第一篇：遗传算法的机器人控制系统优化设计作用论文
摘要:遗传算法作为一种建立在自然界生命进化机制基础上的一种搜索优化方法，在机器人控制领域中有着十分重要的应用意义，通过分析遗传算法概念、原理及优点，并不断找出机器人控制领域的应用方法，为未来机器人控制发展指明方向.关键词:遗传算法;机器人;控制系统;设计研究
遗传算法是一种借鉴了自然界中生物自身进化机制与发展机制的随机化搜索算法，其将适者生存这一概念深入应用到算法结构中，整体采用链式结构，并在链式结构之间进行有机的随机信息交换，随着算法的不断运行，优秀的品质得以保留，于此相关的优秀个体，得以进一步的发展。遗传算法在机器人控制领域有着十分重要的应用意义，能够不断优化对机器人的控制方法，使得机器人在智能成长方面产生独特优势。
1遗传算法优点
遗传算法有着诸多优点，与其他算法相比，主要分为以下几个方面。首先，遗传算法在求解过程中操作对象，是由参数编码形成的染色体串，而不是一般算法作用的参数本身，遗传算法不受问题的性质限制，能够直接对对象所联系的染色体串概念进行操作，对于集合、队列、树、图等结构有着更加直观方便的观察，因此，遗传算法可以有着十分广泛的应用。遗传算法在解决问题时，是从空间中的一群点开始进行操作，其可以对空间中一部分区域进行分析总结，并生成群体进化序列，这样能够有效防止在搜索过程中出现局部最优解的情况，能够最大程度的顾全全局。另外遗传算法中的概率转变规则，也使得其在进行空间信息搜索时，能够有效利用概率来指导搜索方向，相比于传统算法搜索来说有着更高的搜索效率。遗传算法在使用过程中有着隐含的并行性特点，其在进行问题搜索解决时，能够运用较少的串来检验较大数量区域的整体特性，这使得遗传算法能够更方便、更简单的使用并行机制来进行高速运算，对于一般的计算机运算芯片来说，有效的提高运算效率。传统算法使用并不存在这一优势，另外遗传算法对于问题依赖性十分小，遗传算法方法主要是使用问题的适应度函数值这一信息来源进行问题答案求解，与其他算法相比，并不需要辅助信息的帮助。如果问题函数值中并不包含所需具体信息，遗传算法也可以在其他方面找到所需的适应度函数值，进而获得问题的进一步求解。整体来说，遗传算法与其他算法相比，更适合进行大规模复杂问题的优化求解。
2遗传算法控制系统优化设计方法
用遗传算法进行问题解决，一般步骤是表示问题、选择巡游参数编码方式、产生群体、计算适应度函数值、选择、复制、交叉、变异、终止。在这一整个过程中，都参考了达尔文进化论中的自然选择生物循环机制，并且将待优化的问题，通过空间映射为生物染色体的方法来使得遗传算法能够随机产生若干代表优化问题候选解的群体，并按照特定的环境深度对各个群体进行评估，最终选择优秀的能够继承适应的个体进行向下传递，实现进化。最终获得特定环境下的问题最优解。通过这方面可以了解到，在进行机器人控制中对于机器人控制的以下几个方面有着很好的优化指导作用。
2.1机器人步态优化
机器人的步态控制是一个有着诸多变量，强耦合、非线性的复杂力学系统，在机器人动态步行设计过程中，如何对其平衡性以及步伐控制进行设计，有着十分繁琐的分析，传统的方法进行步行控制设计，往往需要依赖设计者的主观经验和直觉，新型化的模型也使得其结果并非最优。即使一部分算法满足了步行设计标准，但限制了机器人在不同环境下的步行能力，用遗传算法。在一定约束条件下，诸如限制其步行速度和步幅，进而建立合适的适应度函数，将机器人的走路问题转化为参数搜索问题，融合遗传算法中的隐含并行性，进行非线性的问题解决，最终得到不同约束条件下的最优行走方法。
2.2机器人关节空间运动优化
机器人关节空间自由运动规划是一个有着巨大挑战性的问题，其主要表现在两个方面，一是需要借助通用的方法来处理诸多运动学力学的约束问题，另外它需要使用高效算法在十分复杂且庞大的空间结构中，构建自由轨迹，来保证机器人运动的准确、稳定。虽然在机器人关节运动在控制研究过程中，有学者使用最优控制理论解决一些问题，但自由控制理论并不能解决高度耦合、高度非线性的机器人动力学模型，使得结果虽然是最优解，但并非最适合实际情况。在遗传算法下的，处理大规模运动力学和控制约束问题，能够实现更好的性质，并且庞大的复杂轨迹空间中非线性的检索方法，也能够尽可能的找出最优的运动轨迹，保证轨迹连续、速度连续。
