自动编码（精选7篇）
自动编码 篇1
0 引言
在机械制造企业中,生产着成千上万种不同的零件,这些零件在外形结构和制造工艺方面各有不同,但很多零件在若干方面都存在着相似性,有着相同的功能结构和加工工艺等。利用成组技术的基本原理,把相似的零件归入一个零件族,使分散的小生产量汇集成较大的成组生产批量,从而获得更大的经济效益。零件编码分类系统在成组技术的基础下,从CAD里获取设计人员的零件模型信息,经计算机编码分类后送到CAPP的其他子系统进行后续工作。它作为CAPP的重要组成部分,为CAD/CAPP/CAM—体化的实现奠定了基础。
零件编码分类系统是用符号(数字、字母)等对产品零件的有关特征,如功能、几何形状、尺寸、精度、材料以及某些工艺特征等进行描述和标识的一套特定的规则和依据。目前,世界上应用较为广泛的编码系统有德国的OPITZ系统、荷兰的MICLASS系统、日本的KK-3系统和我国的JLBM-1系统[1]。本文将选用JLBM-1编码系统[2],在它的基础上进行修改,使其满足企业里的零件需求,为零件编码;再利用特征位码域法把零件分到指定的零件族里,从而完成零件的编码分类。
1 零件分析
箱体类等非回转体零件复杂,形面参数繁多,包含的信息量大,要完整而简明地描述和输入零件信息较为困难;而轴类等回转体零件则相对简单,计算机辅助编码分类的技术成熟。因此,以箱体类零件的信息分析出发开发一个针对工程机械各类箱体零件自动编码分类系统LW-CCBP,对箱体类零件信息描述有着一定的研究意义。
零件的信息包括几何信息、结构信息、拓扑信息和制造信息等。虽然箱体零件形状复杂,但只要能准确说明零件由哪些与其相关的特征组成,就能根据这些特征对零件进行编码分类。目前,构成零件的特征有五类:形状特征、精度特征、材料热处理特征、管理特征和技术特征。在这些特征类中,形状特征是零件模型中最主要的内容,是其他非几何信息所依附的载体,是区分零件特征之间区别的主要依据。所以,对箱体类零件特征的分类主要是对箱体类零件的形状特征的分类。
箱体类零件无论是何种类型,都可以看成是由主特征和辅助特征构成。主特征是箱体零件的总体几何构造形状特征,而辅助特征依附在主特征或其他特征之上,其形状一般是由面、孔和槽等结构组成。零件形状特征关系如图1所示。
为了确定辅助特征在空间的位置,在描述箱体零件的形状特征时将引入方位面特征[3]。方位面一般情况为6个,可根据零件的复杂程度增加或减少。方位面不参与零件的几何造型,仅仅是为确定其他特征的空间位置而设定。在此,对方位面特征编号规定如表1所示。
各特征依附在方位面上,以方位面作为其间接的联系,则表示箱体零件的形状特征如图2所示。
在一般的零件中,某个形状是一个特征被另一个特征截去一部分或者由至少两个特征汇集而成,这是工程机械上箱体零件常见的情况。下面采用数学形式来描述这些问题。若箱体零件的第i个形状是由几个特征并集而成,则
其中Xi是箱体零件的第i个特征,Xi1是平面特征,Xi2是孔特征,Xi3是槽特征。若箱体零件的第j个形状是由几个特征交集生成,则
上式的Xj1、Xj2和Xj3分别与式1中的Xj1、Xj2和Xj3意思相同。由式(1)、式(2)将箱体零件表示为
式3中的B是箱体零件的基体。根据上面三式,可使箱体零件的任何复杂形状得到表达,同时也为后续编程实现自动编码分类提供理论依据。
2 总体设计
箱体零件编码分类系统LW-CCBP主要由零件编码模块、零件分组模块、零件编辑模块3个模块和零件编码库、零件分组库2个数据库构成,如图3所示。它先从Solidworks软件里调用一个用VB自做的插件,该插件是通过人机交互方式把箱体零件的其它信息填写。然后,将从外界输入的箱体零件图和填入的信息经Solidworks处理后,生成包含零件几何信息和工艺信息的STEP中性文件,输到零件编码模块。该模块与零件编码库里的信息对比编码,完成零件编码后就将零件码送到零件分组模块,由零件分组模块与零件分组库的相互匹配分类到对应的零件族上。最后,零件编码分类系统输出零件码和零件族号。当箱体零件出现新的特征或要对一个特征进行修改时,就通过零件编辑模块对特征进行补充和修改,从而使零件编码分类系统不断得到更新,符合企业的新要求。
以下是对3个模块的说明:
零件编码模块是完成箱体零件编码的功能子模块。它是由主码、辅码及形面工艺码组成。主码、辅码采用JLBM-1编码系统非回转体类零件分类箱体零件码。形面工艺码是编码模块的核心,主要描述各方位面及孔、槽的几何形状、表面粗糙度、精度等信息。在零件编码时,是通过对零件每个方位面上的特征对比,找到相应的码值。当所有方位面上的特征完成编码后,就得到6个特征码子集,根据式3使编码模块生成对应的箱体零件码。
零件分组模块是采用了特征位码域法,从零件编码中选择一些特征性较强、对划分零件族影响较大的特征码位,并在这些特征码位中规定一定的允许变化范围,以此作为零件分组的依据[4]。当零件分组模块接收到箱体零件码后,开始逐一与零件分组库里的组信息对照匹配,找出符合该零件码的一个零件族。
零件编辑模块主要是对存放于零件编码库和零件分组库里的零件编码进行查询、修改、删除、浏览等操作。它是为了使零件编码分类系统不断适应企业的零件要求而建立的应用模块。
3 程序设计
箱体零件编码分类系统LW-CCBP的程序,是采用VB编程语言编写。如图4所示,在CAD软件完成零件信息处理后,以STEP中性文件形式发送到零件编码模块。编码模块先从箱体零件的方位面1上读取附在上面的第一个特征,然后计算机从零件编码库的第一条特征开始扫描。在扫描编码库每条特征的同时,计算机判断是否与零件上的指定特征存在相等关系。当检测到相等时,记录下表达这一特征的特征码,并结束后面的扫描,转到当前方位面的第二个特征读取。如此不停地读取-扫描-编码,直到方位面1上的全部特征都被编码为止。在n=n+1和条件判断语句(是否n>6?)下,转入方位面2上的特征读取,并按照方位面1的特征编码流程循环工作。若在过程中发现新特征(编码库没有记录的特征),则跳出主程序转入零件编码模块,为新特征定义特征码,存入编码库并返回主程序。当编码模块完成了6个方位面上的全部特征编码后,n=7满足条件n>6,计算机结束特征编码,计算合成箱体零件码。
