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的學(xué)習(xí)算法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已基本成型,這在一定程度上限制了此種結(jié)構(gòu)控制器的生產(chǎn)和使用,導(dǎo)致計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間增長,而且常規(guī)非人工智能學(xué)習(xí)算法在具體應(yīng)用上效果不明顯。而要克服這些困難,最好的辦法就是采用試探法和適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。常規(guī)模糊控制器的模糊規(guī)則表和規(guī)則初值是“a-priori”型,這加劇了調(diào)整難度。假若該系統(tǒng)無有效的“a-priori”信息作為支撐,那么將導(dǎo)致系統(tǒng)陷入癱瘓。而要有效克服此類缺陷和困難,就可以運(yùn)用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
二、電力系統(tǒng)中的智能控制
當(dāng)前,世界各地的專家和學(xué)者都將眼光聚焦于智能控制理論的研究,研究表明,只要合理運(yùn)用智能系統(tǒng),就能在很大程度上提高電力系統(tǒng)控制水平,推動(dòng)我國電力傳動(dòng)系統(tǒng)步入新的階段。市面上廣泛使用的交直流傳動(dòng)系統(tǒng)在控制技術(shù)和手段上已日臻成熟,閉環(huán)控制、矢量控制都有著較好的運(yùn)用前景。PID控制法作為最新的控制方法,能較好地完成數(shù)學(xué)建模需承擔(dān)的控制任務(wù),但是在具體實(shí)踐中,電力傳動(dòng)系統(tǒng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的不穩(wěn)定性,隨工作狀態(tài)的變化,電機(jī)參數(shù)也不斷變化著,這加劇了傳統(tǒng)建模控制的難度。
賓館改造時(shí)采用智能客房控制系統(tǒng),對(duì)客房的資源進(jìn)行集中管理,幫助客人方便使用賓館客房內(nèi)的各種用電設(shè)備及享用各種軟。在該套系統(tǒng)中,每個(gè)客房配置一個(gè)客房配電箱和一個(gè)客房智能控制器。房間內(nèi)除了冰箱等不能斷電的重要插座外,其余的用電設(shè)備如照明燈具、電視插座、普通插座等都是由客房智能控制器來控制??头颗潆娤涔╇娊o智能控制器,控制器通過編程對(duì)其末端連接的強(qiáng)電燈具、客房插座、空調(diào)風(fēng)機(jī)、空調(diào)電磁閥、多路音樂、顯示時(shí)鐘、請(qǐng)勿打擾等功能進(jìn)行集中控制;每個(gè)客房控制器都有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址,系統(tǒng)底層直接采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通信傳輸協(xié)議,通過樓層服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中和轉(zhuǎn)發(fā),從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整和穩(wěn)定。同時(shí)系統(tǒng)通過主干交換機(jī)連接所有樓層交換機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及前臺(tái)、客服、工程部等部門電腦??头靠刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)說明:
1)無人模式:正常客房在無人入住時(shí)處于待租無人模式,RCU(智能客控主機(jī))此時(shí)處于無人省電運(yùn)行狀態(tài);系統(tǒng)軟件顯示客房為無人,客房內(nèi)空調(diào)運(yùn)行于無人模式,受網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制??稍谲浖嗽O(shè)定其工作狀態(tài)。
2)開房模式:客人在前臺(tái)辦理入住手續(xù),發(fā)電子門鎖卡,客房進(jìn)入已租入住模式(從賓館管理軟件獲知);空調(diào)將由無人模式自動(dòng)切換到開房模式,在開房模式下,空調(diào)設(shè)定溫度為舒適溫度,并且為高速運(yùn)行,使客房在客人進(jìn)入時(shí)已達(dá)到舒適溫度,溫度達(dá)到設(shè)定溫度后,關(guān)閉電動(dòng)閥,停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
3)歡迎模式:客人利用賓客卡開啟門鎖,門磁檢測(cè)后房門開啟,自動(dòng)開啟廊燈并延時(shí)30s關(guān)閉;將門鎖開門卡插入節(jié)電開關(guān),節(jié)電開關(guān)進(jìn)行智能身份識(shí)別,只有合法卡方能取電,燈光進(jìn)入歡迎模式,開啟客房內(nèi)指定燈光,門外顯示器及軟件顯示客房為有人;如果采用智能通訊型取電開關(guān),還可將卡片持有人身份如客人卡、服務(wù)員姓名、管理人員姓名等傳送到系統(tǒng)軟件進(jìn)行顯示。
4)普通模式:客人可通過弱電開關(guān)面板對(duì)燈光、排氣扇、服務(wù)功能等進(jìn)行控制;空調(diào)進(jìn)入本地操作模式,客人可操作溫控器按自己的需求來控制客房溫度;在軟件端可實(shí)時(shí)查詢客房內(nèi)空調(diào)運(yùn)行情況,如實(shí)際溫度、設(shè)定溫度、風(fēng)速等;客房內(nèi)“請(qǐng)勿打擾”、“請(qǐng)稍候”、“SOS”、“退房”等服務(wù)信息實(shí)時(shí)傳送到門外顯示器和軟件界面,并有聲音及信息提示;當(dāng)有“SOS”等信息時(shí),門外顯示器上“勿擾”、“清理”、“請(qǐng)稍候”指示燈將同時(shí)閃爍,以引導(dǎo)相關(guān)人員迅速找到此客房。此時(shí)不可實(shí)現(xiàn)“請(qǐng)勿打擾”服務(wù)請(qǐng)求;“請(qǐng)勿打擾”還和“請(qǐng)即清理”、“請(qǐng)稍候”實(shí)現(xiàn)互鎖;“請(qǐng)勿打擾”狀態(tài)下按門外顯示器的“門鈴”鍵無效;當(dāng)客人在接聽電話或在衛(wèi)生間時(shí),若門外有人按“門鈴”鍵,客人可在控制面板上按“請(qǐng)稍候”鍵,同時(shí)“門外顯示器”上“請(qǐng)稍候”窗口點(diǎn)亮,且不斷閃爍,告之請(qǐng)稍等;當(dāng)客人再次按下此鍵或開啟房門時(shí),此狀態(tài)取消;浴室內(nèi)可安裝紅外微波探測(cè)器,當(dāng)檢測(cè)到客人進(jìn)入衛(wèi)生間時(shí),可自動(dòng)點(diǎn)亮浴室燈、排氣扇(編程修改),如果長時(shí)間無人,可關(guān)閉衛(wèi)生間所有燈具及排氣扇,以節(jié)省能源;衣柜內(nèi)的衣柜燈由行程開關(guān)控制,不進(jìn)入RCU;空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)和客房溫度,門磁等開關(guān)狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)傳送到系統(tǒng)軟件。
