基于A(yíng)RM的多傳感器信息融合在工業(yè)控制中的應用
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現代工業(yè)生產(chǎn)以綜合、復雜、大型、連續為特點(diǎn)，采用大量傳感器來(lái)監測和控制生產(chǎn)過(guò)程。多傳感器系統的出現導致信息量劇增，采用信息融合技術(shù)可更有效地利用信息資源。在復雜的工業(yè)控制系統中，控制過(guò)程需同時(shí)涉及多個(gè)信息，特別是各信息間的聯(lián)系，信息的有機組合蘊涵的信息特征以及信息的整體狀況，并需要根據綜合狀況所描述的過(guò)程運行特點(diǎn)進(jìn)行控制。故將嵌入式系統與信息融合技術(shù)相結合，以解決用傳統控制難于解決的問(wèn)題。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/163754.htm
1.1 多傳感器信息融合的概念
多傳感器信息融合是指協(xié)調使用多個(gè)傳感器，把分布在不同位置的多個(gè)傳感器所提供的局部不完整觀(guān)測量及相關(guān)聯(lián)數據庫中的相關(guān)信息加以綜合，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，并加以互補，降低其不確定性，獲得對物體或環(huán)境一致性描述過(guò)程。即對來(lái)自多個(gè)傳感器的數據進(jìn)行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義信息，這是任何單一傳感器所無(wú)法獲得的。
1.2 多傳感器信息融合的方法
常用的信息融合方法有加權平均法、卡爾曼濾波、經(jīng)典推理法、貝葉斯估計、D-S證據決策理論、品質(zhì)因素法、模板法、熵理論、聚類(lèi)分析、模糊推理、產(chǎn)生式規則、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法具有很強的信息處理能力，對復雜的工業(yè)智能監測控制系統及在處理不確定性的信息上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)強有力的工具，因而為信息融合提供了一個(gè)很好的方法。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )用于信息融合的基本思想是：根據當前系統所接受到的樣本相似性，確定分類(lèi)標準。確定的方法主要表現在網(wǎng)絡(luò )權值的分布上，同時(shí)可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )學(xué)習功能來(lái)獲取知識，得到不確定性推理機制。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的自適應諧振理論ART(Adaptive Resonance Theory)的方法。圖1是可處理模擬信息的ART-2的網(wǎng)絡(luò )示意圖。
競爭學(xué)習機制和自穩學(xué)習機制是自適應諧振理論(ART)的基礎。競爭學(xué)習機制只改變與競爭得勝者有關(guān)的各個(gè)權重系數，而其他所有的權重系數皆維持不變。通過(guò)學(xué)習，不同客體的觀(guān)察向量集合都找到了各自相應的獲勝輸出分量，因而根據獲勝者的編號就能自然地對它們進(jìn)行分類(lèi)。
自穩學(xué)習機制由信息反饋通道、比較機制及相應的算法構成，其工作過(guò)程描述如下：1)競爭選擇運算；2)構成反饋信息通道；3)比較相似度；4)調整權重系數。
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2 工業(yè)嵌入式控制系統與信息融合
2.1 工業(yè)控制中的信息融合
在工業(yè)控制中，過(guò)程運行狀況簡(jiǎn)稱(chēng)工況。在簡(jiǎn)單的系統中，某傳感器的輸出可大體反映工況。而在復雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工況無(wú)法用一個(gè)或幾個(gè)過(guò)程變量直接表示，某傳感器的輸出只是描述了工況的一個(gè)側面。采用適當的信息融合方法，將從不同側面描述工況的多個(gè)傳感器信息融合，就有可能獲得對工況的完整描述，能據此進(jìn)行操作和實(shí)時(shí)干預，或系統按工況進(jìn)行自動(dòng)控制。圖2表明了信息融合控制的原理，這個(gè)過(guò)程可分解為以下部分：
1)傳感器信息獲取，包括多傳感器系統、傳感器信息預處理和軟測量、人機接口。該部分包括硬件和有關(guān)軟件，應盡可能地將反映對象運行狀態(tài)和環(huán)境的信息直接或間接檢測出來(lái)，包括對象的狀態(tài)量，被控量以及環(huán)境信息。
2)聚類(lèi)融合控制，由一系列軟件模塊組成，是完成智能監測控制的核心部分。
3)解釋機構，包括硬件和有關(guān)軟件，如圖、文、聲、光、多媒體輸出設備等。對系統當前狀態(tài)和聚類(lèi)融合結果進(jìn)行解釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)人機接口回答用戶(hù)提出的問(wèn)題。在不具有自動(dòng)控制功能的智能監測系統中，例如故障診斷系統、生產(chǎn)操作指導系統等，解釋機構完成了系統的全部輸出功能：顯示生產(chǎn)系統的當前工況、故障診斷結果、隱含故障和險情預報、生產(chǎn)操作的建議和指導等。
4)執行機構，包括有關(guān)的功率放大和執行裝置等硬件，根據聚類(lèi)融合控制運算的結果實(shí)現自動(dòng)反饋控制。
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2.2 系統硬件設計
系統主要由 ARM920T核的處理器SamsungS3C2410，外部RAM、Flash、D／A轉換芯片、LCD和RS232接口組成，S3C2410芯片內部自帶一個(gè)8路10位A／D轉換器，所以不用外擴A／D轉換芯片，系統總體的硬件框圖如圖3。
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