2.3多机器人路径协调
多机器人协同工作是未来机器人控制中的重要方面，机器人路径规划是指在一定工作空间内为机器人，实现不同任务所提供的高效安全的运动路径，在实际应用过程中，每个机器人都需要有特定的准确路径，通常使用原则是提醒人所行走的路径长度最短，消耗能量最少，使用时间最多，以往的算法提出可视图人工势场等等能够在一定程度上解决机器人路径协调问题，但容易使得部分机器人停滞不前，全球上降低了机器人的工作效率。应用遗传算法来调整路径点要通过，事先规划好的工作空间路径点链接图进行建模，在此基础上应用遗传算法调整路径节点，进而一步一步得到较优的行走路径，逐层传递的非线性二进制路线编码机器人在行走时能够逐步的解决路线问题，更好的符合现实中机器人录像协调问题规划需要。
3结语
遗传算法充分考虑自然界生物自身行为进化方式的诸多内容，所以在进行机器人控制时，对于机器人的行为控制也能够将其与自然界生物行为相联系，从某些方面使其更适应实际情况当中的问题解决。遗传算法对于机器人控制设计，只要能够更好的解决多机器人路径，协调机器人自身运动协调等等方面的问题，通过深入分析遗传算法，未来机器人控制还会有着更为长远的应用空间。遗传算法在诸多方面都有着自身所特有的优势，尽管在一些方面其并不适合直接的数学方法分析，但对于逻辑行为的指导有着巨大的带动意义，尤其是在机器人行为控制上，能够推动工业机器人的功能性。
参考文献
[1]丁度坤,谢存禧,张铁,蒋贤海.遗传算法在工业机器人控制中应用研究[J].机械设计与制造,2009(03):13-16.[2]吴婷,张礼兵.基于自适应遗传算法自优化的机器人控制策略[J].自动化与仪器仪表,2015(06):30-32.
第二篇：机器人设计论文
绿化植树机器人设计
摘要：
这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。
关键词：
绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作
设计背景：
地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。
设计思路：
这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。
详细具体设计方案：
一． 整体结构：
1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量仪、摄像头、电脑处理系统。
2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二． 中央处理系统：
机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足的行进系统、机械臂操作等。三． 机械四足行走系统： 1.机械四足的形状：
一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。2.如何实现行进：
参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行
走。
3.如何保持位置稳定：
在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，这样就可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。再次调节四足关节处的角度以及脚盘关节处的角度，让机器人可以平稳的站立。四． 机器人视觉系统：
1.识别原理：
当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别目标地点的摄像头就安装在机身上。
识别的工作原理是根据环境颜色和形状的不同作判断，再通过视频摄像和经过中央处理系统程序计算识别出来的。2.摄像头要求：
由于工作需要，摄像头的视角范围必须足够大。因此摄像头的形状设计为圆球形，好像眼球一样可以转动。
五． 机械臂夹持系统：