5)睡眠模式:客人休息時(shí),可按下床頭“總控”鍵,系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式,燈光全部關(guān)閉;在睡眠狀態(tài)下,按任意鍵自動(dòng)開啟夜燈,并喚醒系統(tǒng)恢復(fù)普通模式。
6)已租無人模式:當(dāng)客人外出(未退房)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入“已租無人”模式;空調(diào)按“已租無人”模式運(yùn)行,如夏天設(shè)置為26℃,風(fēng)速設(shè)置為自動(dòng)(可自由設(shè)置);當(dāng)客人再次回客房時(shí),空調(diào)將自動(dòng)恢復(fù)客人以前設(shè)定的狀態(tài),以尊重客人的個(gè)性化需要。
7)退房模式:當(dāng)客人按下“退房”鍵時(shí),信息傳送到系統(tǒng)軟件,通知服務(wù)人員到該客房進(jìn)行查房,服務(wù)人員可以提前進(jìn)行結(jié)賬工作,以避免讓客人在前臺(tái)等待過長時(shí)間??头靠刂葡到y(tǒng)通過節(jié)電開關(guān)、空調(diào)遠(yuǎn)控和自動(dòng)控制等一系列措施,可在保證客房舒適度和客人滿意度的前提下,保證最低的能源消耗。通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將客人的各種要求及時(shí)提供給酒店管理方,使客人在第一時(shí)間得到優(yōu)質(zhì)服務(wù),從而提高客人的滿意度。
2賓館其他區(qū)域電氣智能控制改造
1)賓館大堂的溫度控制門廳作為賓館的門面,全天候?qū)腿碎_放。但是隨著大堂人流的不同,空調(diào)負(fù)荷也不同。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)大堂人流的分布具有一定規(guī)律:清晨入住的旅客較多;而離店的旅客則多集中在中午時(shí)分;其余時(shí)間,旅客則往來較為隨機(jī)。因此,大堂的空調(diào)熱負(fù)荷也隨著客流變動(dòng)呈現(xiàn)出規(guī)律性波動(dòng)。改造后的樓控智能系統(tǒng)可以根據(jù)這種規(guī)律,通過變頻器提前調(diào)整空調(diào)機(jī)組和冷水機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),減少控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波動(dòng)的能源耗費(fèi),這既確保了室內(nèi)溫度舒適性,又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能控制。
2)室內(nèi)照明控制賓館的室內(nèi)照明場(chǎng)所,大體上可分為營業(yè)場(chǎng)所(大廳、餐廳、客房)照明、內(nèi)勤辦公場(chǎng)所照明和公共空間(走廊、洗手間)照明三部分。本次改造中采用了晝光感知器與紅外感應(yīng)設(shè)備來控制照明燈具,具體做法如下:(1)在門廳大堂區(qū)域設(shè)置晝光感知器:當(dāng)屋外自然光照充足時(shí),該設(shè)備可自動(dòng)調(diào)降可調(diào)光型電子安定器的輸出以及靠窗燈具的亮度,或直接關(guān)閉燈具。在值班室的客控主機(jī)內(nèi)設(shè)置了時(shí)序控制器(timer):該控制器可在預(yù)定的時(shí)間根據(jù)相應(yīng)程序自動(dòng)地對(duì)照明環(huán)境作模式切換,或控制燈具的明滅,無須手動(dòng)操作。避免了因忘記關(guān)燈而浪費(fèi)電能。(2)在賓館的走廊、小型會(huì)議室、會(huì)客室、衛(wèi)生間等場(chǎng)所設(shè)紅外開關(guān)裝置。走廊內(nèi)紅外感應(yīng)裝置可自動(dòng)檢測(cè)該空間內(nèi)的人體溫度:在晚上時(shí),若沒有人經(jīng)過,則會(huì)關(guān)閉除應(yīng)急系統(tǒng)外的大部分燈光,當(dāng)有人經(jīng)過時(shí),紅外線感應(yīng)器送出信號(hào),使該走廊、通道的燈光可以開啟,讓人們可以順利通過,也可以讓安全監(jiān)控能夠工作。在會(huì)議中心,也設(shè)置了紅外開關(guān)系統(tǒng)。非宴會(huì)時(shí)間,當(dāng)有工作人員進(jìn)入工作廳內(nèi)工作時(shí),紅外線感應(yīng)器感應(yīng)到人體體溫的紅外信號(hào),指令廳內(nèi)的某幾路燈光漸亮,可以讓工作人員在有光的情景下工作。當(dāng)工作人員離開后,廳內(nèi)的燈光延時(shí)10min后關(guān)燈。宴會(huì)期間,可通過調(diào)整面板模式,設(shè)置燈光效果。當(dāng)宴會(huì)開始后,一旦紅外開關(guān)感應(yīng)到人員入場(chǎng),則將開啟相應(yīng)照明模式燈光。
3改造前后的比較
該系統(tǒng)安裝調(diào)試好后,經(jīng)過一段時(shí)間的使用,經(jīng)實(shí)地測(cè)量其效果比以前有了很大進(jìn)步,每個(gè)客房房間平均每天10h的用電量如表1所示。通過表1,可以看出改造后客房節(jié)電率能提高50%~80%,總用電量節(jié)約20%~30%,極大地節(jié)省了電能,并保證賓館的軟硬件設(shè)施的先進(jìn)性。提升賓館的整體形象,提升客人對(duì)賓館的評(píng)價(jià),從而大大增加客流量,提高賓館總體的經(jīng)營收入。該控制方式不僅安全,可靠,更符合國家提倡綠色賓館建設(shè)要求。
4結(jié)束語
