自动控制、智能控制、智慧控制是相对AI控制技术的普遍话题。在当今的生产、生活和科学实验中具有重要的作用,这已是公认的事实。
在控制技术中离不开将甲地的信息传送到乙地,以便远程监测(遥测)、视频显示和数据记录(遥信)、状况或数据调节(遥调)和智能控制(遥控),统称为智能控制的四遥工程。
所谓信息,一般可理解为消息或知识,在自然科学中,信息是对这些物理对象的状态或特性的反映。信息是物理现象、过程或系统所固有的。信息本身不是物质,不具有能量,但信息的传输却依靠物质和能量。而信号则是信息的某种表现形式,是传输信息的载体。信号是物理性的,并且随时间而变化,这是信号的本质所在。
一般说来,传输信息的载体被称为信号,信息蕴涵在信号中。例如,在无线电通信中,电磁波信号承载着各种各样的信息。所以信号是有能量的物质,它描述了物理量的变化过程,在数学上,信号可以表示为关于一个或几个独立变量的函数,也可以表示随时间或空间变化的图形。实际的信号中往往包含着多种信息成分,其中有些是我们关心的有用信息,有些是我们不关心的噪声或冗余信息。传感器的作用就是把未知的被测信息转化为可观察的信号,以提取所研究对象的有关信息。
为达到以上目的,必须将原始信息进行必要的处理再转换成信号。诸如信息的获得,将无效信息进行过滤,将有效信息转换成便于传输的信号,或放大为必要的电平信号;或将较低频率的原始信息“调制”到较高频率的信号;或为了满足传输,特别是远距离传输的要求,将原始模拟信息进行数字化处理,使其成为数字信号等。这就是智能控制发送部分的“职责”——信息的收集与调制。
然后,将调制后的信号置于适用的、所选取的传输通道上进行传输,使调制后的信号传输至信宿端——乙地。当然,调制后的信号在传输过程中由于受到传输线路阻抗的作用,使信号衰减;或受到外界信号的干扰而使信号畸变,则需要在经过一段传输距离后,进行必要的信号放大和(或)信号波形整形,即加入所谓的“再生中继器”,对信号进行整理。
在乙地接收到经传输线路传送来的信号后,一般都需要进行必要的“预处理”——信号的放大或(和)波形整形,然后进行调制器的反向操作“解调”,即将高频信号或数字信号还原成原始信息。将原始信息通过扬声器(还原的音频信号)、显示器(还原的图像或视频信号)、打印(还原的计算结果)或进行力学、电磁学、光学、声学等转换,对原始信息控制目的物进行作用,从而达到智能控制的目的。
本套丛书就是对智能控制系统中各个环节的一些关键技术的原理、特性、基本计算公式和方法、基本结构的组成、各个部分参数的选取,以及主要应用场合及其优势和不足等问题进行讨论和分析。
智能控制系统的主要部分在于:原始信息的采集和有效信息的获取——“传感器”,也被称作“人类五官的延伸”;将原始信息转换成传输线路要求的信号形式——“调制器”,也是门类最多、计算较为复杂的部分;传输线路技术——诸如有线通信的“载波通信线路技术”“电力载波通信线路技术”“光纤通信线路技术”,无线通信的“微波通信技术”“可见光通信技术”及近距离、小容量的“微信通信技术”“蓝牙通信技术”等。还包括未来的通信技术——“量子通信技术”等,对其基本原理、基本结构、主要优缺点、适用场合及整体信息智能控制系统做一些基础性、实用性的技术介绍。
对于信息接收端,主要工作在于对调制后的信号进行“解调”,当然包括对接收到调制信号的预处理,并按照信号的最终控制目的,将信号进行逆向转换成需要的信息,使之达到远程监测、视频显示和数据记录、状况或数据调节和智能控制的目的。
本套丛书则沿着“有效信息的取得”“有效信息的调制”“调制信号的传输”“调制信号的解调”以及“智能控制系统的举例应用”这一线索展开,对比较典型的智能控制系统,应用于实践的设计计算及控制的逻辑关系进行举例论述。
本套丛书分为四本,包括《传感技术与智能传感器的应用》《信号的调制与解调技术》《信息的传输与通信技术》和《智能控制技术及其应用》。
本套丛书对于现代智能控制实用技术不能说是“面面俱到”,但基本技术链条比较齐全,涉及面也比较广,但也很可能挂一漏万。书中的主要举例都是作者在近三十多年的实践中,通过学习、设计、实验、制造、使用中得到验证的智能控制范例。可以将本套丛书用于对智能控制基础知识的学习,作为基本智能控制系统设计的参考。本套丛书虽然经历了十多年的知识积累,但仍然觉得时间仓促,加之水平有限,错误与疏漏之处在所难免,恳请读者批评指正。
苏遵惠
2024年5月于深圳