当目标已经识别出来之后就应该开始收集工作了。这个机器人的收集垃圾的工作是通过外夹式机械臂来完成的。1.手指类型：结合课堂知识，机械臂的手指类型选择是由被握持物件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同而决定的。由于这个机器人针对的目标是装有植物幼苗的器皿，因此机械手指的设计采用针对圆柱形物件的特殊中空手指，你也可以说没有手指，可以直接将圆柱状的幼苗器皿卡住，种入泥土中。另外内面将采用柔性材料镶衬橡胶来增加摩擦力。
2.驱动装置：采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节。3.除草系统：通过识别系统识别出杂草或者有害植物的时候，还可以通过手臂中的高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。
六． 植物幼苗存放仓：
植物幼苗存放仓将安装在机器人机身上部，以轻型塑料制作，为仓盒状，可以有透明的材料遮挡恶劣的天气环境。仓的下部安装有平衡测试仪器，防止装幼苗的时候由于重心变化而导致机身倾斜。七． 可能遇到的实际问题：
这只是一个机器人的理论设计而已，我也想到了一些实际上可能遇到的问题，比如：具体的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保证安全的攀登上去？机器人是采用电力驱动的，但电池的体积和质量都不能太大，如何可以保证电力的持久供给？
简易设计图：
第三篇：过程控制系统论文
过程控制系统的发展史
“过程控制”是现代工业自动化的一个重要领域.随着各类生产工艺技术的不断改进提高,生产过程的连续化、大型化不断强化，随着对过程内在规律的进一步了解，以及仪表、计算机技术的迅猛发展，生产过程控制技术获得了更大的进展。《过程控制系统》是过程控制自动化及相关专业的一门主要专业课程。过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余年的发展历史，后者是自20世纪70年代发展起来的以计算机为核心的控制系统。从系统结构来看，过程控制已经经历了四个阶段。
1.基地式控制阶段(初级阶段)
20世纪50年代,生产过程自动化主要是凭生产实践经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪器,采用比较笨重的基地式仪表(如自力式温度控制器,就地式液位控制器等),实现生产设备就地分散的局部自动控制。在设备与设备之间或同一设备中的不同控制 系统之间，没有或很少有联系，其功能往往局限于单回路控制。过程控制的目的主要是几种热工参数(如温度，压力，流量及液位)的定值控制，以保证产品的质量和产量的稳定。时至今日,这类控制系统仍没有被淘汰，而且还有了新的发展，但所占的比重大为减小。
2.单元组合仪表自动化阶段
20世纪60年代出现了单元组合仪表组成的控制系统,单元组合仪表有电动和气动两大类。所谓单元组合,就是把自动控制系统仪表按功能分成若干单元，依据实际控制系统结构的需要进行适当的组合，因此单元组合仪表使用方便，灵活。单元组合仪表之间用标准统一的信号联系，气动仪表(QDZ系列)为20~100kPa气压信号，电动仪表为0~10mA直流电流信号(DDZ—Ⅱ系列）和4～20mA直流电流信号（DDZ—Ⅲ系列）。由于电流信号便于远距离传送，因而实现了集中监控与集中操纵控制系统,对提高设备效率和强化生产过程有所促进，使用那个了工业生产设备日益大型化与连续化发展的需要。随着仪表工业的迅速发展,对过程控制对象特性的认识，对仪表及控制系统的设计计算方法等都有了较大的进步。但从设计构思来看，过程控制仍处于各控制系统互不关联或关联甚少的定值控制范畴,只是控制的品质有了较大的提高。单元组合仪表已延续了几十年,目前国内还广泛应用。由单元组合仪表组成的控制系统,其控制策略主要是PID控制和常用的复杂控制系统(如串级、均匀、比值、前馈、分程和选择性控制等）。
3.计算机控制的初级阶段
20世纪70年代出现了计算机控制系统，最初是直接数字控制(DDC)实现集中控制，代替常规的控制仪表。但由于集中控制的固有缺陷,未能普及与推广就被集散控制系统(DCS)所替代。DCS在硬件上将控制回路分散化，数据显示，实时监督等功能集中化，有利于安全平稳的生产。就控制策略而言，DCS仍以简单的PID控制为主,再加上一些复杂的控制算法,并没有充分发挥计算机的功能。