完成箱体零件码后,数据被送到零件分组模块开始零件分组。分组模块先从箱体零件码里取出第一位码的码值,由计算机扫描零件分组库中的特征矩阵,选择出在第一码位上包含有这一码值的一系列零件族并记录下来,同时删去多余的零件族。在“m=m+1”和“是否m>Z?”下进入第二位码的码值查组,但此时要扫描的特征矩阵是第一位码完成分组时记录下来的系列特征矩阵。如此重复上面的工作,把箱体零件码的所有码位全部分组。在条件判断语句的作用下,结束循环继续后面的工作。最后得到符合规则的零件族号,并输出箱体零件的零件码和零件族号。
4 结论
箱体零件编码分类系统LW-CCBP是在我国JLBM-1编码系统的基础上,根据箱体类零件的形状特点,从六个方位面分别对其特征逐一描述。由于CAD软件是现今主流的设计工具,里面的图形蕴含了零件的形状信息、功能信息和工艺信息,因此,LW-CCBP系统从CAD里获取的零件信息,能完整地表达零件本身。
箱体零件编码系统采用模块化设计,主要由三个模块和两个数据库构成。程序采用VB编程语言编写。其编码分类能力,取决于零件编码库和零件分组库的信息含量。由于诸多因素影响,本系统还有许多有待进一步完善之处。
摘要：零件编码分类系统作为CAPP的子系统,能把零件的图形信息和工艺信息转换成计算机易于识别的符号信息,为工艺决策提供了零件描述方法。该编码分类系统LW-CCBP是以工程机械上的箱体零件作为对象,采用了特征技术,在CAD平台上运用VB编程语言开发的零件编码分类软件,具有很好的扩展性和广泛的应用前景。
关键词：箱体零件,特征,成组编码,自动分类
参考文献
[1]蔡汉明,陈清奎.机械CAD/CAM技术[M].机械工业出版社,2005.
[2]许香穗,蔡建国.成组技术[M].机械工业出版社,2000.
[3]何德荣.基于特征的箱体类零件CAD/CAPP集成系统的研究与开发[D].广西大学,2001.
[4]张振明,许建新,等.现代CAPP技术与应用[M].西北工业大学出版社,2003.
自动编码 篇2
关键词：动态纹理分类,慢特征分析,深度学习,堆栈降噪自动编码网络模型
0 引言
动态纹理是指具有空间重复性、并随时间变化的视觉模式，这种模式形成了一系列在时间域上具有某种不变性的图像序列[1]。不同的动态纹理可能具有相似的外观，但是却具有不同的运动形式，所以表观和运动是动态纹理特征的两大方面。在目前的动态视频分析系统中，最关键的步骤是如何提取有效的动态纹理特征描述符。在过去几十年里，对纹理的研究大部分都集中在静态纹理特征的研究，动态纹理的研究相对静态纹理而言起步要晚的多。动态纹理的研究最早始于20世纪90年代初，由Nelson和Polana采用建立线性系统模型的方法对其进行研究[2]，并且将视觉运动划分为三类[3]：行为、运动事件以及动态纹理。随后，Szummer和Picard提出采用时空自回归模型（Spatio-Temporal Auto Regressive,STAR)[4]对动态纹理序列进行建模。基于光流的识别法是目前比较流行的动态纹理识别法，因为其计算效率高，并且以一种很直观的方式来描述图像的局部动态纹理特征，Fazekas和Chetverikov总结出，正则性（Regulated）全局流与普通流（Normal Flow）相比，普通流可以同时包含动态特性和形状特性[5]。基于LBP的动态纹理方法是最近几年才提出的一种有效算法，典型的是Zhao等人提出的两种时空域上的描述子：时空局部二值模式（Volume Local Binary Pattern,VLBP)[6]和三正交面局部二值模式（Local Binary Pattern from Three Orthogonal Planes,LBP-TOP)[7]，有效地结合“运动”和“外观”特征。2007—2008年是动态纹理研究最多的两年，各大期刊杂志连续刊登有关动态纹理的研究文章。
本文试图解决动态自然场景的分类问题（例如：烟火、河流、风暴、海洋、雪花等）。在计算机视觉领域，过去采用较多的是手动提取特征来表示物体运动信息（例如：HOF、基于STIP的HOG算法等），实验表明该类方法对人体行为识别非常有效。但是由于自然环境比较复杂，动态纹理表现不稳定，易受光照、遮挡等影响，而手动选取特征非常费力，需要大量的时间进行调节，所以该类方法并不适用于动态场景分类。Theriault等人提出利用慢特征分析的方法来提取动态视频序列的特征[8]。该方法虽然能有效表示动态纹理特征，但是其提取的特征维数较高。深度学习是机器学习研究中一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，近几年深度学习网络模型在大尺度图像分类问题中成功应用使得其得到越来越多人的重视。卷积神经网络、深度置信网络和堆栈自编码网络是三种典型的深度学习网络模型，而堆栈自编码网络模型不仅对高维数据有很好的表示，而且采用非监督的学习模式对输入数据进行特征提取，这对于传统的手动提取特征。利用堆栈自编码网络模型对慢特征进行进一步学习，不仅能降低数据维度，而且还能提取出数据更有效的特征表示。
1 基于堆栈自编码网络模型的慢特征分析法
1.1 慢特征分析法
文献[9,10]中提到，慢特征分析算法的目标是从不断变化的输入信号中学习不变量，即除了无意义的常值信号外，最具不变性质的信息，其实质也就是从快速变化的信号中提取缓慢变化的信号特征，这种特征是从混合信号中提取出来的源信号的高级表示，表征信号源的某些固有属性[11]。
实验证明，慢特征分析法在人体行为识别中有很好的描述作用，这为动态纹理分类提供了一个很好的选择。慢特征分析算法的核心思想是相关矩阵的特征值分解，其本质是在经过非线性扩展特征空间对目标函数进行优化，寻找最优解的线性组合。
给定一个时域输入信号序列：
目标就是学习一组映射函数：
