中国石油大学

机电工程学院

《计算机接口与控制技术》

课程总结

《计算机接口与控制技术》课程总结

摘 要：

《计算机接口与控制技术》作为我们机械工程专业的课程之一。本课程主要讲述了计算机模糊控制的相关知识、计算机接口技术的介绍以及计算机接口技术在工程实际当中的应用等课程内容的介绍，概括了模糊控制的数学基础、模糊控制的工作原理与计算机接口技术。计算机系统是以微型计算机为核心，再配以相应的外部设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。它在人们的生活中发挥着巨大的作用。本文概括了计算机模糊控制基础与计算机接口技术、人机界面等内容，并且谈了一些学习体会以及剖析智能控制技术在本专业应用前景。

关键字：计算机模糊控制 计算机接口技术 人机界面

一、引言

本课程主要讲述了计算机模糊控制的基础以及计算机接口技术的应用。在计算机技术高度发展的今天，普遍认为，要开发一个系统，接口技术是重要的。计算机技术的发展使得越来越多的领域都广泛的使用计算机，尤其是实时与自动控制系统的设计应用在当代微机控制领域中成为了主要的技术支撑，而控制系统与计算机之间如何进行数据的交换与传递，计算机机如何对被控制对象进行实时控制，并且要求精度高，且稳定，这就需要设计之间的接口。因此，《计算机接口与控制技术》这门课程就是关于计算机控制系统与微型计算机之间接口技术的问题。

《计算机接口与控制技术》作为我们机电工程学院机械工程专业的必修课程。本课程主要讲了计算机模糊控制的数学基础、模糊控制技术和计算机接口技术的介绍以及计算机接口技术在工程实际当中的应用、人机界面等。 二、课程主要内容

本课程主要分5个部分，内容安排上注重系统性、先进性与实用性。第一部分介绍了计算机模糊控制的数学基础；第二部分介绍了计算机模糊控制技术；第三部分讲述了计算机接口技术；第四部分介绍了人机界面；第五部分在课程中间穿插讨论课；

第一部分 模糊控制的数学基础

概述，普通集合，模糊集合，λ水平截集，模糊关系，语言规则中蕴涵的模糊关系，模糊推理，小结。

模糊集理论是模糊控制的数学基础，是描述模糊性概念的有效的数学工具。模糊集合理论是普通集合理论的拓展，它通过引入隶属函数的概念达到了对模糊概念描述的目的。

本部分详细地介绍了模糊集合、模糊关系的概念及其与普通集合、普通关系

之间的关系、并给出了如何从人类自然语言规则中提取其蕴涵的模糊关系的方法，介绍了如何根据模糊关系进行模糊推理。

第二部分 模糊控制技术

模糊控制的工作原理：模糊控制的基本思想，模糊控制器的基本工作原理；模糊控制器的结构和设计：模糊化接口，规则库，模糊推理，清晰化接口，模糊查询表，模糊控制器的设计内容，模糊控制器的软件实现（Matlab），模糊控制的优缺点；模糊控制的改进方法：模糊控制的改进方法，模糊控制与PID控制的结合（双模控制、串联控制、并联控制），自校正模糊控制（参数自校正模糊控制器、规则自校正模糊控制器），变结构模糊控制。

模糊控制在锅炉燃烧系统中的仿真研究：锅炉燃烧控制是火电厂最重要的过程控制。由于锅炉燃烧过程是典型的多变量复杂系统,对其难以建立精确的数学模型,使得基于数学模型带固定参数的常规PID 控制方案难以获得理想的控制效果,锅炉燃烧控制也因此成为火电厂过程控制中的一大难题。模糊控制的突出特点在于控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型,只需提供现场操作人员的经验知识及操作数据,而且模糊控制器的鲁棒性强,适用于非线性、时变及滞后系统。因此将模糊控制方案引入锅炉燃烧控制应能取得有效的结果。重点从以下几点分析：锅炉燃烧被控对象的动态特性，模糊仿真方案的建立，仿真调试，曲线分析。

蒸汽发动机和锅炉的模糊控制系统：模糊控制器的结构（PE,SE,CPE,CSE,HC,TC）, 模糊语言变量的论域及其隶属函数,控制规则（压力控制规则，速度控制规则），模糊控制的结果：当工作条件在大范围内变动时,实验表明传统的控制系统难以调整，而且由于动力过程的改变，传统的DDC控制方式无法在同一组参数下得到满意的控制特性。与此相反，模糊控制系统由于对过程参数的变化很不敏感，所以它在所有的工作点都能获得很好的控制效果。

本部分将模糊控制应用于锅炉燃烧过程,从仿真结果可以看出模糊控制能够克服常规PID 控制响应速度慢、超调量大的缺点,而且模糊控制器的鲁棒性较强。

第三部分 讨论课

主要讲述了矿用磷酸铁锂电池电源管理控制系统，讲述了磷酸铁锂电池的优缺点以及应用该系统的必要性，并对该系统进行了分析及前景展望。

第四部分 计算机接口技术

（1）硬件接口技术：计算机应用系统的接口模型（单机接口模型；多机接口模型；网络接口模型）；典型接口芯片（可编程并行接口8255；可编程定时器8253；可编程串行接口8250）；常用外设接口设计（ LED接口；键盘接口；打印机接口；光电隔离输入输出接口；A/D及D/A变换器接口；步进电机接口；RS232C串行接口）。