本文通過對(duì)智能控制的發(fā)展軌跡和特點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹,對(duì)智能控制的技術(shù)方法進(jìn)行了分析,對(duì)比了智能控制和傳統(tǒng)控制的優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探究+提出了智能控制的未來發(fā)展方向應(yīng)該是由多種智能控制模式組成以及把智能控制模式和傳統(tǒng)控制相結(jié)合的思維方法。
關(guān)鍵詞:
智能控制;機(jī)器人;應(yīng)用
1.控制的概述
從20世紀(jì)初到今天,控制理論已經(jīng)由以傳遞函數(shù)為理論基礎(chǔ)的傳統(tǒng)模式發(fā)展到了以狀態(tài)空間理論為依據(jù)的現(xiàn)代模式。到了今天,控制理論經(jīng)歷了由人工智能向自動(dòng)控制的轉(zhuǎn)變過程,從而形成了智能控制的相關(guān)理論。
2.智能控制的發(fā)展軌跡和特點(diǎn)
智能控制的理論思想最早被提出時(shí)是由人工智能思想和自動(dòng)控制交叉的思想相融合而得出的一種思想理論,并且把智能控制的系統(tǒng)分為人工控制器為核心的智能控制、人工和機(jī)器同時(shí)作為核心的智能控制系統(tǒng)、純機(jī)器控制作為核心的智能控制系統(tǒng)。智能控制的理論基礎(chǔ)是運(yùn)籌學(xué)的相關(guān)理論、人工智能的相關(guān)理論以及自動(dòng)控制理論相結(jié)合的一種控制理論學(xué)說;智能控制系統(tǒng)是由傳統(tǒng)控制理論進(jìn)化而來,主要利用自主智能機(jī)來達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)無人操作的目的。智能控制的整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有開放式、分級(jí)式以及分布式的特點(diǎn),處理綜合信息的能力非常強(qiáng)大。但是智能控制的終極目標(biāo)卻不是高級(jí)自動(dòng)控制,而是優(yōu)化系統(tǒng)的各個(gè)方面。智能控制的服務(wù)對(duì)象主要是一些非線性和不確定性的研究對(duì)象,這種研究對(duì)象是主要研究線性結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)控制理論無法操作的內(nèi)容。智能控制在對(duì)數(shù)學(xué)模型的描述以及對(duì)符號(hào)和相關(guān)環(huán)境的識(shí)別等方面都十分擅長。
3.智能控制的技術(shù)方法
智能控制的主要技術(shù)方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、模糊網(wǎng)絡(luò)智能控制以及分層遞階智能控制等。在日常實(shí)際操作中,進(jìn)行智能控制應(yīng)用時(shí)常用的方法是把幾種智能控制模式融合在一起來使用。比較典型的智能控制方法有以下幾個(gè)。(1)模糊智能控制方法。模糊智能控制方法主要是把知識(shí)庫和模糊模式推理機(jī)以及輸出量清晰化的模塊等進(jìn)行組合,模糊智能控制的具體方式是,由模糊量的互相轉(zhuǎn)化以及推理,最后得出具體的參數(shù)來執(zhí)行。[1](2)專家智能控制方法。專家智能控制方法就是把智能控制與傳統(tǒng)控制理論相融合的一種典型的智能控制方法。這種方法就是以專家智能控制的理論基礎(chǔ)作為依據(jù),對(duì)控制方法進(jìn)行優(yōu)化。
4.智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用
機(jī)器人領(lǐng)域是智能控制的主要應(yīng)用研究方向之一,隨著科技的迅速發(fā)展,機(jī)器人領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)越來越全面。比如,還處于發(fā)展階段的人工智能相關(guān)技術(shù)以及傳感器的相關(guān)技術(shù)都被應(yīng)用到了機(jī)器人領(lǐng)域當(dāng)中。我們從動(dòng)力學(xué)的角度上來看,機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)是非線性的,隨時(shí)發(fā)生變化的,在機(jī)器人的控制技術(shù)上所追求的是多樣的任務(wù),這恰恰就是智能控制的相關(guān)優(yōu)勢(shì),所以說智能控制技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域一個(gè)十分關(guān)鍵的組成部分。
(1)機(jī)器人的行動(dòng)控制。有一種由四條連桿和從動(dòng)滾輪組成腿部的機(jī)器人,這種機(jī)器人的移動(dòng)依靠后補(bǔ)兩條滾輪來實(shí)現(xiàn),移動(dòng)方向由滾輪的滾動(dòng)角度來決定。如果要預(yù)設(shè)這種機(jī)器人的移動(dòng)路線,面對(duì)這種非線性系統(tǒng)組成的機(jī)器人,一般的控制器是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制的,此時(shí)就要使用智能控制理論中的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法。這種控制模式可以減少機(jī)器人的系統(tǒng)誤差,并且可以有效地對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)路線進(jìn)行控制。[2]
(2)機(jī)器人的行動(dòng)計(jì)劃。如果在一個(gè)十字路口同時(shí)進(jìn)行多個(gè)機(jī)器人的行動(dòng)控制,就會(huì)涉及機(jī)器人的回避和協(xié)調(diào)問題,在解決這個(gè)問題的方法上,智能控制理論為機(jī)器人提供了集中式路線設(shè)計(jì)和分布式行動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)等方法。即首先設(shè)定每個(gè)機(jī)器人在不遇到障礙的基礎(chǔ)上可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑到達(dá)設(shè)計(jì)目的地;其次通過在機(jī)器人內(nèi)部設(shè)定一整套規(guī)則,采用分布式行動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的方式來讓機(jī)器人在行動(dòng)的過程中在可能發(fā)生沖突的區(qū)域進(jìn)行避讓,從而達(dá)到避免機(jī)器人碰撞的目的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以證明智能控制可以完美解決多數(shù)機(jī)器人一起進(jìn)行行動(dòng)時(shí)的協(xié)調(diào)和碰撞問題。