使得输出信号y(t)=[y1(t),y2(t),⋯,yM(t)]T的各个分量yj=Sj(v(t))的变化尽可能缓慢，而且仍然保留相关的重要信息。选用时域信号一阶导数的均方值来衡量输出信号个分量的变化率：
且满足以下条件：
其中：<y>t是y的时域平均值；yj∙是yj的时域一阶导数。这三个约束条件保证慢特征分析的输出信号的各分量的变化率尽可能小，其中条件1和条件2确保输出没有无意义的常信号值，条件3确保输出各分量之间是非相关的，且不同慢特征承载着不同信息。值得注意的是，函数S(v)是输入信号的瞬时函数，所以输出结果不能看成是通过低通滤波器的结果，慢特征处理速度要比低通滤波器快很多。如图1所示。
输出信号各分量按照变化率从小到大排列，且互不相关，其最优解问题可以看成以下公式的解特征值问题：
求解得到的特征值按从小到大的顺序排列，即λ1λ2⋅⋅⋅λM，输出信号的慢特征和最小特征值息息相关。输入信号v(t)可以是多种模式的图像特征（例如色彩，梯度，SIFT特征，HOG特征）。
这里采用的是v1特征[12-13]，该特征对图像有很好的表示，确保预先学习到的慢特征能达到最优。
1.2 堆栈自动编码模型
自动编码器模型是深度学习网络模型之一，其尽可能复现输入信号，捕捉代表输入信号的主要成分。
如图2所示，对于给定输入信号x，根据式（2）得到输出y，此过程为编码过程：
式中：;W是d′×d维权重矩阵；b是偏移向量。
为了验证输出y是否准确表达原输入信号，利用式（2）对其进行重构，得到重构信号z。此过程为解码/重构过程：
从输入到输出的权值记为θ=(W,b)，从输出到输入的权值记为θ′=(W′,b′)。逐层进行参数θ和θ′的优化，式（5）为其目标函数：
调整参数，使得重构误差达到最小，因此可以得到x的第一层表示。
降噪自动编码器（Denoising Auto Encoder,Dae）是在自动编码器的基础上给训练数据加入噪声，编码器需要学习去除噪声而获得没有被噪声污染的输入信号，因此获得输入信号更加鲁棒的表达。堆栈自动编码模型（Sda）是将多个Dae堆叠起来形成的一种深度网络模型。利用优化后的参数θ得到当前层的输出y（即下一层的输入），将得到的y作为新一层的输入数据，逐层进行降噪自动编码的过程，直到到达多层神经网络中间隐层的最后一层为止，算出该层输出，即为输出特征，如图3所示。
1.3 基于Sda的慢特征分析法
基于Sda的慢特征分析方法利用慢特征分析法预先学习动态视频序列的慢特征，将该特征作为模型输入，进行多层降噪自动编码网络模型参数的学习，最后使用SVM分类器对该模型的输出特征进行分类，具体步骤如图4所示。
2 实验
2.1 实验数据集与评估准则
实验所用数据由10类动态场景构成（包括海滩，电梯，森林烟火，高速公路，闪电，海洋，铁路，河流，云，街道），且每一个类别由30个250×370 pixels大小的彩色视频序列构成。这些视频序列全部来自于加拿大约克大学计算机视觉实验室于2012年发布的YUPENN动态场景数据集[14]，该数据库主要强调的是对象和表层在短时间内场景的实时信息。如图5所示。
将所有彩色视频序列进行尺度缩放，分别放大和缩小1.2倍，1.4倍，1.6倍，并且在每一个尺度上进行旋转，旋转角度分别为2°,4°,6°,-2°,-4°,-6°。所以样本总数为（10×30）×（6×6)=10 800个。实验性能使用混淆矩阵（Confusion Matrix）进行衡量。混淆矩阵是多分类问题中常用的衡量准则，它使得分类结果一目了然并能指出错误预测的影响。分类矩阵通过确定预测值是否与实际值匹配，将模型中的所有事例分为不同的类别。然后会对每个类别中的所有事例进行计数，并在矩阵中显示总计。实验中一共有14个类别的数据集，所以最后会产生一个大小为14×14的混淆矩阵。
2.2 实验结果与分析
实验选用线性SVM分类器，采用Leave-One-Out分析法进行分类。所有视频序列全部转换成灰度视频进行慢特征分析，输出大小为4 032维的慢特征向量作为Sda网络模型的输入数据。
2.2.1 Sda网络模型大小
堆栈降噪自动编码器网络层数以及每一层的大小对输出特征的鲁棒性和SVM分类结果有重要的影响。当网络层数不一样时，模型学习到的特征也就不一样，网络层数过低，学习力度可能不够，特征达不到最佳表示效果，网络层数太高，可能会出现过拟合现象，隐层的大小和最后的分类结果也息息相关，所以选取不同网络层数和隐层大小分别进行实验，如图6所示，选取网络层数分别为1,2,3，隐层大小分别为500,1 000,2 000。由图6可知，当隐层大小为500时的分类得分显然比1 000和2 000时高很多；在隐层大小为500时，随着网络层数不断增加，实验结果不断提升，当网络层数由2层上升到3层时，实验结果已经非常接近（网络层数为2时score=95.9%，网络层数为3时score=96.3%）。可以得知，随着网络层数不断增加，分类的效果逐渐提高，当网络层数为3时，分类结果已非常接近。
2.2.2 噪声
Sdae对每一层的输入加入噪声，编码器自动学习如何去除噪声而获得更加鲁棒的动态纹理特征，因此每一层所加入的噪声的大小对提取的特征有很大的影响。因此，选取不同大小的噪声分别进行实验，如图7所示，选取噪声大小分别为10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%，固定网络层大小为[500,500,500]；由图可知，加入噪声对分类得分的影响呈类似抛物线形状，对每一层输入数据加入25%的噪声时score=0.964为最大值。
2.2.3 混淆矩阵以及实验与现有方法的比较
图8为实验最优参数所计算出的混淆矩阵，由图可知，海滩、电梯、高速公路以及海洋的分类效果达到100%，喷泉（Fountain）的分类效果虽然最差，但也已经达到83%左右，其容易被误分成森林火灾（17%错误分类）。由该混淆矩阵可以得知，实验所用方法能够达到将近96.4%平均得分。表1是本文所用方法与现有几个比较常用的动态纹理特征提取方法的比较，分别有HOF[15],GIST[16],Chaos[17],SFA[8]。由表格可以得知，SFA是几个方法中效果最好的，可以达到76.7%的分类效果，而本文所用方法SFA+Sda比SFA方法提高了将近20%的分类得分，并且在每一个动态场景中分类效果总是优于其他几种方法。
