造紙工業(yè)模糊傳感器的定義和應(yīng)用
| 多級(jí)映射的基本功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)值→符號(hào)的變換和符號(hào)→數(shù)值變換。其原理如圖2所示，它的信息傳輸分為兩種情況： 首先是數(shù)值對(duì)符號(hào)的轉(zhuǎn)換，并且是由數(shù)值域Q中的元素qi經(jīng)過映射M的第一級(jí)M1映射到符號(hào)域S的子集Si，如果子集Si描述細(xì)致程度不夠，則可以進(jìn)行第二級(jí)映射M2，映射M2將qi映射到次子集Sij，經(jīng)過若干級(jí)映射可以得到描述qi信息的符號(hào)sy； 其次，則是符號(hào)對(duì)數(shù)值的轉(zhuǎn)換，由經(jīng)過多級(jí)映射得到的符號(hào)sy通過映射M-1得到數(shù)字值qj。 由于自然語言表現(xiàn)概念的局限性，建議多級(jí)映射的級(jí)數(shù)為3級(jí)。例如，對(duì)于0℃～100℃的溫度范圍，每級(jí)采用7個(gè)概念，在映射級(jí)數(shù)為3級(jí)時(shí)，精度達(dá)到0.3℃。對(duì)于不需要人們直接參與的中間測(cè)量結(jié)果情況，多級(jí)映射級(jí)數(shù)可以根據(jù)需要加以確定。映射級(jí)數(shù)的多少另一方面還取決于每一級(jí)中包含概念（元素）的個(gè)數(shù)，每一級(jí)概念個(gè)數(shù)多則需要的映射級(jí)數(shù)就相應(yīng)少。如果多級(jí)映射應(yīng)用于包含數(shù)值輸出在內(nèi)的模糊傳感器研究，則映射級(jí)數(shù)和傳感器變換非線性誤差是相關(guān)的，映射級(jí)數(shù)應(yīng)該通過給定的測(cè)量不確定度加以確定。 四、模糊傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法 1、模糊傳感器的結(jié)構(gòu) 模糊傳感器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖如圖3所示?？梢姡：齻鞲衅髦饕蓚鹘y(tǒng)的數(shù)值測(cè)量單元和數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元組成。其核心部分就是數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元。但在數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元中進(jìn)行的數(shù)值模糊化轉(zhuǎn)換為符號(hào)的工作必須在專家的指導(dǎo)下進(jìn)行。 圖3 模糊傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 2、模糊傳感器的實(shí)現(xiàn)方法 綜上所述，要實(shí)現(xiàn)模糊傳感器就在于尋找測(cè)量數(shù)值與模糊語言之間的變換方法，即數(shù)值的模糊化，來生成相應(yīng)的語言概念。所謂語言概念生成就是要定義一個(gè)模糊語言映射作為數(shù)值域到語言域的模糊關(guān)系，從而將數(shù)值域中的數(shù)值量映射到符號(hào)域上，以實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的功能。這里的語言值用模糊集合來表示，模糊集合則由論域和隸屬函數(shù)構(gòu)成。因此模糊語言映射就是要求取相應(yīng)語言概念所對(duì)應(yīng)數(shù)值域上的模糊隸屬函數(shù)。如何進(jìn)行概念生成是實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的關(guān)鍵。目前有很多方法可以實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的功能。 國(guó)外很多學(xué)者對(duì)模糊傳感器的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行過討論，這里簡(jiǎn)要介紹幾種： Foulloy算法簡(jiǎn)介：模糊傳感器設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是模糊變換算法的設(shè)計(jì)，即參考集的選擇與模糊量化。其過程是首先根據(jù)專家或熟練工人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)獲取相應(yīng)測(cè)量領(lǐng)域的一級(jí)數(shù)值/語言變換策略，然后應(yīng)用模糊推理方法求取相應(yīng)隸屬函數(shù)。Foulloy提出了基于語義關(guān)系的概念生成方法，首先，由論域的意義來定義一個(gè)通用的概念，稱屬概念，使之對(duì)應(yīng)數(shù)值域中論域上的主要區(qū)間，然后在此基礎(chǔ)上定義新概念，以產(chǎn)生其它語義值及其意義，新概念通過語言修正器內(nèi)部自動(dòng)生成。Foulloy還提出了基于已知點(diǎn)集通過內(nèi)插方法實(shí)現(xiàn)的模糊狀態(tài)傳感器，每一學(xué)習(xí)點(diǎn)通過Delaunay三角法在測(cè)量空間的笛卡爾積上構(gòu)造模糊分割，三角法用于建立與過程狀態(tài)相關(guān)的符號(hào)的模糊意義。 Benoit E等人討論了使用符號(hào)信息時(shí)，符號(hào)語義與被測(cè)量信息在特定任務(wù)環(huán)境下的關(guān)系，認(rèn)為模糊傳感器必須根據(jù)測(cè)量關(guān)系來構(gòu)造，并且應(yīng)該可以重組以適應(yīng)不同的測(cè)量關(guān)系。并提出了將基礎(chǔ)概念作為先驗(yàn)信息提供給傳感器，其余概念由運(yùn)算自動(dòng)生成的設(shè)計(jì)思想。這種方法保留了概念之間的相對(duì)語義，但不能保證與測(cè)量關(guān)系符號(hào)說明的一致性，因此必須考慮環(huán)境對(duì)測(cè)量關(guān)系的修正問題，他提出了基于定性學(xué)習(xí)以及通過復(fù)合調(diào)節(jié)說明的函數(shù)方法來進(jìn)行修正。他提出了基于Delaunay多維空間的三角測(cè)量的線性插值來構(gòu)造模糊分割的新方法，用以建立采用多元件測(cè)量的模糊傳感器。 Stipanicer D等人認(rèn)為模糊傳感器是一種智能測(cè)量設(shè)備，由簡(jiǎn)單選擇的傳感器和推理器組成，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為適于人類感知和理解的信號(hào)。由于知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)了豐富的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，它可以通過簡(jiǎn)單、廉價(jià)的傳感器測(cè)量相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)象。 五、模糊傳感器的應(yīng)用 目前，模糊傳感器已被廣泛應(yīng)用，而且已進(jìn)入平常百姓家，如模糊控制洗衣機(jī)中布量檢測(cè)、水位檢測(cè)、水的渾濁度檢測(cè)，電飯煲中的水、飯量檢測(cè)，模糊手機(jī)充電器等。另外，模糊距離傳感器、模糊溫度傳感器、模糊色彩傳感器等也是國(guó)外專家們研制的成果。隨著科技的發(fā)展，科學(xué)分支的相互融合，模糊傳感器也應(yīng)用到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別等體系中。 六、結(jié)束語 模糊傳感器的出現(xiàn)，不僅拓寬了經(jīng)典測(cè)量學(xué)科，而且使測(cè)量科學(xué)向人類的自然語言理解方面邁出了重要的一步。模糊傳感器雖然在色彩、距離等領(lǐng)域有一些成功的應(yīng)用，但只是分散的、個(gè)別的，遠(yuǎn)未形成系統(tǒng)的理論體系和技術(shù)框架，實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的諸多關(guān)鍵技術(shù)尚未完全解決，還需廣大測(cè)量工作者的繼續(xù)探索。 |