4.综合自动化阶段
20世纪 80年代以后出现了二级优化控制 ,在DCS的基础上实现先进控制和优化控制。在硬件上采用上位机和DCS(或电动单元组合仪表)相结合，构成二级计算机优化控制。随着计算机及网络技术的发展，DCS出现了开放式系统,实现多层次计算机网络构成的管控一体化系统(CIPS)。同时，以现场总线为标准，实现以微处理器为基础的现场仪表与控制系统之间进行全数字化,双向和多站通信的现场总线网络控制系统(FCS)。FCS将对控制系统结构带来革命性变革 ,开辟控制系统的新纪元。
当前自动控制系统发展的主要特点是:生产装置实施先进控制成为发展主流;过程优化受到普遍关注;传统的DCS正在走向国际统一标准的开放式系统;综合自动化系统(CIPS)是发展方向。
综合自动化系统，就是包括生产计划和调度,操作优化,先进控制和基层控制等内容的递阶控制系统，亦称管理控制一体化系统(简称管控一体化系统)。这类自动化系统是靠计算机和及其网络来实现的,因此也称为计算机集成过程系统(CIPS)。这里,“计算机集成”指出了它的组成特征，“过程系统”指明了它的工作对象,正好与计算机集成制造系统(CIMS)相对应,有人也称之为过程工业的CIMS。
可以认为，综合自动化是当代工业自动化的主要潮流。它以整体优化为目标,以计算机为主要技术工具，以生产过程的管理和控制的自动化为主要内容,将各个自动化 “孤岛”综合集成为一个整体的系统。近二十几年来，工业生产规模的迅猛发展，加剧了对人类生存环境的污染，因此,减小工业生产对环境的影响也已纳入了过程控制的目标范围,综上所述,过程控制的主要目标有保障生产过程的安全和平稳,达到预期的产量和质量，尽可能减少原材料和能源消耗,把生产对环境的危害降低到最小程度。由此可见，生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。
以上为过程控制系统的历史，现状以及未来的发展方向。
电专111班
孟阳
120114303113
第四篇：计算机控制系统论文
计算机控制技术的应用
xx（沈阳工业大学 研究生学院，辽宁省 沈阳市110000）
摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展，因此，设计一个性能良好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统包括硬件、软件和控制算法3个方面，一个完整的设计还需要考虑系统的抗干扰性能，使系统能长期有效地运行。本文的主要目的就是在浅析计算机控制技术原理的同时，对计算机控制系统的发展趋势进行描述。关键词：计算机控制技术；原理；应用
中图分类号：TP29
文献标识码：A
文章编号：
The application of computer control technology
xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)
Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application
1.计算机控制系统组成
计算机控制系统的组成计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。而一个完整的计算机控制系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。1.1硬件部分
计算机控制系统的硬件构成将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。1.2 软件部分
软件系统是控制机不可缺少的重要组成部分。只有在适当的软件系统支持下，控制视才能按设计的要求正常地工作。控制机的软件系统包括系统软件和应