智能控制在現(xiàn)階段的很多方面都不是特別成熟,在具體方法的應(yīng)用上局限性也很大,如果把多種智能控制的方法結(jié)合在一起,也許是解決這些問題的關(guān)鍵途徑。
參考文獻(xiàn):
[1]王印束,程秀生,馮巍,等.濕式雙離合器式自動(dòng)變速器起步智能控制[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,32(6):658-662.
關(guān)鍵字:自動(dòng)化 智能控制 應(yīng)用
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段,這對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)提出獷新的挑戰(zhàn),促進(jìn)了智能理論在控制技術(shù)中的應(yīng)用,以解決用傳統(tǒng)的方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。
一、智能控制的主要方法
智能控制技術(shù)的主要方法有模糊控制、基于知識(shí)的專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和集成智能控制等,以及常用優(yōu)化算法有:遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等。
2.1 模糊控制
模糊控制以模糊集合、模糊語言變量、模糊推理為其理論基礎(chǔ),以先驗(yàn)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)作為控制規(guī)則。其基本思想是用機(jī)器模擬人對(duì)系統(tǒng)的控制,就是在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊控制器近似推理等手段,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。在實(shí)現(xiàn)模糊控制時(shí)主要考慮模糊變量的隸屬度函數(shù)的確定,以及控制規(guī)則的制定二者缺一不可。
2.2 專家控制
專家控制是將專家系統(tǒng)的理論技術(shù)與控制理論技術(shù)相結(jié)合,仿效專家的經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制的一種智能控制。主體由知識(shí)庫和推理機(jī)構(gòu)組成,通過對(duì)知識(shí)的獲取與組織,按某種策略適時(shí)選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理,以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制。專家控制可以靈活地選取控制率,靈活性高;可通過調(diào)整控制器的參數(shù),適應(yīng)對(duì)象特性及環(huán)境的變化,適應(yīng)性好;通過專家規(guī)則,系統(tǒng)可以在非線性、大偏差的情況下可靠地工作,魯棒性強(qiáng)。
2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人腦神經(jīng)元的活動(dòng),利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)與權(quán)值的分布來表示特定的信息,通過不斷修正連接的權(quán)值進(jìn)行自我學(xué)習(xí),以逼近理論為依據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模,并以直接自校正控制、間接自校正控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制等方式實(shí)現(xiàn)智能控制。
1.4 學(xué)習(xí)控制
(1)遺傳算法學(xué)習(xí)控制
智能控制是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制,因此控制技術(shù)離不開優(yōu)化技術(shù)。快速、高效、全局化的優(yōu)化算法是實(shí)現(xiàn)智能控制的重要手段。遺傳算法是模擬自然選擇和遺傳機(jī)制的一種搜索和優(yōu)化算法,它模擬生物界/生存競爭,優(yōu)勝劣汰,適者生存的機(jī)制,利用復(fù)制、交叉、變異等遺傳操作來完成尋優(yōu)。遺傳算法作為優(yōu)化搜索算法,一方面希望在寬廣的空間內(nèi)進(jìn)行搜索,從而提高求得最優(yōu)解的概率;另一方面又希望向著解的方向盡快縮小搜索范圍,從而提高搜索效率。如何同時(shí)提高搜索最優(yōu)解的概率和效率,是遺傳算法的一個(gè)主要研究方向 。
(2)迭代學(xué)習(xí)控制
迭代學(xué)習(xí)控制模仿人類學(xué)習(xí)的方法、即通過多次的訓(xùn)練,從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)會(huì)某種技能,來達(dá)到有效控制的目的。迭代學(xué)習(xí)控制能夠通過一系列迭代過程實(shí)現(xiàn)對(duì)二階非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的跟蹤控制。整個(gè)控制結(jié)構(gòu)由線性反饋控制器和前饋學(xué)習(xí)補(bǔ)償控制器組成,其中線性反饋控制器保證了非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、前饋補(bǔ)償控制器保證了系統(tǒng)的跟蹤控制精度。它在執(zhí)行重復(fù)運(yùn)動(dòng)的非線性機(jī)器人系統(tǒng)的控制中是相當(dāng)成功的。
二、智能控制的應(yīng)用
1.工業(yè)過程中的智能控制
