智能检测理论与技术09

第九章智能检测系统及应用,IntelligentDetectionTheoryandTechnology,智能检测理论与技术,第八章内容回顾,一、统计学习理论二、支持向量机基本理论三、用于智能检测的支持向量机回归模型四、基于支持向量机的智能检测应用实例,第九章智能检测系统及应用,一、智能检测系统二、虚拟仪器系统三、PAC系统四、智能检测系统的应用,第九章智能检测系统及应用,现有测控系统所存在的不足,现有测控系统体系结构,第九章智能检测系统及应用,现有测控系统所存在的不足目前用于过程实时控制和数据处理系统主要有嵌入式微控制器（EmbededMCU）、可编程逻辑控制器（PLC）、集散控制系统（DCS）等测控系统。目前各种测控系统的功能和结构上大体一致，主要包括信息获取、信息处理和执行机构三个部分。现有测控系统的基本功能为通过各种硬件传感器获取被控对象信息，经过简单的计算处理后，再由嵌入式的处理器给出控制指令到执行机构，实现对被控对象的控制。,第九章智能检测系统及应用,现有测控系统所存在的不足现有的测控系统在得到硬件传感器的相关信息后能够准确地根据控制要求对过程对象实施有效地控制，但是当过程对象比较复杂，且存在难以用硬件传感器测量的关键质量参量时，该系统无法实现对不易在线测量的关键质量参量实施有效的控制和优化。因此，现有各种测控系统所存在的不足，主要体现在系统缺乏能够在线检测不易测量参量的智能检测单元，较难实现不易测量质量参量的在线控制与优化。,第九章智能检测系统及应用,现有测控系统所存在的不足随着软测量建模等为代表的智能检测技术的不断发展，迫切需要测控系统能够方便集成智能检测单元，具有智能性，从而在实际应用中实现对不可在线测量的关键质量参数的在线检测与控制。,第九章智能检测系统及应用,智能检测系统结构,第九章智能检测系统及应用,主要功能特点智能检测解决传统检测理论与技术难以解决的复杂系统的检测问题。学习功能适应功能组织功能多源信息处理检测智能化,第九章智能检测系统及应用,构建形式智能检测解决传统检测理论与技术难以解决的复杂系统的检测问题。软处理形式上：软件算法。回归分析、状态估计、模糊数学、神经网络、支持向量机硬处理形式上：智能处理控制器、智能化。虚拟仪器，可编程自动化控制器PAC,第九章智能检测系统及应用,概念以计算机为核心的硬件平台上，由用户定义仪器的测试功能、具有虚拟面板、其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。,第九章智能检测系统及应用,测试功能,增加硬件,第九章智能检测系统及应用,特征充分利用计算机技术，传统仪器的部分硬件被计算机硬件取代，结合测试软件实现测试。虚拟仪器的面板是虚拟的，由计算机技术实现。虚拟仪器的测量功能由测试驱动软件实现，软件就是仪器。,第九章智能检测系统及应用,传统仪器,数据采集,数据处理与分析,数据显示,数据传输,计算机硬件,虚拟仪器,第九章智能检测系统及应用,VXI总线兵器多参数虚拟仪器测试系统,第九章智能检测系统及应用,可编程自动化控制器（PAC）由于PC和PLC都有其各自的优缺点，近几年，出现了新的可编程自动化控制器（PAC）。PAC结合了PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性，以及PC的处理器、内存和软件的优势。PAC是在PLC的基础上发展起来的，一般都通过了PLC的认证，允许用户建立报告高级控制、工业通讯、数据采集以及信号过程处理的复杂系统。,第九章智能检测系统及应用,可编程自动化控制器（PAC）PAC具有强大适应性，在灵活的开放式架构中同时满足PLC耐用性和工业PC强大运算性能两大方面的要求。PAC为满足客户高运算性能和低成本高效率解决方案的要求而设计，适用于复杂控制器。目前市场已有多家自动化产品生产厂商推出了PAC概念下的产品，如NI公司的PXI、cFP、cRIO平台的PAC，Opto22公司的SNAPPAC系统，研华公司推出的APAX-5520KW型PAC等。