信捷PLC在键盘剪刀脚整理台控制系统上的应用.pdf

P L C 与D C S PLC an d DCS 自动化 技术与应用 2 01 2年第 31 卷第 1 2期 信捷 P L C在键盘剪刀脚整理台控 制系统上的应用 孙岚 ， 李洪群 苏州工业职业技术学院电子与通信工程系， 江苏 苏州 2 1 5 1 0 4 摘要 探 讨信捷 P L C在键盘剪 刀脚 整理 台控 制系统中脉冲输出驱动步进 电机的应用。针对键盘剪 刀脚整理台要求在水平面上精确 定位倾斜 、 振动 ， 应 用信捷 XC3 1 4 T E 型 P L C及 XC E 2 DA高精度模拟输 出模块来控制 自动整理台实现各种 由触摸屏设定 的各个工序动作。使用键盘剪刀脚自动整理台后， 产品质量更稳定， 生产效率更高。 关键词 P L C； 步进 电机 ； 自动整理 中图分类 号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 2 1 2 0 0 3 9 0 3 Ap p l i c a t i o n o f XI NJ E PL C i n t h e Co n t r o l Sy s t e m o f Ke y b o a r d Sc is s o r F i n i s h i n g S UN La n ， LI Ho n g - q u n De p a r t me n t o f E l e c t r o n i c s a n d Co mmu n i c a t i o n ， S u z h o u I n s t i t u t e o f I n d u s t r i a l T e c h n o l o g y ， S u h o u 2 1 5 1 0 4 Ch i n a Abs t r a c t Th e a p p l i c a t i o n o f XI NJ E P LC i n t h e c o n t r o l s y s t e m o f k e y b o a r d s c i s s o r fin i s h i n g o f p u l s e s o u t p u t t o d r i v e a s t e p p i n g mo t o r i nv e s t i g a t e d i n t h i s p a p e r ． I t r e q u i r e s p r e c i s e p o s i t i o n i n g t i l t e d ， v i b r a t i o n i n t h e h o r i z o n t a l p l a n e ． I t r e a l i z e s v a r i e t y o f wo r k i n g p r o c e d u r e a c t i o n s e t t i n g b y t o u c h s c r e e n ， b y a p p l y i n g XI NJ E XC3 1 4 T - E a n d XC E2 DA h i g h p r i c i s i o n a n l a l o g o u t p u t m o d u l e t o c o n t r o l t h e s y s t e m a u t o ma t i c a l l y． Ke y wo r ds PLC；s t e p p i n g mo t o r ； a u t o ma t i c a l l y o r g a n i z e 1 引言 可编程控制器 P LC 是在 电器控制技术和计算机技 术的基础上开发出来的， 并逐渐发展成为以微处理器为 核心 ， 将 自动化技术、计算机技术 、通信技术融为一体 的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子 系统 ， 专为在 工业环 境下应 用而设计 。它采用 可编程序 的存 储 器 ， 用 来在 其 内部存 储 执 行逻 辑 运 算 、顺 序 控 制、定时、计数和算术运算等操作的指令 ， 并通过数字 式和模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产 过程 【 1 】 。 国产信捷 XC系列 P L C， 在产 品性 能上走在行业 的先沿， 许多指标可与国际品牌相媲美 ， 拥有多项专利 技术和业内首创的核心技术[ 引。产品对用户来说 ， 有较 高的性价比。步进 电机是一种将 电脉冲转化为角位移 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 1 的执行机构 ， 是 自动控制中常用的执行元件[ 引。一般电 动机是连续旋转的 ， 而步进 电机的转动是一步一步进行 的。每输入一个脉冲 电信号 ， 步进 电机就转动一个角 度 。通过改变脉冲频率和数量 ， 即可实现调速和控制转 动的角位移大小 ， 具有较高的定位精度 ， 其最小步距角 可达 0 ． 7 5 。 ， 转 动 、停止 、反 转反应灵敏 、可靠 。在开 环数控系统中得到了广泛的应用。 2 键盘剪刀脚整理台控制系统的实现 键盘剪刀脚整理 台主要用于剪刀脚型键盘 的生产 过程中， 采振动整理的方式， 将剪刀脚嵌入键盘模板中， 以供后道工序使用。一般嵌好一个键盘在两分钟以内， 采用这种方式生产的键盘质量可靠 ， 比传统的采用人工 方式， 嵌入一致性好 ， 速度快 。键盘剪刀脚整理台在工 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第l 2 期 P L C 与D C S PL C a n d DCS 作过程 中要进行多个轮次的不同频率振动 ， 振动平 台要 在水平方向上能保持不同倾斜角。振动电机用变频器 驱动， 平 台的倾斜由步进电机驱动。控制变频器需要一 个模拟量 ， 控制步进 电机需要一路脉冲信号。实际工作 时 ， 要对振动整步骤及振动频率、时间进行设置。故选 用 了 TH7 6 5 一 MT触 摸屏 、支持高速 脉冲输 出的 XC 3 1 4 T - E型 P LC以及选用 XC E 2 DA高精度模拟输出模 块 ， 作为 XC 3 的特殊功能模块。本系统采用信捷 P L C为 控制核心， 步进 电机、交流电机为执行元件的开环控制 系统 ， 实现了键盘剪刀脚整理台的自动控制。 