3 结语
自动编码 篇3
1 嵌入式系统简介
随着计算机技术的迅猛发展, 电子产品在人们的生活中已经随处可见, 例如电脑、手机、数码相机、MP3等, 嵌入式系统也随着这些科技一起, 成为了技术的最前沿, 吸引了大批技术人员进行研究与开发。嵌入式系统跟PC系统不一样, 它具有计算机的部分功能但是不属于计算机的设备。嵌入式系统以应用为中心, 适用于不同情况对系统功能、大小、功耗等的不同要求, 其软件和硬件都是可裁剪的。
嵌入式系统的特征:第一, 系统内核小。嵌入式系统一般应用在小型电子设备中, 因此所能使用的系统资源较少, 对内核大小的要求较为严格;第二, 专用性强。嵌入式系统中软件与硬件都集合在主板上, 因此即使两个产品属于同一系列, 内部结构也不会相同。另外, 对于不同的任务, 嵌入式系统也要做出相应改动, 这并不等同于普通PC机软件的修改;第三, 系统较为精简。嵌入式系统中软件很少, 只具备基本功能, 没有系统软件与应用软件的区别, 这样做可以降低成本, 保护系统安全;第四, 嵌入式系统的软件并没有在硬盘中, 而是固化在存储器中, 这样做能保证系统的可靠度与运行速度;第五, 嵌入式系统不具备自身开发能力。
2 计算机自动编码技术和代码分析技术
2.1 计算机自动编码技术
指的是利用已经确定的代码模板, 利用计算机软件生成可编译的源代码。这些代码也可以是重复的或者有规律的。
2.2 代码分析技术
指的是利用计算机程序, 对利用上述方法形成的源代码加以分析, 提取出源代码中的有关信息。由于语法分析这项工作非常复查, 一般情况下人们都是利用Yacc工具辅助完成。
有了上述的两项技术, 计算机就可以代替开发人员完成重复的或类似编码工作, 节省开发人员时间, 减少劳动量, 大大提高了工作效率。主要的应用步骤如下:第一步, 利用代码分析程序将计算机出口、接口的函数定义分析清楚;第二步, 利用自动编码技术将第一步解析出来的信息转变成相应的接口代码。
3 应用场景说明
嵌入式设备在使用过程中也需要人们对其进行维护、管理与诊断以及多台设备之间的交互, 一般是通过网络或在线两种方式进行的。在以往的系统开发中, 开发人员必须为计算机上的每一个数据接口编写相应的代码, 只有这么做才能用外部数据结构代替内部数据接口。但是, 这种方式工作量非常大, 需要开发人员集中十二分注意力, 否则很容易出错, 开发人员不得不为这项工作消耗大量时间。而利用计算机自动编码技术就可以解决上述问题。无论是哪一种开发模式, 一般都要经过以下几个步骤:需求分析;设计、开发、调试、测试软硬件;软硬件系统集成;集成测试;修改。下面就探讨计算机自动编码是怎么在嵌入式系统开发中应用的。
我们将C语言作为嵌入式系统的开发工具, 嵌入式系统的设备管理、诊断借口都能用C语言进行定义。这个定义有两方面内容, 一方面是函数原型, 另一方面是函数中涉及的数据类型定义。生成对外封装函数的代码模板;利用Yacc工具编写出C语言文件解压程序, 提取出函数原型与数据类型, 并以XML方式保存到计算机中;利用计算机编写程序把上述模板转换为实际代码。
嵌入式C语言的特点:C语言是一种结构化程序设计语言, 它兼具其他高级语言的特点, 能够移植到不同的操作系统中。在嵌入式系统开发中, 为了满足低价产品的需求, 一般计算机的存储与计算都很有限, 这就更需要开发人员合理的利用。嵌入式C语言不同于标准C语言, 它的生成代码长度可以被裁剪, 从而加快程序反应速度, 在设计时对代码进行优化。
4 实际举例说明
自动编码技术在嵌入式系统开发中的应用越来越广泛, 本文以路由器管理软件开发为例, 分析一下自动编码技术的具体应用。Web路由器的软件是用C语言编程的, 之后利用Ajax和html实现Web架构的主要界面逻辑。开发人员在开发为了能够利用Ajax调取路由器管理函数, 使用了CGI程序, 也就是Ajax利用。这样做的好处是, CGI程序在接收Web客户端发出调用信息的同时, 还能将Web路由器管理函数调取出来。
Web服务器端程序 (CGI、Fast Cgi程序) 函数调用访问路由器管理软件模块浏览器端程序 (Ajax, js和html等) xmlrpc接口路由器端软件。
而如果采用以往的编码方式, 开发人员就不得不要对Web路由器中的每一个功能函数生成一段代码, 这些代码还要随着接口的变化而不断被修改。C函数的封装代码又很高的相似性, 因此我们就可以利用代码分析技术将重复的代码提取出来, 再利用计算机自动编码方式进行编码。
开发人员可以利用Yacc工具编写出简易的C语言代码得法解析器, 对add函数进行分析后, 得到了如下用xml方式描述的函数定义信息:
利用上述信息就能够生成sample_add函数的实现代码。之后就可以使用计算机进行自动编码, 开发人员就可以不用过多的关注编码了, 只需注意力放在业务逻辑即可。浏览器端程序 (AJAX, js和html等) 路由器管理软件模块xmlrpc接口路由器端软件。
5 应用计算机自动编码的意义
在嵌入式系统开发中使用计算机自动编码技术, 可以省略重复的、相似的编码工作占用的时间, 大大降低了工作人员的工作量, 能够让开发人员集中精力, 提高生产质量与工作效率。所以, 合理运用计算机编码技术在软件开发中的影响是非常大的。
6 结语
综上所述, 计算机自动编码技术在嵌入式系统开发中有明显的优势, 在以后发展中, 开发人员还要不断研究怎样更好的利用系统资源, 对代码进行优化, 不断提高嵌入式系统开发的质量。
参考文献
[1]王志超.面向活动图的代码自动生成技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2010.