用软件两大类。系统软件是用于计算机系统内部的各种资源管理、信息处理相对 外进行联系及提供服务的软件。例如操作系统、监控程序、语言加工系统和诊断 程序等。应用软件是用来使被控对象正常运行的控制程序、控制策略及其相应的 服务程序。例如过程监视程序、过程控制程序和公用服务程序等。应用软件是在 系统软件的支持下编制完成的，它随被控对象的特性和控制要求不同而异。通常 应用软件由用户根据需要自行开发。随着计算机过程控制技术的日趋成熟，应用 软件正向标准化、模块化的方向发展。标准的基本控制模块由制造厂家提供给用 户，用户只需根据控制的要求，经过简单的组态过程即可生成满足具体要求的专 用应用软件，大大方便了用户，缩短了应用软件的开发周期。提高了应用软件的 可靠性。
2.计算机控制系统的特点
（1）结构上：计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部 件的混合系统。
（2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等 多种信号形式。
（3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使 计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析 和设计。
（4）计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的 控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。
（5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控制 计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。
（6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于 实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。
3.计算机控制系统的控制过程
（1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制 规律决定进一步的的控制过程。
（3）实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任 务。
4.计算机控制系统的设计过程
计算机控制系统的设计过程计算机控制体系的软件和硬件的组织构造是根 据它联系的设备不一样，有所改变的，他们的组织结构大致是一样地，可以涉及 到系统设计，控制任务，软件设计等。4.1系统方案设计
我们依据体系设计任务书进行总体方案设计，对体系的软件，硬件它们的构 造再考察它的要求，推算出合适它的的系统，组成一个新的系统。再时间很紧张 的时候可以拿现场的配件组合，再设计费用不到位的时候工作人员可以组织自己 设计的模式，但是要注意化风好软件和硬件的价格及时间，控制体系结构它的概括微型的处理器、存储器、选择好接线口、传感器、硬件的设计与调试的基本内容。4.2控制任务
我们要对超控设备进行调研，研究，了解工作程序是再体系设计1前应该做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任务，涵盖体系的终极目标，数据流量还有准确度，现场的要求，时间的控制，我们要严格按照计划说明操控，实现整个系统操作。4.3软件设计 计算机软件的设计要依据体系规划的总意见，确定体系下所要完成的各种功能及完成这些系统性能的推理和时差序关系，并用合理组成部件表格画出来。他们是根据体系组成表格不同的功能，分别规划出相应的控制体系所需要的软件。例如仿真的量输入和仿真量输出及数据处理还有互联和打字版处理格式等。每一种表格都可以单独进行实验调试，各种表格分别实验调试好以后，再按工作路线图推理和时间顺序关系将他们正确组合、互相连接、实验和调试。
4.4现场安装调试
首先要按设计计划合理组装装，对体系结构进行大体的演练和比较准确的演练，结合演练的结构数据重置体系的置和储存数据进行软硬件的调试，他们的构件组成都可以在演练数据下用对演练数据进行试研的办法同时进行，同时他们要进行统一的实验及推理，仿真物体是这个体系验证的最基本要求，而好的体系的数据调整实试要在现场进行。
5.计算机控制技术在自动化生产线上的应用