生產(chǎn)過程的智能控制主要包括兩個(gè)方面:局部級(jí)和全局級(jí)。局部級(jí)的智能控制是指將智能引入工藝過程中的某一單元進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),例如智能PID控制器、專家控制器、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器等。研究熱點(diǎn)是智能PID控制器,因?yàn)槠湓趨?shù)的整定和在線自適應(yīng)調(diào)整方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),且可用于控制一些非線性的復(fù)雜對(duì)象 。全局級(jí)的智能控制主要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化,包括整個(gè)操作工藝的控制、過程的故障診斷、規(guī)劃過程操作處理異常等。
2. 機(jī)械制造中的智能控制
在現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)中,需要依賴那些不夠完備和不夠精確的數(shù)據(jù)來解決難以或無法預(yù)測(cè)的情況,人工智能技術(shù)為解決這一難題提供了有效的解決方案。智能控制隨之也被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè),它利用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方
法對(duì)制造過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)環(huán)境建模,利用傳感器融合技術(shù)來進(jìn)行信息的預(yù)處理和綜合??刹捎脤<蚁到y(tǒng)的“Then-If”逆向推理作為反饋機(jī)構(gòu),修改控制機(jī)構(gòu)或者選擇較好的控制模式和參數(shù)。利用模糊集合和模糊關(guān)系的魯棒性,將模糊信息集成到閉環(huán)控制的外環(huán)決策選取機(jī)構(gòu)來選擇控制動(dòng)作。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和并行處理信息的能力,進(jìn)行在線的模式識(shí)別,處理那些可能是殘缺不全的信息。
3.電力電子學(xué)研究領(lǐng)域中的智能控制
電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電機(jī)電器設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、控制是一個(gè)復(fù)雜的過程,國內(nèi)外的電氣工作者將人工智能技術(shù)引入到電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷及控制中,取得了良好的控制效果 。遺傳算法是一種先進(jìn)的優(yōu)化算法,采用此方法來對(duì)電器設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,可以降低成本,縮短計(jì)算時(shí)間,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。應(yīng)用于電氣設(shè)備故障診斷的智能控制技術(shù)有:模糊邏輯、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在電力電子學(xué)的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中,智能控制在電流控制PWM技術(shù)中的應(yīng)用是具有代表性的技術(shù)應(yīng)用方向之一,也是研究的新熱點(diǎn)之一。
以上的三個(gè)例子只是智能控制在各行各業(yè)應(yīng)用中的一個(gè)縮影,它的作用以及影響力將會(huì)關(guān)系國民生計(jì)。并且智能控制技術(shù)的發(fā)展也是日新月異,我們只有時(shí)課關(guān)注智能控制技術(shù)才能跟上其日益加快的技術(shù)更新步伐。
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關(guān)鍵字:STC89C54單片機(jī);多平臺(tái)控制;智能空調(diào)
引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們的生活習(xí)慣、休閑方式與消費(fèi)習(xí)慣也在不斷的改變,而智能化家居在人民群眾的生活中起到越來越重要的作用。空調(diào)作為日常生活中較為重要的家電產(chǎn)品,傳統(tǒng)空調(diào)因?yàn)槠溥b控器的控制范圍有限,人們往往需要花費(fèi)一定時(shí)間等待空調(diào)制冷或者制熱,造成了一定的時(shí)間上的浪費(fèi);而現(xiàn)有的智能空調(diào)在遠(yuǎn)程控制上的方式也較為單一,且各品牌之間協(xié)議相互不兼容,相關(guān)技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)空調(diào)的改造。本文將設(shè)計(jì)一種全新的物聯(lián)網(wǎng)智能空調(diào)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在本地和遠(yuǎn)程多個(gè)平臺(tái)上的多種空調(diào)控制方式。通過實(shí)際運(yùn)行調(diào)試,驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性和有效性。
1空調(diào)智能控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由STC89C54單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、紅外學(xué)習(xí)和發(fā)送模塊、GPRS模塊、智能手機(jī)、藍(lán)牙模塊、顯示模塊和電源管理模塊組成,如圖1所示。本系統(tǒng)利用單片機(jī)最小系統(tǒng)和紅外模塊組成智能外接裝置,作為中間媒介來學(xué)習(xí)和發(fā)送紅外命令控制空調(diào),結(jié)合各無線模塊,該裝置上電后能夠自動(dòng)連接移動(dòng)基站的GPRS網(wǎng)絡(luò),隨后通過移動(dòng)網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)器,在該服務(wù)器上掛載自主設(shè)計(jì)的空調(diào)web控制頁面,用戶可以通過多個(gè)平臺(tái)登錄該頁面進(jìn)行空調(diào)的控制。