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[3]胡希秀.基于ICD的代码自动生成技术研究[D].北京:中国科学院研究生院, 2010.
[4]吴海刚.面向代码自动生成的两种界面设计模式的研究与应用[D].山东:山东大学, 2012.
自动编码 篇4
关键词：编码器,安装调节装置
编码器可调节安装装置, 其特征在于:编码器安装板固定于自动货柜横向支架, 通过一L型张紧调节板进水平位移调节皮带松紧, 中部开一通孔用于编码器与同步皮带轮连接, 一同步皮带轮固定于安装板一侧, 另一同步皮带轮通过安装轴与链轮轴相连, 通过同步皮带使两轮同步转动实现编码器与升降链轮轴的同步连接。通过此方式连接, 可解决原先编码器与链轮轴同轴精度无法保证问题导致的铝合金连接器断裂问题, 此方式连接也便于编码器的拆装。
1技术问题
1) 原先编码器支架固定于地面, 由于货柜底部空间限制, 安装较为不便;
2) 原先设计缺陷, 编码器与升降链轮轴同轴度精度无法保证, 连接轴套安装与编码器与链轮轴之间有微弱斜度, 长时间使用后易发生断裂, 导致升降编码定位不准确。
2技术方案
1) 编码器1固定于安装支架2上, 通过铝合金连接器3与链轮轴4直接连接。因编码器固定支架固定位置设计问题, 编码器轴与链轮轴的同轴精度无法保证, 长时间使用后铝合金连接器易发生断裂, 导致升降定位不准, 发生卡盘。 (见附图1)
2) 通过在升降链轮轴末端安装轴9将同步皮带轮8安装在升降链轮轴末端, 另一同步皮带轮5通过固定支架4固定在安装板2上, 使用连接轴6与编码器3连接, 固定支架4与张紧调节板1配合进行水平调节松紧, 同步皮带7实现两同步皮带轮的同步传递。解决了铝合金连接器断裂问题和编码器运转不畅问题, 保证了编码器的稳定正常运行。 (见附图2)
3) 本设计避免了链轮轴与编码器的直接硬连接, 杜绝了铝合金联轴器的断裂问题, 消除了因同轴度精度问题导致的编码器轴旋转不畅。保证了编码器的安全稳定运行, 延长了其使用寿命, 降低了设备故障率。
自动编码 篇5
1 原因分析
ZPW-2000型自动闭塞设备, 3JG闭塞分区的编码通道是以进站信号机的DJF和LXJF的并联接点连通, 构成正方向编码的独立回路, 用来控制站内接车状态及区间通过信号机的显示及地面机车信号的信息。但通过现场施工分析, 发生进站信号机红灯转移的主要原因有: (1) 进站信号机红灯断丝;区间监督继电器故障。 (2) 站内联锁电源停电, 区间电源已转接, DJF不励磁, LXJF此时处于落下状态。由于3JG闭塞分区正方向编码通道由这二台继电器构成, 当出现上述原因时, 造成通道断路, 而使区间预告通过信号机点红灯, 列车被迫停在区间中, 不能驶入进站外方停车, 存在安全隐患。
2 改进措施
对于原因 (1) , 可以通过加强巡视, 确保信号设备处于良好运行状态, 可以有效抑制故障的发生。原因 (2) 需要通过修改DJF励滋电源, 从而使DJF不论在站内联锁处于停电或信联闭停用时, 都处于吸起状态, 保持3JG编码通道畅通, 才能确保区间自动闭塞设备不受站内施工或维修的影响而能正常工作。
2.1 电路组成
3JG编码通道电路DJF和LXJF的并联接点, 如图1:这里的DJF是进站信号机的DJ复示继电器, 在微机联锁或6502电路中, DJF吸起是由站内的KZ、KF电源提供;探讨的关键也在于此。在联锁电路中, 进站信号机开放是要检查灯丝是否断丝, 如灯丝断丝则进站信号机不开放, 要确保DJF在站内停电的情况下仍要可靠吸起, 是本次电路改进的关键。DJF的作用是检查站内联锁设备正常运行, 进站信号机灯丝完好无损的情况下, 区间自动闭塞设备可靠工作, 防止发生红灯转移现象。LXJF的作用是在进站信号机已经开放的情况下, 进站灯丝突然断丝, 为避免发生红灯前移而设的应急备用通道。
2.2 电路原理
3JG编码通道电路如图2所示, 发送器通过进站信号机的开放与关闭状态, 通过进站组合的继电器接点进行编码, 然后由功放器、发送通道向接收器发码, 接收器收到发送器发来的信息后, 区
间预告通过信号机按照进站信号机发来的信息来显示灯光。
2.2.1 站内电源转换电路原理
目前全路普速铁路中, 要求自动闭塞区段进站信号机要有两路不同信号电源来保证处于良好运用状态, 第一路电源是站内信号电源即XJZ、XJF, 另一路就是区间信号电源QJZ、QJF。在正常情况下, 进站信号机电源是由XJZ、XJF来供电, 而当站内进行信联闭停用等停电作业时, XJZ、XJF电源也同时停电, 这时要维持进站信号机处于点红灯状态, 即确保DJ吸起, 就要通过电源转换电路, 利用区间信号电源QJZ、QJF来供电才能完成, 如图3。
正常情况下, 站内信号电源XJZ、XJF使进站红灯监督继电器HDJ励滋, 通过其第3组、第4组前接点接通进站信号机点灯电路;当站内电源XJZ、XJF停电后, HDJ落下, 进站信号机点灯电路通过其第3、4组后接点接通, 由电路看出, 此时进站信号机是由区间信号电源即QJZ、QJF供电, 从而完成由站内电源向区间电源的转换过程。确保进站信号机在站内停电的情况下, 仍然点红灯, 也就满足进站信号机DJ吸起, 为DJF吸起创造了先决条件。
2.2.2 灯丝复示继电器DJF励滋电路
下面重点讨论DJF励滋电路, 也是本次要讨论的核心。前面已述站内联锁电路中, DJF励滋电路通过DJ的前接点由站内电源KZ、KF提供后吸起, 微机联锁和6502联锁电路图中有显示, 这里不在赘述。而在3JG编码电路的DJF是通过站内的DJF前接点, 由区间控制电源QKZ、QKF来供电, 即这个继电器又属于站内DJF的复示继电器, 虽然此时这个电源是由区间电源屏来提供, 与站内电源没有关系, 但3JG编码通道电路的DJF是否可靠吸起, 则取决于站内DJF是否一直处于励滋状态。由上所述, 站内的DJF在站内电源屏停电时, KZ、KF无电, 虽然进站信号机的DJ在吸 ( (转转下下页页) ) 起状态, 也是不能吸起的, 这就为行车安全留下隐患。