工业机器手臂的自动化的冲压生产线运行循环路线可以简单概括为：上下料机构板材冲压。钢板物料的传送、线头板料清洗涂油、钢板板物料料位置校正、第一台压床冲压、下料机器手臂提取物料、压床再次冲压、依设计流程传到下一个工序、机器人收取物料并裁剪、把它输送到下一台压床、下一台机器人接着提取物料、把物料放到输送装置上，工人开始按规定型号堆积板材。用工业机器人的自动化的生产线，会更加符合现再经济发展的需求及技术方面的创新。机器人手自动的化生产线适用于现在大规模的生产的各个行业，也适合已有生产线实现全自动的业再次更新，工程机器人自动的生产线通过改变不同的软件，它可应用于很多车型生产，它的可控制性能很好，工业机器人体系组成包括上下料结构、清洗涂油机体系对各种型号的冲床兼上下料体系、物料输送体系。各个分体系连接间的电气化操控是按照统一操做控制和删减控制的原则，他们再不同附件的操控系统中，他们是应用了机械与构建操控的很有代表性的一个组成，他们每个级别都应用不一样的互联网工程和软硬件控制，以达到不同的设计效果实现自动化。各部分操控体系采用具有现场总线形式的PtC操控方法，他有独立操控和智能操控的特点。为确保控制体系正常运转，我们在车间总的线路全部采用西门子Proflbus总线及di数字化的局域计算机网络的分布式包交换技术体系。每个监督控制结构的PiC之间及PiC与上～个机械间的联系全部采用了现代化的集成板的局域电脑互联网的分布式包交换技术，供监控体系相互联系时应用。冲床机的运动中枢应连接Ethetnet csrd与机器人的操控体系联网，操控体系与工业机器人的联系方式是通过Proflbus．DP的总路线连接的他们实现了信息的互换和连接。连接体系采用了HMI SIEMENS的触摸技术，在每一个可操控的部件上都放置一个显示屏，它应用了Proflbus的数据连接。各个部件都安装了信息指示灯和紧急开关，屏幕可看到系统信息及显示错误出现在那里，与这个设备有联系的的i＼O 信号在HMi上显示，他们以红灯和黄灯区分。系统如果发现哪里有情况，将会鸣笛警报，显示屏上将会出现问题出现在那里，以便维修人员查找。这个体系还有演练数字场景的能力，在磨拟演练中，它的压力和转动速度可能会影响到生产还有可能会发生操作控制与机械运转不同步的可能，体系是通机器人的离线程序控制的机器人的运行路线，来减少生产现场的实验休整周期。机器人冲压设备再生产中使用面很广，他改变了传统的劳动模式，改善了劳动条件及强度，确保了生产的安全，提高生产的进度及产品的合格率，它不但材料的生产流程还减少了浪费，节约了时间，缩小了生产成本，随着生产线的制作、调试设备的周期设计时间不断提前，机器人自动化生产线越来越为汽车主机厂所接受，成为冲压自动化生产线的主流。
6.竖炉球团计算机控制系统
结合球团生产的特点，将竖炉球团T艺分解为四组，即配料烘干组、润磨旁路组、造球组、竖炉组根据现场的实际情况。系统的控制设备主要分布在总控室和现场设备控制站，其中竖炉组控制箱全部放在总控室。按照竖炉自动系统的控制要求和各设备的功能，系统可分为四层，各层设备和功能如下。
第一层为处于系统底层—— 检测元器件与执行机构。该层主要有电动蝶阀、放散阀、各种仪器仪表、变频器以及快切阀等。主要完成生产设备的操作和工艺参数的监测，执行来自PLC的程序指令，并做出相应的操作或显示实时监测数据参数。
第二层为PLC控制层，包括CPU模块，PS模块，DI、DO、AI、AO模块，ET200M模块和各种网络通信接口适配器等 主要完成整个系统PLC站的控制网络集成，负责接收从设备层传送的信息、数据和上位机控制的命令，并将这些命令再反馈到设备层，完成中央信息层与设备层之间的信息、数据、命令传输及交换
第三层为中央信息层，即上位机控制层。监控上位机是j台研华IPC一610H工控机(配有Windowsxp操作系统，并安装STEP75．4西门子编程软件和组态软件)，一台为操作员站，一台为T程师站，另外一台作为操作员站和工程师站的热备；两台彩色喷墨打印机和相关网络通信设备等组成。通过上位机，操作人员可以远程控制现场各设备的运行，完成实时监测参数和现场设备运行状态的控制，历史数据的记录、查看，报警与故障的提示和处理等功能