（2）软件接口技术：软件接口的分类（软件构件之间的接口、模块和其他

非人的信息生产者和消费者的接口、人（如用户）和计算机间的接口）；软件接口的规范（对于用户的接口（操作接口）：越简单越好；对于开发者的接口（编程接口）：越复杂越详细越好）；编程接口设计；人机界面设计。

第五部分 人机界面设计

软件接口设计三方面（设计软件构件之间的接口、设计模块和其他非人的信息生产者和消费者的界面、设计人（如用户）和计算机间的界面）；界面的设计原则（分析用户类型、应用程序和界面分离、一致性、尽量减少用户工作、提供反馈、出错处理和帮助功能、增加可视化图形表示）；黄金规则（置用户于控制之下、减少用户的记忆负担、保持界面一致）；用户友好性设计；用户友好性的标志；反馈响应时间(系统延迟)；用户界面设计；用户界面设计过程（用户、任务和环境分析及建模、界面设计、界面构造、界面确认）；用户分析；影响用户行为特性的因素；用户对计算机系统的要求；用户技能方面的使用需求；用户习性方面的使用需求；用户经验、知识方面的使用需求；用户对系统的期望方面的要求；人-机界面的交互方式；控制界面的设计；界面设计开发；定义界面对象和动作；导航方式；数据输入界面设计；数据显示界面设计；HELP系统设计。

三、结束语

这门课程很注重系统性，先进性和实用性，前后呼应，并结合讨论课等形式，使我们能够深入了解计算机模糊控制的原理、结构和特点，以及计算机接口技术的基础以及应用。在此门课程的学习过程中，老师给我们讲解了一个个重要的知识点，并结合讨论课引导我们很快的了解模糊控制原理、接口技术等知识。在48学时的课程学习中，我虽然没有将本门课程学得非常透彻，但对其中重要的内容还是有了大致的了解，并对计算机控制及接口技术的主要知识点有了大致的掌握，我将会在以后的学习中继续学习和探究本门课程，我相信此门课程将会对本专业后期的学习以及在印刷领域的应用产生重大的影响，并会在以后的学习生活或工作中得到更广泛的应用。

四、智能控制技术在机电一体化专业应用前景

智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动

推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。

由于科学技术的不断进步，使得机电一体化系统的控制要求也在不断的提高，这就进一步导致了控制环境、被控制对象、控制目标和任务的日益复杂。于是智能控制应运而生，在机电一体化中显得日渐重要起来。本文主要介绍了在机电一体化这个系统中智能控制以及这项技术的实际应用。

当今社会，科学技术突飞猛进，而作为第三次科技革命重要标志的电子技术也不断地得到发展，其中微电子技术的发展、超大规模的集成电路的发展，使得机电一体化的技术日渐成熟起来，并且得到了广泛的应用，于是这就要求控制效果也要随之进步。智能控制可以说是顺应了这一要求而产生的，它的出现以及发展，为解决许多技术上的问题提供了行之有效的方法。就算是那些复杂的。很难实现，并且不利于设计的对象，智能控制也能为它们提供很好的解决方法。在这一系统中，智能控制越来越受到重视，在机电一体化的方方面面都能体现出智能控制的不可替代和重要性。

1、智能控制与传统控制的差别

(1)智能控制发展了传统的理论，使传统控制成为了它的一部分，成为了它的初级阶段。智能控制想要达到的是系统在全局上的整体优化，并不是简单的追求系统在某些方面的高度自治。智能控制系统的结构是很开放的、是分布式的，同时也十分级的，从而使得它有着很强的处理信息的综合能力。

(2)智能控制综合了许多门学科，不论是“二元论”、“三元论”还是“四元论”，智能控制理论总是把人工智能、运筹学、自动控制理论、信息论的交叉部分作为它的基础。这就不同于传统的控制理论，传统的控制理论有反馈控制理论作为它的核心，有着自己完整的理论体系。

(3)智能控制一般把任务要求很复杂的、具有不确定性的模型、非线性很强

的任务作为它的主要对象。而传统控制只是把线性的、单一的任务最为它的对象。

(4)与传统控制相比，智能控制系统把描述数学模型和识别环境等方面作为设计的重点。而传统控制则是把运动学方程、传递函数、动力学方程等数学模型作为描述系统的方法。

(5)通过对专家的经验的学习，智能控制从中获取所需知识，而传统的控制则是通过不同的定理、定律来获得所需的知识。因为智能控制系统有关于被控对象、人的控制策略和被控环境的相关知识，并且能够很好的运用他们，所以智能控制系统具有模拟人的智能或者是仿人的智能。