此外,通過在智能終端上開發(fā)的應(yīng)用程序(APP),可對(duì)用戶的空調(diào)使用習(xí)慣和語音命令進(jìn)行學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)家庭和戶外對(duì)空調(diào)的參數(shù)配置及語音控制,使傳統(tǒng)空調(diào)具有智能控制功能。此外,顯示部分采用LCD1602液晶屏模塊,用于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋。電源管理模塊包括了系統(tǒng)Li電池充放電電路、5V升壓電路、3.3V穩(wěn)壓電路,用于向系統(tǒng)其余模塊提供合適電源。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1主控電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用STC89C54單片機(jī)和紅外轉(zhuǎn)發(fā)電路為空調(diào)控制核心電路,此型號(hào)單片機(jī)性能穩(wěn)定,質(zhì)量可靠,且有足夠的片內(nèi)flash存儲(chǔ)學(xué)習(xí)到的紅外編碼。主控電路主要負(fù)責(zé)接收原有空調(diào)遙控器信號(hào),進(jìn)行學(xué)習(xí),并將學(xué)習(xí)到的紅外編碼存儲(chǔ)到單片機(jī)片內(nèi)flash地址中,建立對(duì)應(yīng)的編碼協(xié)議表。同時(shí)接收來自GPRS模塊、智能手機(jī)、藍(lán)牙模塊的控制指令,并對(duì)指令進(jìn)行運(yùn)算處理判斷,將單片機(jī)flash地址中對(duì)應(yīng)的紅外編碼取出和發(fā)射,完成空調(diào)的本地和遠(yuǎn)程控制。主控電路中的紅外轉(zhuǎn)發(fā)電路包括了發(fā)射和接收兩個(gè)部分。紅外接收端采用價(jià)格便宜,性能可靠的一體化紅外接收頭VS1838接收紅外信號(hào),它同時(shí)對(duì)30khz到60khz之間的紅外載波信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形,得到TTL電平的編碼信號(hào),再送給單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)解碼后送發(fā)射電路執(zhí)行,去控制各品牌空調(diào)。主控電路紅外遙控過程如圖2所示。
2.2GPRS通信模塊設(shè)計(jì)
GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),提供端到端的、廣域的無線IP連接。它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket)式來傳輸,因此控制空調(diào)所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算,并非使用其整個(gè)頻道,而控制空調(diào)運(yùn)行的指令數(shù)據(jù)量非常小,成本較低。此外,通過分布在各終端上的應(yīng)用程序,可方便的進(jìn)行多平臺(tái)的遠(yuǎn)程信息管理。本系統(tǒng)中采用自主設(shè)計(jì)的GPRSA6模組和主控電路進(jìn)行數(shù)據(jù)流量和短消息通信,如圖3所示。A6是一款支持GSM,GPRS四頻段(850/900/1800/1900MHz)的GSM模組,支持GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),最大數(shù)據(jù)速率為下載85.6Kbps,上傳42.8Kbps,支持2個(gè)串口,一個(gè)下載串口,一個(gè)AT命令口,其中的AT命令串口與主控電路中的單片機(jī)串口相連接,用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),如圖4所示。
2.3電源管理模塊設(shè)計(jì)
電源管理模塊主要為系統(tǒng)不同模塊提供不同的電源,本系統(tǒng)由3.7V的鋰電池供電,需要5V和3.3V兩種電壓。本設(shè)計(jì)中采用只需要極少元器件的RN9521移動(dòng)電源芯片,RN9521集成了同步5V升壓、充電和多重保護(hù)功能,且具有92%的充電轉(zhuǎn)換效率和95%的升壓轉(zhuǎn)換效率。在適配器模式下,支持邊充邊放。3.3V電壓采用DC-DC降壓3端高效線性穩(wěn)壓器AMS1117芯片,AMS1117設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時(shí),AMS1117的最小壓差保證不超過1.3V,并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。本系統(tǒng)中將升壓獲得的5V電壓降壓至3.3V。
2.4其它電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)還有一些輔助電路,顯示模塊采用LCD1602液晶顯示,LCD1602為工業(yè)字符型液晶,能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符,本設(shè)計(jì)中用于顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。藍(lán)牙通信電路主要由HC-05藍(lán)牙透傳模塊構(gòu)成,HC-05是一款主從一體可以設(shè)置的藍(lán)牙芯片,具有傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)的功能,經(jīng)過測(cè)試在室內(nèi)可達(dá)10m以內(nèi)的通信距離,可以滿足室內(nèi)手機(jī)藍(lán)牙控制空調(diào)的需求。模塊的接口有串口、spi接口、usb接口,本系統(tǒng)開發(fā)中選用了串口與主控電路進(jìn)行通信。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1軟件設(shè)計(jì)及流程圖
本系統(tǒng)著手實(shí)現(xiàn)一種多平臺(tái)的智能空調(diào)使用方式,相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)除為硬件模塊編寫的驅(qū)動(dòng)程序外,還有上層應(yīng)用程序,包括了跨平臺(tái)的云端web應(yīng)用程序和手機(jī)端應(yīng)用程序,GPRS模塊通過定時(shí)讀取web應(yīng)用程序端數(shù)據(jù)庫的最新空調(diào)指令來向主控電路發(fā)送數(shù)據(jù),同時(shí),GPRS模塊還要接收通過移動(dòng)運(yùn)營商發(fā)送的空調(diào)短信指令。藍(lán)牙模塊在與手機(jī)端應(yīng)用程序匹配后,實(shí)時(shí)接收APP發(fā)送的經(jīng)過解碼后的空調(diào)語音控制指令,在送給主控電路進(jìn)行控制。系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示。