第四层为网络和其他外部保护设备 工业以太网交换机、不间断电源(UPS)、信号避雷器和隔离器，用于发生断电、雷击或电磁干扰等情况，各种设备仍能安全稳定地运行且信号正确无误传送。
7.总结
计算机控制就是用计算机对一个动态对象或过程进行控制。在计算机控制系统中，用计算机代替自动控制系统中的常规控制设备，对动态系统进行调节和控制，这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。通过大量的阅读关于计算机控制的文章，了解到了计算机控制与我们密切相关，无处不在。也随着社会的发展，人们也越来使用计算机来控制，对与一些企业来说使用计算机控制，虽然技术或者一些仪器需要大量的资金，但是从长远方面来看，它节省了人力物力。从算机控制的技术应用的方面的考虑，我认为计算机控制的技术发展潜力还是很大的，值得我们去学习去研究。总之，随着计算机软件技术的逐渐发展，计算机的操作控制正逐步的进入到生产的各个领域。所以我们要不断创新改革，创作出一个更好的控制体系是非常有意义的。
参考文献
[1]谢国民、付华.电气传动自动化[J].2009年第2期第31卷第40页 [2]马菲.仪器仪表学报[J].2013年第1期
[3]王文成、张金山等.控制工程[J].2011年第2期 [4] 李峰李超等.测控技术[J].2013年32卷1期 [5] 唐星元.仪器仪表学报[J].2012年第1期 [6]杨文光.控制理论及应用[J].2011年第2期 [7]李元春.计算机控制系统
第五篇：基于改进遗传算法的配送路径优化方案
基于改进遗传算法的配送路径优化方案
摘要:为了很好地解决物流车辆的线路优化问题（简称VRP），借鉴DNA算法局部寻优能力强的优点，提出新编码方法，以及车辆的行使路线的新的测序方式，很好地解决遗传算法的早熟、局部寻优能力差的问题。通过测试，发现交替使用遗传算法和DNA算法进行全局寻优和局部寻优可以相对较准确、快速的实现车辆线路的寻优。
关键词:遗传算法；DNA算法；VRP
一、引言
物流被誉为经济活动中的“未开发的黑大陆”、企业的“第三利润源泉”。物流的目标在于以最小的费用满足消费者的最大需求，而运输的费用占整个企业物流的40％左右。在运输过程中，配送是其中一个重要的直接与消费者相连接的环节，物流配送车辆的线路优化问题，更是物流配送优化中的关键环节，正确合理的安排车辆的配送线路，可以有效的减少车辆的空驶率，实现合理线路运输，从而降低运输成本，节约运输时间，提高经济效益，达到物流科学化管理。
二、遗传算法与DNA算法
遗传算法是一种基于自然选择和自然遗传机制的自适应的随机搜索算法，它是一种有效的解决最优化问题的方法。
遗传算法求解工程实际最优化问题的基本步骤是：首先对可行域中的个体进行编码；然后在可行域中随机挑选指定群体大小的一些个体组成作为进化起点的第一代群体，并计算每个个体的目标函数值，即该个体的适应度。利用选择机制从群体中随机挑选个体作为繁殖过程前的个体样本。选择机制保证适应度较高的个体能够保留较多的样本；而适应度较低的个体则保留较少的样本，甚至被淘汰。在繁殖过程中，遗传算法提供了交叉和变异两种算法对挑选后的样本进行交换和基因突变。交叉算法交换随机挑选的两个个体的某些位，变异算子则直接对一个个体中的随机挑选的某一位进行突变。这样通过选择和繁殖就产生了下一代群体。重复上述选择和繁殖过程，直到结束条件得到满足为止。进化过程最后一代中的最优解就是用遗传算法解最优化问题所得到的最终结果。
遗传算法是一种自适应随机搜索方法,具有极强的并行机制，在解决整体的搜索问题时，具有很强的鲁棒性和全局寻优能力。但遗传算法忽视了个体潜力的开发而只重视群体整体性能的提高。也就是说，遗传算法能够以较大的概率找到最优区域而不是最优点。因此遗传算法在应用中也有一些不尽人意的地方，主要表现在算法收敛慢、效率低、容易早熟、局部寻优能力差等。
三、基于DNA算法对VRP的局部寻优
为追求DNA计算局部寻优解的质量，我们在算法中加入基于启发式知识的方向搜索策略。在网络拓扑图中，求解某几个节点的最短回路，不需要对整个网络进行问题求解，可以只提取出与节点紧密相关的节点与弧段构成子网络，在子网络中进行问题求解，降低问题规模，提高算法效率。即基于方向策略的限制搜索区域方法[7]，比如搜索从北京到沈阳的最短路径，完全可以把南京、重庆等节点排除在搜索空间以外。该方法是一种有损局部寻优算法，即排除了概率极小的子网络外最优路径的可能。