,第九章智能检测系统及应用,可编程自动化控制器（PAC）PAC可以直接实现复杂的智能检测和控制算法，而且开发效率高，系统稳定，非常适合智能测控系统的要求。目前由于成本、市场等各方面的原因，将PAC用于智能测控系统方面的应用还不多，随着PAC技术的进一步发展和成本的降低，基于PAC的智能测控系统将被广泛采用，而且具有其他测控平台所无法比拟的优势。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状基于嵌入式微控制器的发酵过程测控系统开发使用灵活，技术比较成熟，成本低等优点，能够满足简单发酵过程参数检测和控制的需求；嵌入式微控制器运算速度低、精度不高；系统开发周期长，抗干扰能力差；智能化程度较低，难以集成用以实现发酵过程难测生物参量在线检测的智能算法和数学模型。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状基于工业控制计算机的发酵过程测控系统小型化、模块化、组合化、标准化的特点和其开放式的结构，软件兼容性好，使发酵过程微机控制系统开发周期短；作为工业现场控制器，它的安全可靠性不高；组建上规模的系统，成本也会随之升高；基于工业控制计算机的虚拟仪器技术非常适合用作发酵过程智能测控系统的研究平台。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状基于可编程逻辑控制器的发酵过程测控系统具有功能丰富、实时性强、工作可靠、抗干扰能力强、可扩展性好等特点，是一种具有广泛使用价值的工业控制装置；多用于发酵工艺比较成熟的发酵过程，其智能化程度不高，编程方法不够灵活；难以根据需要集成复杂的数学模型和算法，缺少发酵过程难测生物参量在线检测功能，无法满足复杂发酵过程的控制需求。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状基于集散控制系统的发酵过程测控系统采用了多级分层的结构形式，不仅可以实现稳定的生产，而且满足了企业管理的要求，在生化工程大规模生产领域得到了广泛的运用；DCS系统开放性差，并且价格昂贵，使其很难在中小规模发酵过程控制和优化中普及应用；缺少发酵过程难测生物参量在线检测功能，一般都是采取离线采样方式分析发酵过程关键状态变量，无法满足发酵过程实时控制和优化的需要。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状基于现场总线控制系统的发酵过程测控系统一种全开放、全分散、全数字、多点通信的先进网络控制系统。现场总线控制系统作为一种新兴的自动化控制技术，在发酵过程控制和优化中得到了应用，但技术规范还不成熟，各个厂家的系统互操作性差、价格高，致使现场总线技术很难在发酵测控系统中得到普及。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状目前所存在的问题现有的发酵测控系统（如MCU、IPC、PLC、DCS、FCS）缺少关键生物参量（如底物浓度、菌体浓度、产物浓度）检测的智能检测单元，生物发酵过程机理复杂，具有高度的非线性、时变性，难以实现这些关键生物参量的在线检测；且这些测控系统结构上均为单元式结构，开放性和可靠性较差，使得先进优化控制算法和策略难以工业化应用，不能满足发酵过程优化控制的需要。,第九章智能检测系统及应用,发酵过程测控系统研究现状研究意义生物发酵是生物工程和现代生物技术及其产业化的基础。随着生物工程技术的迅速发展，发酵工业的生产规模不断扩大，生产过程不断强化，迫切要求对发酵过程进行先进的控制和优化。因此，对于具有智能检测单元的发酵过程智能测控系统关键技术及工程化应用的研究具有重要的理论意义和应用价值。,第九章智能检测系统及应用,发酵智能测控系统发酵过程智能测控系统通过对发酵过程进行分析，对先验知识和可测参量进行处理，建立不易测量生物参量的软测量模型，并构建基于生物参量的软测量模型的智能检测处理单元，实现生物发酵过程不易测量生物参量的在线估计及优化控制。右图为发酵过程智能测控系统的体系结构。,第九章智能检测系统及应用,发酵智能测控系统,第九章智能