3.2web云端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)
web應(yīng)用程序首要的優(yōu)點(diǎn)就是跨平臺(tái),web服務(wù)是一個(gè)soa(面向服務(wù)的編程)的架構(gòu),它是不依賴于語言,不依賴于平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)不同的語言間的相互調(diào)用,通過因特網(wǎng)瀏覽器進(jìn)行基于http協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用間的交互。本系統(tǒng)中web頁面前端使用HTML和JavaScript語言進(jìn)行設(shè)計(jì),HTML是網(wǎng)頁內(nèi)容的載體,內(nèi)容即為空調(diào)控制的相關(guān)按鈕信息,并通過JavaScript為web增添一定的動(dòng)態(tài)效果,如圖6所示??照{(diào)按鈕控制指令通過PHP語言與后臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互,并開放給空調(diào)控制端GPRS無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來訪問數(shù)據(jù)庫。MySQL是一種開放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS),MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用最常用的數(shù)據(jù)庫管理語言—結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理。最后,將設(shè)計(jì)的web應(yīng)用程序部署到新浪云端,方便不同平臺(tái)的終端通過internet瀏覽器訪問。新浪云SAE是一個(gè)免費(fèi)的web服務(wù)器,SAE的web服務(wù)器采用分布式部署的方式,開發(fā)者將代碼部署到SAE前端機(jī)后,會(huì)通過同步的方式,將代碼部署到SAE所有的web服務(wù)器。
3.3智能手機(jī)端APP的設(shè)計(jì)
智能空調(diào)APP旨在實(shí)現(xiàn)與用戶的“直接對(duì)話”,本系統(tǒng)中使用AndroidStudio設(shè)計(jì)了安卓端的空調(diào)語音控制APP,帶有移動(dòng)APP的智能手機(jī)通過藍(lán)牙與主控電路串口上的HC-05藍(lán)牙透傳模塊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,智能手機(jī)APP的主要界面如圖7所示。用戶通過點(diǎn)擊界面中央圓形區(qū)域進(jìn)行語音錄入,通過AndroidIntent類調(diào)用第三方語音服務(wù),其中Intent類的action方法設(shè)置為RecognizerIntent.ACTION_RECOGNIZE_SPEECH,然后調(diào)用一個(gè)帶返回結(jié)果的操作,把識(shí)別后的語音字符與紅外編碼協(xié)議相匹配,最后由主控電路發(fā)射對(duì)應(yīng)的空調(diào)紅外控制信號(hào)。此外,在藍(lán)牙未進(jìn)行成功配對(duì)或者距離超出藍(lán)牙通信范圍時(shí),本APP可將識(shí)別的紅外指令在后臺(tái)通過發(fā)送短消息的方式給主控電路連接的GPRS模塊,從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)的遠(yuǎn)程短信控制。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞植樹作業(yè);智能控制;自動(dòng)化
1研究背景
近年來,我國提出了綠色發(fā)展理念,而植樹造林就是工作重點(diǎn)之一。據(jù)我國2014年的第八次全國森林資源清查結(jié)果顯示,全國森林覆蓋面積為2.08億公頃,森林覆蓋率為21.63%,遠(yuǎn)低于世界31%的平均水平,人均森林面積僅為世界平均水平1/4[1]。因此,要實(shí)現(xiàn)我國森林資源建設(shè)的總體目標(biāo),機(jī)械化植樹造林是必由之路。國外研究機(jī)構(gòu)在植樹設(shè)備的研究領(lǐng)域盡管已達(dá)到了較高的水平,但是所設(shè)計(jì)開發(fā)的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本偏高,且部分功能還需進(jìn)一步完善。國內(nèi)對(duì)這一領(lǐng)域的研究較晚,基本上以打坑機(jī)和挖坑機(jī)為主,功能單一,自動(dòng)化水平較低,如3WH-60型懸掛式挖坑機(jī)、3WS-2.8型手提式挖坑機(jī)[2]。本文基于以上問題,提供了一種基于智能控制的植樹機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路。
2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理
該設(shè)備由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、挖坑機(jī)構(gòu)、送苗機(jī)構(gòu)、培土機(jī)構(gòu)、澆水機(jī)構(gòu)組成。其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由全數(shù)字控制的四輪直流伺服電機(jī)組成,負(fù)責(zé)機(jī)器人在作業(yè)過程中的行走驅(qū)動(dòng);挖坑機(jī)構(gòu)采用螺旋式鉆頭,便于松土和向周圍拋灑;送苗機(jī)構(gòu)采用專用創(chuàng)新設(shè)計(jì),巧妙地運(yùn)用外槽輪間歇運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),完成樹苗的輸送;培土機(jī)構(gòu)連接于送苗筒下部表面處,培土?xí)r培土鋼片呈傾斜狀態(tài),能高效地完成聚攏拍土的動(dòng)作;澆水機(jī)構(gòu)通過控制水閥開啟與關(guān)閉,完成澆水作業(yè)。