2.3 改进措施
根据以上分析, 问题的关键还是继电器控制电源上, 如何作到在站内停电时, 仍然保持站内DJF处于吸起状态。站内联锁电路DJF如图4。要对此电路加以改进, 使其满足前述的技术要求即可解决问题。
2.3.1 改进设想
在该励滋电路中, 加进去区间控制电源QKZ、QKF后, 如何保证即能在站内停电的情况下, 使其吸起, 又要在区间停电的情况下, 使其吸起。我们知道, 站内联锁电源屏是要求二路动力电源的, 使站内电源屏工作的外电源是通过电源屏内的交流接触器吸起来完成的;而由一路转换为二路的条件也是通过二个独立的交流接触器互切来实现的。当一、二路电源都没电时, 电源屏内的二个交流接触器都处于落下状态, 这时, 站内信号设备处于信联闭停用状态, 进站信号机此时由区间信号电源QJZ、QJF供电, 使其点红灯, 防止进站信号机灭灯而发生红灯前移, 不至于列车停在区间预告信号机前方。
根据这个设想, 利用电源屏的二个交流接触器接点来构成DJF的励滋电路是可行的。
2.3.2 改进措施
在站内DJF励滋电路基础上, DJ第一组中接点增加一组电源屏内二路交流接触器的接点, 该二个交流接触器采用的是互切电路, 即一路在吸起状态, 另一路在落下状态, 二组接点串联一起后接区间控制电源QKZ, 另外将DJF线圈1-4分开, 采用分线圈电路, 1-2线圈接区间控制电源电路, 3-4线圈接站内控制电源电路, 线圈2接QKF。经过这样修改后, 在正常情况下, DJF通过站内控制电源KZ、KF吸起, 因为此时站内电源屏处于正常运行, 其中有一路交流接触器吸起, 一路落下, 断开QKZ电源;而在站内停电的时候, 站内电源屏二路交流接触器均处于落下, DJF通过线圈1-2, 由区间控制电源QKZ、QKF供电而保持励滋。由于各电源屏厂家的内部电路有所差异, 这里不显示交流接触器互切电路, 目前全路要求有二路电源的地区, 站内及区间电源屏均具备转换功能。因此, 可以轻易利用电源屏内的互换电路来实现这一功能。
3 效果
电路经过上述改进之后, 无论发生站内停电或KZ、KF故障的情况下, DJF始终保持吸起状态, 都不会发生进站信号机红灯转移到区间预告信号机上。
4 结论
4.1 对于ZPW-2000型自动闭塞改造工程中, 要加强图纸审核, 深入研究电路的内涵, 不能一味的迷信于传统电路, 要有创新思维。
4.2 在施工调试中, 要全面系统的进行, 不要片面、局部的根据电路特点去试验, 这样有可能造成试验不彻底, 存在安全隐患。
4.3 针对前述电路而言, 一般常规试验, 只是断开进站信号机的点灯电源XJZ、XJF, 试验信号机电源XJZ、XJF是否转接区间信号电源QJZ、QJF, 从而忽略了系统电路的完整性而埋下安全隐患;如果从实战出发, 将站内一、二路电源关断, 就可检验出该电路的缺陷。
自动编码 篇6
在一条完整的自动化生产线中, 一个合格产品的出炉一般要经过原料供给、产品的加工、产品的装配、产品的检测以及产品的分拣打包等过程。分拣过程一般处于生产线的末端环节, 担负着产品的自动分类和打包任务。实际生产过程中, 需要对整个分拣过程进行实时监控, 除了产品的分拣类型、数量外, 分拣的速度也是一个重要监测参数, 通过速度的监测可以更好地了解、分析产品的分拣过程, 为进一步提高生产效率提供有力的数据支持。同时, 实时监测分拣的速度也进一步保证生产的安全和系统运行的稳定。有关文献介绍了电机速度的测量方法[1,2,3,4], 但大多采用单片机进行控制, 对于生产线的实际应用而言, 从系统的稳定性和工作环境来考虑一般仍以PLC控制为主。基于现有设备, 设计自动化生产线产品分拣速度测控系统实现产品分拣速度的测量、监视和控制。
1 系统的硬件设计
产品分拣速度测控系统如图1所示。
1.1 PLC
PLC为系统的控制核心, 型号为西门子S7-200CPU224XP, 工作电压为AC220V, 有14点输入和10点输出, 带有2路模拟量输入和1路模拟量输出。PLC的I0.0-I0.2为内部高速计数器计数输入端, 分别与编码器的B、A、Z三相信号相连接。PLC的Q0.0与变频器的数字量输入端子 (DIN1) 相连接, 用于控制变频器的启动和停止状态。PLC的模拟量输出与变频器模拟量输入端相连接, 实现电机0~50Hz变频调速运行。
1.2 编码器
采用增量式光电旋转编码器, 工作电压为DC24V, 分辨率为500线。编码器与三相减速异步电动机同轴安装在一起, 其作用是将电机的旋转位移量转换为脉冲输出, 工作原理如图2所示。编码器内部的光栅码盘与电机同轴连接, 当电机旋转时, 光栅码盘也同步旋转, 其右侧光接收端将明暗相间的光信号转换为电信号, 再经放大整形电路处理得到A、B、Z三相脉冲信号。
1.3 变频器
采用西门子MM420通用变频器, 用于控制电机的运行速度, 控制信号来自PLC的模拟量输出信号, 控制频率为0~50Hz。
1.4 触摸屏
上位机选用昆仑通态触摸屏, 其型号为TPC7062, 通过触摸屏可以监视和控制测速系统的运行情况。它是一款基于Win CE嵌入式操作系统环境中运行的触摸屏, 采用7”高亮度TFT液晶显示屏 (分辨率800×480) , 四线电阻式触摸屏 (分辨率4096×4096) , 色彩达64K彩色。为了发挥触摸屏的控制和状态显示功能, 通过RS-485总线将其与S7-200 PLC控制站通信, 系统的启动、停止、实时速度显示、历史速度记录等功能均由触摸屏来完成。