在单条路径寻优中，以该点集作最小凸包，并以该凸包区域作适当扩充的缓冲区，落在缓冲区内的节点与弧段构成子网络进行搜索计算。DNA计算模型即构建在该子网络上进行，在保证有效搜索的基础上多余的边(辅助边)尽量少。
我们这里的VRP可描述为：已知n 个代售点之间的相互费用大小(在编码时用DNA片段的长度来表示)，现有一辆配送车必须访遍n个代售点 ,最后又必须返回起始送货点。如何安排车对这些代售点的有向行使路线，可使其行驶路线的总费用最少？以图论术语来说，假设有一个图G =(V,E,W)，其中，V是顶点集，E是边集，W是顶点和边的权值集，设D=(dij)是由顶点i和顶点j之间的距离所组成的距离矩阵，VRP就是求出一条通过所有顶点完成配送任务并且总费用最少的有向路径。
（一）算法思想
依据上述思想，为了便于利用DNA计算，我们设计如下的求解该VRP的基本算法：
步骤1 ：搜索出所有闭合路径。
步骤2 ：找出那些开始于0、结束也是0的固定顶点的闭路经，也就是说，保留那些经过0的固定顶点的闭路经。
步骤3：找出那些经过所有节点至少一次的闭合路径，也就是说，保留0的所有广义Euler闭迹。
步骤4：找出最短的广义Euler闭迹，这就是我们所需的解。
步骤5：确定出配送车路线。
（二）VRP的DNA计算编码以及实施
1、构建VRP的DNA计算编码
先选取节点和弧段的基本寡聚核苷酸片断，通常是根据相应权值的大小先同等放大为正整数，再分别求出节点和弧段的最小公倍数作为基本寡聚核苷酸长度的制定标准。
由于DNA编码片断的数目随着路径条数的增加呈指数增长，如此复杂的编码也将成为DNA计算的技术瓶颈。本文采用基本寡聚核苷酸（K个）连接组合（单独长为4的一条就能形成K4/2种组合，因此所需的寡聚核苷酸的种类大大减少）从很大程度上简化这个过程，尽量减少DNA生物操作而更多地通过合理的编码进行处理，从而大大减少了误差的来源，这也是DNA计算研究的难以解决的问题之一。
2、VRP的DNA计算实施改进
步骤1：将以上各节点和弧段编码好的核苷酸放在不同的试管中加入底物（具有各自相同同位素标记的DNA分子）、适量的引物（固定点所对应的寡聚核苷酸片断的补链）、DNA聚合酶及缓冲液进行PCR扩增，这样在聚合酶的作用下可以使得DNA链成指数增加，各自产生大量的寡聚核苷酸。
步骤2：将第一步中合成的各节点所对应的寡聚核苷酸片断和边所对应的寡聚核苷酸片断混合在一起，加入缓冲液、DNA连接酶使之进行连接反应，这样可以生成所有闭路径，保留这些那些以0点开始和结束DNA链。
步骤３：将第2步的产物进行纯化，然后对于纯化后的产物进行分离。在分离过程中我们首先以表示边权的寡聚核苷酸片断的补链为模板构造探针，然后利用构造的探针对纯化后的产物进行分离。与该探针杂交的DNA链中一定含有该寡聚核苷酸片断，再将之加热变性后保留这些DNA链。这些被保留的DNA链一定包含所有边，也就是说我们找到了所有广义Euler闭迹。
步骤４：对第３步的产物进行琼脂糖浆凝胶电泳，跑在最前面的就是最优的DNA链。
步骤５：将上述步骤的标记产物直接由相关仪器进行读取，从而确定所求VRP的配送路线。
四、总结和展望
VRP是一种NP难题，本文结合遗传算法和DNA算法的各自优势，交替进行全局寻优和局部寻优，从而具有良好的全局性和局部性，在通过对算法本身经过创新改进后对解决VRP等NP难题将有不错的成效。
本文提出采用以基本单位的寡聚核苷酸相连接从而形成不同长度的片断对节点和弧段进行编码，从而避免在融合的过程当中形成发夹结构从而产伪解，而且也减少了生物操作（变性、退火等），使得到所需的DNA寡聚核苷酸源片断变得更加容易。其次，本文提出新的测序方式，即事先就各自进行带标记的核苷酸基片进行PCR复制，从而在检测目标时只需通过强度检验就可以知道寡聚核苷酸片断的连接顺序，映射得到车辆的行使路线，减少了测序操作。
参考文献：
[1] 丁立言,张铎.物流管理[M].北京:清华大学出版社,1999:15-16
[2] 周康,同小军,许进.路径排序问题基于表面的DNA算法[J]华中科技大学学报:自然科学版,2005,33(8),100-103
点击咨询 