2.1智能控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)綜合采用單片機(jī)、PLC控制技術(shù),負(fù)責(zé)對(duì)小車的行走驅(qū)動(dòng)以及挖坑、送苗、培土、澆水等過程的控制。且該部分安裝了藍(lán)牙接收模塊,可以用手機(jī)App實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、作業(yè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整等[3]。
2.2挖坑機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)由螺旋鉆頭、連接桿、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、升降齒條、齒輪(與齒條嚙合)、穩(wěn)定架等組成。螺旋鉆頭和直流電機(jī)通過連接桿螺栓連接,直流電機(jī)與蓄電池連接,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,通過連接桿把機(jī)械能傳遞給螺旋鉆頭。穩(wěn)定架和直流電機(jī)通過螺栓連接,升降齒條和穩(wěn)定架焊接在一塊。PLC控制直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來控制鉆頭的運(yùn)動(dòng),包括控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、停止和正反向運(yùn)動(dòng),從而控制穩(wěn)定架和鉆頭的豎直運(yùn)動(dòng),完成向下挖坑和提升鉆頭。
2.3送苗機(jī)構(gòu)
如圖2所示,機(jī)構(gòu)由直流電動(dòng)機(jī)、外槽輪、盛苗器(底部為空)、鉸鏈、導(dǎo)軌、送苗管、小輪、撥動(dòng)桿等組成。送苗機(jī)構(gòu)由直流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。位于工作臺(tái)上的盛苗器之間鉸鏈連接,小輪裝在盛苗器與導(dǎo)軌的外邊緣之間。在送苗過程中,控制系統(tǒng)控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)外槽輪轉(zhuǎn)動(dòng),外槽輪撥動(dòng)盛苗器上的撥動(dòng)桿使盛苗器向前滑動(dòng)至送苗管的上方,樹苗由于重力便會(huì)緩慢落入送苗管中,最終完成送苗動(dòng)作。
2.4培土機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)主要由培土鋼片、連接桿、套圈、送苗管、氣動(dòng)傳動(dòng)桿、氣缸和氣泵組成。套圈套在送苗管外表面,可以沿送苗管軸向移動(dòng)。培土片與送苗管鉸鏈連接,同時(shí)連接桿鉸鏈連接套圈和培土片。氣動(dòng)傳動(dòng)桿與套圈之間為鉸鏈連接。送苗結(jié)束后,控制系統(tǒng)通過控制氣動(dòng)裝置中的電磁閥來控制氣缸的運(yùn)轉(zhuǎn),帶動(dòng)傳動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng),然后通過鉸鏈控制套圈、傳動(dòng)桿及培土片的運(yùn)動(dòng)。電磁閥可通過控制氣缸的正反向運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)培土片的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而完成培土過程中的反復(fù)拍土,提高培土質(zhì)量。
2.5澆水機(jī)構(gòu)
澆水機(jī)構(gòu)主要由水箱、水管、開關(guān)閥、PLC控制模塊組成。培土過程結(jié)束后,PLC控制開關(guān)閥的關(guān)閉進(jìn)而完成澆水作業(yè)。在這個(gè)工作過程中,控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同種類樹苗所需水量的不同來控制澆水時(shí)間,完成差異化作業(yè)。
3產(chǎn)品的工作過程
產(chǎn)品的工作過程包括前期準(zhǔn)備和工作行程兩部分。前期準(zhǔn)備主要包括盛苗器裝苗和澆水水箱的儲(chǔ)水過程。當(dāng)這兩個(gè)過程完成后,啟動(dòng)機(jī)器人的智能控制模塊,機(jī)器人便開始按照單片機(jī)控制程序沿著既定路線進(jìn)行樹苗的自動(dòng)栽培。工作行程包括挖坑、送苗、培土、澆水4個(gè)部分。首先挖坑機(jī)構(gòu)控制螺旋轉(zhuǎn)頭完成挖坑動(dòng)作及提升鉆頭,這一過程中控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同樹苗的生存條件設(shè)定不同的樹苗栽種間距;然后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制機(jī)器人移動(dòng),使送苗管對(duì)準(zhǔn)挖好的樹坑,接下來控制系統(tǒng)控制機(jī)器人完成送苗、培土、澆水作業(yè)。工作行程中,使用者可以通過手機(jī)App把作業(yè)信息傳輸給機(jī)器人的藍(lán)牙接收模塊,智能控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)接收的信息進(jìn)行處理,最終實(shí)現(xiàn)植樹作業(yè)過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整.
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的一種基于智能控制的植樹機(jī)器人采用全新自主設(shè)計(jì)的送苗和培土機(jī)構(gòu),具有高度的功能集成化和作業(yè)自動(dòng)化的特點(diǎn),且工作過程中可以動(dòng)態(tài)調(diào)整工作參數(shù),可用于代替繁重的人工勞動(dòng)或條件艱苦的工作環(huán)境,具有廣闊的應(yīng)用前景。但該機(jī)器人也存在設(shè)計(jì)不足之處,比如缺少樹苗往盛苗器中自動(dòng)填裝的裝置和水箱(澆水機(jī)構(gòu))的自動(dòng)裝水設(shè)備,這也是今后該機(jī)器人研究改進(jìn)的方向。
參考文獻(xiàn)
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