2 系统测速方法
在实际工程应用中, 通常采用的测速方法有三种, 即M测速法、T测速法和M/T测速法[5]。
M测速法:给定一个时间T, 测量编码器所产生的脉冲数从而获得被测速度的方法。假设旋转编码器每旋转一周所产生的脉冲数为P, 并且在给定的时间T (s) 内, 测得脉冲数为m, 则被测电机的转速为:
采用这种方法是固定时间不变周期性地计算编码器的脉冲数。在每个周期时间内, 计算脉冲的个数即可知道电机旋转的角度, 除以采样周期所需的时间即可算出被测电机的转速。
T测速法:测量相邻两个脉冲之间的时间间隔来测量被测电机的速度。用一个已知频率为f的高频时钟脉冲向一个计数器发送脉冲数, 此计数器由测速脉冲的两个相邻脉冲控制其起始和终止。若计数器的读数为m, 则电机每分钟的转数为:
M/T测速法:结合M法和T法进行测速。测速的时间是用规定时间间隔T以及之后的第一个测速脉冲去终止时钟脉冲计数器, 并由此计数器值m来确定检测时间, 其时间大小为:Td=T+ΔT。若电机在T (s) 时间内转过X (rad) 角, 那么实际转速为:
Td时间内编码器产生m1个脉冲, 则角位移为:X=2πm1/N。另一方面, 在Td时间内由计数频率f为参考时钟的脉冲来定时, 且计数值m2, 则检测时间T可表示为Td=m2/f。这样被测转速为:
上述三种方法各有优缺点, M测速法和T测速法实现相对容易, 适合于对测速精度要求不太高的场合;而M/T法实现相对复杂, 但可以获得比较高的测速精度。系统采用PLC+编码器方案来进行测速, 选用M测速法比较容易实现, 而且其测速精度完全满足生产线产品分拣的测速要求。
3 系统的软件设计
3.1 测速原理及思路
S7-200 PLC (CPU224XP) 将频率信号通过模拟量输出端子送入MM420变频器, 变频器驱动三相减速异步电机, 其工作频率为0~50Hz。当电机旋转时, 与之同轴安装的旋转编码器光栅码盘也一起同轴旋转, 通过内部的机械结构及信号处理电路输出A、B两相正交信号送入PLC的高速计数器输入端 (I0.0和I0.1) , 在PLC内部通过高速计数器来计算编码器发出脉冲的个数。在PLC内部进行运算处理, 获得速度值, 最后通过RS-485通讯电缆显示在触摸屏上。
由于分拣的速度测量精度不太高, 所以宜采用测M法来测量电机的速度。即在一定时间内测量电机旋转的位移量, 即可计算出电机的速度。由于采用的编码器分辨率为500线, 通过软件设置可以将分辨率扩大4倍, 即电机旋转一周编码器发出2000个脉冲。设电机的转速为n, 以1s为周期测量编码器发出脉冲的个数为N, 则电机的转速为:n=N/2000×60。
3.2 PLC程序设计
系统PLC主程序工作流程如图3所示, 定时器0中断程序如图4所示。
3.3 触摸屏组态设计
系统的组态设计包括实时曲线和历史曲线两个界面, 上电运行后系统自动进入实时曲线界面, 该界面可以操作系统的启动和停止动作, 可以设置分拣的速度 (低速、中速和高速) , 可以实时监视分拣过程电机的运行速度。历史曲线界面主要用于查看并显示分拣过程电机的历史速度及运行状况。
4 试验结果
为了验证系统的运行效果, 分别以15Hz、30Hz、45Hz的频率启动YL-335B生产线的分拣测控系统, 系统启动后延时2s以15Hz、30Hz、45Hz的频率分别运行8s、6s、5s, 然后减速至30Hz运行2s, 再以15Hz频率运行10s, 30Hz频率运行5s, 15H频率10s后停止运行, 完成一次试验。电机的实时运行曲线和历史曲线如图5、图6所示。由实时曲线和历史曲线可知, 理论速度和实际速度基本重合。在系统计数的实际速度历史数据中, 三种运行频率随机抽取5组数据进行误差计算 (见表1) , 速度误差小于2%, 完全满足产品分拣速度的测控要求。
5 结语
采用PLC和编码器设计的产品分拣速度测控系统成功应用于YL-335B自动化生产线, 速度测量误差小于2%, 完全满足实际生产的需要, 系统运行稳定、可靠, 智能化程度高, 可以推广应用于实际生产线速度测控系统。
摘要：采用PLC和编码器设计一种生产线产品分拣速度测控系统。以S7-200PLC为控制器, 以编码器为速度检测元器, 设计速度测控系统的硬件电路。采用M测速法完成PLC程序编写和触摸屏组态设计。
关键词：编码器,速度测量,S7-200 PLC,自动化生产线
参考文献
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[2]张小石, 郝秀平.基于Proteus的直流电机测速系统仿真[J].机械工程与自动化, 2015, (2) :214-215
[3]曾菊容, 李辉.基于AVR和增量式编码器的电机测速装置[J].微特电机, 2015, 43 (3) :30-32
[4]丁卫东, 朱卫民, 基于增量式光电编码器电机测速系统的设计[J].郑州轻工业学院学报 (自然科学版) , 2013, 28 (6) :95-97, 108
刍议信源编码、信道编码 篇7
实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统, 一个通信系统最基本的部分是信源、信道、新宿, 信息在传递的过程中必然会遇到外界或自身的干扰, 怎样把这些干扰去除掉或者减小, 这就需要我们对信号进行处理。在输入端我们对信源进行处理, 即信源编码, 在传输的过程中, 对信道中的信息进行处理, 即信道编码。可靠性和有效性是衡量通信系统的有效的性能指标, 而这两种性能往往是相互矛盾和相互制约的, 因此必须尽量选择合理的信源编解码和信道编解码方法, 以同时满足系统这两方面的要求。下面我们对信源编码和信道编码进行分析。