2、智能控制如何应用于机电一体化系统之中

2.1智能控制在数控领域的应用

在数控领域，不仅需要智能控制有很高的性能，而且还要具有一定的延伸、模拟和扩展的知识处理功能。比如加工运动推理、决策、规划能力以及网络通信

制造的能力、感知加工环境的能力、智能般控、智能数据库、智能编程等，能够自组织、自适应、自寻优、自学习、自规划、自识别、自整定、自繁殖、自修复等。在进行控制时使用经典控制理论，如果遇到有很多信息模糊，或者是有许多的环节没有力、法建模，那么在这样的时候运用智能控制的思路，就可以实现经典控制根本无法实现的最佳效果。形成智能控制理论的其中一个方法模糊控制就是为了实现优化加工过程的控制。

对于那些在专门的领域中结构不是很明确、没有办法确定它的算法的知识推理的问题，用专家系统就能够很好地解决。它可以把对很多个数控机床的专家经验综合到一起，然后利用一定的推理规矩，根据具体的故障信息，推理出指导性的意见。

2.2智能控制在机器人领域的应用

在动力学方面，机器人往往表现为非线性的、强祸合，并且时变，而多信息和多变量则是在传感器信息和控制参数等反面的表现，而智能控制的应用正需要这些特质。在机器人领域的方方面面，智能控制技术都已经被广泛应用，比如机器人行走过程中能够主动避让障碍物，可以遵照一定的路径和轨道行走，还有手臂可以做出一些规定的动作，就是采用了模糊控制、神经网络控制等技术而实现的。其中神经网络控制有着很强的自主学习能力和非线性的反映、反射能力，已经广泛应用于机器人动力学方面了。

2.3智能控制在交流伺服系统中的应用

作为机电一体化典型产品的重要组成部分，伺服驱动装置对控制质量、系统动态性能和功能有这决定性的影响。交流伺服系统是一种很复杂的系统，它的参数可以随时变动、伴随着负载的扰动，与此同时交流电动机的本身与被控对象具有很强的非线性等诸多不确定的因素，所以想要建立精准的数学模型是很困难的。于是把智能控制应用于交流伺服系统当中，并且结合现代交流伺服将有可能得到较高的性能指标。

2.4智能控制在机械制造中的应用

在制造机电一体化系统的过程中，采用经典机械理论、计算机辅助技术和智能控制相结合的方法，形成了新的机械制造技术。并且这项技术正在朝着智能制造系统的方向发展。而智能制造系统想要利用计算机来模拟人类的专家的智能活动，从而取代或者进一步开发人脑的部分劳动，而想要提高智能制造系统的技术水平，首先要发展智能控制技术。通过运用神经网络学习的这项功能，同时利用它可以并行处理信息的这项能力，进行模式识别的在线操作，就可以对那些信息残缺不全的进行有效的处理。

3．智能控制的研究展望

1．智能控制存在的问题

智能控制以其优越的控制性能逐渐步入了工程界并得到广泛的应用。然而在

智能控制的实现方面，还存在很多问题有待解决。具体表现在：(1)扩宽实际应用范围,提高实时控制能力问题。(2)解决知识获取和优化的瓶颈问题，特别是动态系统的知识获取和分类。(3)对智能控制学习研究的问题。(4)各种智能控制方法结合以及同传统控制方法结合研究问题[8]。(5)数值和符号之间的计算问题。目前，在数值和符号之间的计算尚未有一个成型的规则。(6)智能控制的鲁棒性问题缺乏严格的数学推导。(7)如何研究解耦问题，简化控制算法[25]。 (8)研究新型智能控制硬件和软件问题[26]。目前，智能控制的研究往往缺少较好的软件环境，硬件方面存在的问题更大。

2．智能控制的发展前景

智能控制的研究虽然取得了一些成果，但实质性进展甚微，理论方面尤为突出,应用则主要是解决技术问题，对象具体而单一。子波变换、遗传算法与模糊神经网络的结合,以及混沌理论等，将成为智能控制的发展方向。智能控制发展的核心仍然是以神经网络的强大自学习功能与具有较强知识表达能力的模糊逻辑推理构成的模糊逻辑神经网络。

要做到智能自动化，把机器人的智商提高到智人水平，还需要数十年。微电子学、生命科学、自动化技术突飞猛进，为21世纪实现智能控制和智能自动化创造了很好的条件。对这门新学科今后的发展方向和道路已经取得了一些共识：

(1)研究和模仿人类智能是智能控制的最高目标；(2)智能控制必须靠多学科联合才能取得新的突破；(3)智能的提高,不能全靠子系统的堆积,要做到“整体大于组分之和”,只靠非线性效应是不够的。

为了达到目标，不仅需要技术的进步，更需要科学思想和理论的突破。很多科学家坚持认为，这需要发现新的原理，或者改造已知的物理学基本定理，才能彻底懂得和仿造人类的智能，才能设计出具有高级智能的自动控制系统。科学界要为保障人类和地球的生存和可持续发展做出必须的贡献，而控制论科学家和工程师应当承担主要的使命。

智能控制区别了机电一体化和传统的机械自动化的技术，成为机电一体化技术在21世纪发展的方向。与此同时，智能控制技术自身的发展也在不断变化和前进。在怎么样才能把它和机电一体化技术、传统的控制理论相融合，实现高度智能化等方面，还是需要不断探索和不懈的努力、研究的。

第二篇：微机系统与接口课程总结