2 信源编码
信源编码是指将信号源中的多余部分也即冗余部分的信息去除掉, 从而形成一个适合传输的信号的过程, 信源编码主要包括压缩编码和模拟信号的数字化, 其目的是提高系统传输的有效性。
2.1 压缩编码
压缩编码可以用硬件也可以用软件的方法实现, 软件实现方法就是将压缩算法用软件的形式实现, 软件方法成本低, 使用灵活, 可以随时修改, 但处理速度较慢, 不易保证处理的实时性;采用硬件实现就是将压缩算法固化到专门的芯片上, 这种方法处理速度慢, 不易修改调整, 便于实时处理。
2.2 模拟信号数字化
将模拟信号转化成数字信号的方法有多种:脉冲编码调制PCM、增量调制△M、线性预测编码LPC、自适应脉码增量调制编码ADPCM等。这几种方法的主要依据便是抽样定理:抽样、量化、编码。
3 信道编码
信道编码是指为了减小衰落和抑制信道噪声对信号的干扰, 给信号编码增加冗余的纠、检错码, 或者是把信号编码进行重新排列的过程。信道编码主要包括差错控制编码和交织技术, 其目的是保证系统传输的可靠性。
3.1 差错控制编码
在实际信道传输数字信号的过程中, 引起传输差错的根本原因在于信道内存在的噪声以及信道传输特性不理想所造成的码间串扰。为了提高传输系统的可靠性, 就需要采用差错控制编码, 对已经出现的差错进行控制修正。差错控制编码是在信息序列上附加一些监督码元, 利用这些冗余的监督码元, 使原来不规律的或规律性不强的原始数字信号变为有规律的数字信号, 差错控制译码利用这些规律性来鉴别传输过程中发生的错误, 以便纠正错误。
3.2 差错控制编码的分类
按照信道编码的功能, 差错控制编码分为纠错码和检错码;按照信息码元和监督码元的检验关系, 将差错控制编码分为线性码和非线性码;按照信息码元和监督码元的监督关系, 将差错控制编码分为分组码和卷积码等。
3.3 差错控制方式
差错控制方式常用到的有三种:前向纠错FEC、检错重发ARQ、混合纠错HEC。下面将对这三种差错控制方式进行介绍。
3.3.1 前向纠错
采用前向纠错时, 在发射端经过信源编码的信息在进入信道后经信道编码, 使其发出的码字具有一定的检纠错能力, 到达接收端进行译码时, 不仅会发现传输中的错误, 还可以将这些错误进行纠正。纠错能力是通过增加冗余码元来实现的, 因此它降低了系统传输的效率;还有在接收端是对接收的码元进行了检错和纠错, 但纠正的码字是否正确就不好把握了。但是, 这种差错控制方式不用反馈, 其实时性较好, 因此这种方式用在单工信道中, 比如以前我们使用的无线电寻呼系统中。
3.3.2 检错重发
检查重发时, 在发射端经过信源编码的信息在进入信道后经信道编码, 使其具有一定的检错能力, 但无纠错能力, 接收端在收到这些码字后进行译码, 在译码的过程中它发现错误但不能对错误进行纠正, 它会通过反馈信息把这一判断结果反馈给发送端, 发送端收到反馈信息, 就会对刚才发射的信息进行重发, 直至接收端认为接收的码字已经正确。这种差错控制方式不能工作于单工通道, 而且控制系统比较复杂, 不适合大干扰的信道, 因为在大干扰信道, 有可能整个系统处于反馈和重发循环当中, 这就降低了系统的效率, 但这种编码需要的冗余码少, 有一定的自适应能力, 且复杂性比前向纠错要低很多。
3.3.3 混合纠错
混合纠错方式是对前向纠错和检错重发方式的结合, 在这种方式中, 在发射端经过信源编码的信息进入信道中, 经过一系列的信道编码, 这些码字具有一定的检错和纠错能力, 到达接收端译码时, 系统先检查错误, 如果有错误便对错误进行纠正, 如果检查出的错误超出了系统的纠错能力, 系统可以通过反馈信息要求发送端进行重发。这种控制方式实时性和译码复杂性是前线纠错和检错重发的折中。
4 交织技术
差错控制编码只能检查和纠正随机比特的错误或连续有限个比特的错误, 当产生的错误为非随机性或者发生连串的错误时, 就必须在差错控制编码的基础上加上交织技术。
交织技术的基本原理是将已经编码的信号比特按一定规律进行重排, 这样, 即使在传输过程中发生了连串的错误, 经过重排将这些错误分散化, 再利用信道解码的纠错功能纠正错误, 最终恢复出原始信号。
下面我们结合实例, 来分析交织技术:
假设我们要传递这样的一则消息:we will hold a meeting this evening.如果不进行交织技术, 在强干扰信道中发生连串的错误, 到达接收端我们便没有办法对信息进行恢复, 但如果我们将这段包括空格在内的36个字符进行重排, 分成六组, 取出六组中的第一个字符, 共六个字符, 将这六个字符结合在一起形成一个新的组合, 编号为1, 用同样的方法依次取出六组中的第二个、第三个、第四个、第五个、第六个字符, 并编号为2、3、4、5、6, 最后, 我们把新组合按顺序重新排列起来, 进行发送, 这样就把连串的错误分散到不同的分组, 在接收端进行去交织, 便可恢复原始信息。将传输错误率降低。
5 结束语
信源编码主要利用信源的统计特性, 解决信源的相关性, 去掉信源冗余信息, 从而达到压缩信源输出的信息率, 提高系统的有效性;信道编码为了保证通信系统的传输可靠性, 克服信道中的噪声和干扰的, 信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价, 以换取最大程度的可靠性的提高。要想有良好的通信质量必须兼顾有效性和可靠性。
参考文献
[1]池秀清.信源编码与信道编码[J].科技情报开发与经济, 2001 (06) :71-72.
[2]张会生.现代通信系统原理[M].北京:高等教育家出版社, 2009.
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