2 ． 1 控制系统的组成 键盘剪刀脚整理 台的控制系统主要 以信捷 x C 3 1 4 T E型 P L C为 自动控制系统的核心 ； 控制系统中选用 的步进电机是 5 7 B YG 0 9 6 0 ． 7 8 N． m ， 3 ． 0 A配套驱动 器选用MZ -2 H5 0 4 A细分型驱动器 ， 其运行步数 细分 数 达到 2 2种， 最大步数 4万。具有单双脉冲方式 ， 自测 试功能 ， 相位记忆功能，自动半电流功能。驱动器 电源 电压 AC 4 0 V。驱动器接 线 图如 图 1 所示 。 图 1 驱动器接线图 2 ． 2 键盘剪刀脚整理台的控制要求 键盘 剪刀脚整理台的控制要求如下 按 下复位按 钮 ， 平台自动复位到水平位置。将剪刀脚模板安装在平 台上 ， 把剪刀脚洒在模板上 。按下启动按钮 ， 模板被夹 紧 ， 开始 自动整理工作 。工作流程为 振动 电机以设定 频率 1 运行 ， 平台逐步向前倾斜至 2 2 度， 平台振动 1 5 秒； 平台由向前倾斜恢复水平 ； 再 由水平 向后倾斜； 再恢复 ； 再倾斜 ； 如此 3 “ 4个回合。平台倾斜过程中， 同时以不同 的频率振动。最后回到水平位置。这时如果所有健位都 有嵌入的剪刀脚 ， 则员工拿出模板， 换上空模板 ， 再按启 动进行下一个模板的整理填充。如还有缺失， 可再一下 补振按钮 ， 再振动整理一回合。在整理过程 中， 按下停 止按钮 ， 平台停止振动和倾斜动作。在控制系统中设有 急停 按钮 ， 无论何 种状 态按 下急停 按钮 后 ， 整个 系统所 有设备停止运行。 表1 P L C的I ／ o分配表 输入 I 输出 0 输入信号 端 口 输出信号 端口 复位按钮 X O 步进脉冲输出 Y 0 水平传感器 x l 步进方向 Y l 前倾斜限位开关 x 2 步进使能 Y 2 后倾斜限位开关 x 3 夹紧电磁阀 Y 3 启动按钮 x 4 红指示灯 Y 4 停止按钮 X 5 绿指示灯 Y 5 急停按钮 x 6 表 1是键盘 剪刀脚 自动整理 台控 制系统设计 中 P L C的输入 ／输出端 口分配表， 其输入信号包括复位按 钮 ， 水平位置 传感 器信号 ， 倾斜前 、后 限位 开关信号 ， 启 动、停止及急停按钮； 输出信号包括驱动步进电机的脉 冲输出信号 、方向控制信号和使能信号 ， 夹紧模板的电 磁阀信号 ， 红、绿工作状态指示灯。 2 ． 3 控制系统的倾斜控制 在 自动控制系统 中用步进电机作为执行元件能做 到较高的控制精度。两相混合式步进电机出厂时给定 的步距 角为 1 ． 8 。 ， 这 个步距 角是 “ 电机 固有 步距 角” ， 它不一 定是 电机实 际工作时 的步距角 ， 真 正的步 距角和 驱动器有关。为了提高电机的运转精度 ， 现在的步进驱 动器都采用细分技术 ， 本系统中的步进驱动器细分数最 大可设为 2 0 0 ， 这时实际步距步为0 ． 0 0 9 。， 即4 0 0 0 0 个脉 冲， 电机才转一周。步进 电机的转速一般在 5 0 0 r ／ mi n比 较合适。而 P L C的脉冲输出频率在 1 0 0 k Hz以下比较合 适。因此 ， 选择细分数为 5 0， PLC的脉冲输出频率选 8 0 kHz ， 计算可得出电机转速为 4 8 0 转 ／分。平台的最 大倾斜速度设计为 1 0 。／ S ， 这样需要 2 8 8 倍的减速才能 满足要求。选用 5 0倍减速， 将脉冲频率降低为 1 3 k Hz ， 即能满足设计要求。实际工作中平台的倾斜速度 2． 5 自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第1 2 期 模 式 识 别 与 仿 真 Pa t t e r n Re c oo nit i o n an d S{ mulat i on 基于粗糙集的人机界面设计知识信息约简 尹其其 ， 薛庆 ， 张刊 I 北京理工大学机械与车辆学院， 北京 海淀1 0 0 0 8 1 摘 要 随着各种高科技在战场中的应用， 战场环境越来越复杂。武器显控界面的优劣直接关系到武器是否易用 ， 进而影响战争的成 败。 在武器显控界面的设计中， 本文采用粗糙集的方法对显控界面设计知识进行推理和简化 ， 得到形式简洁和易于使用的界面 设计知识决策表 ， 进 而设计简洁友好 的 自适应人机交互界面 ， 提高作 战效率 。 关键词 武器显控界面； 粗糙集； 情境 ； 决策表 中图分类号 T P 3 9 1 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 l 2 0 l 2 l 2 0 0 4 2 0 7 De s i g n Kn o wl e d g e Re d u c t i o n Ap p r o a c h Ba s e d o n Ro u g h S e t s o f HCI YI N Qi q i ， XUE Qi n g ， Z HANG Ka n I n s t i t u t e o f I n d u s t ri a l E n g i n e e r i n g ， B e ij i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 C h i n a Abs t r a c t Wi t h t h e a p p l i c a t i o n o f h i g h t e c h i n t h e b a t t l e fie l d ， t h e b a t t l e fie l d e n v i r o n me n t b e c o me s mo r e c o mp l i c a t e d． W h e t h e r t h e we a p o n i s e a s y t o u s e d e p e n d e d o n we a p o n d i s p l a y i n t e r f a c e ， a n d i n flu e n c e t h e s u c c e s s o r f a i l u r e o f t h e wa r ． To d e s i g n we a p o n d i s p l a y i n t e r f a c e a n d i mp r o v e t h e u s a b i l i t y o f i n t e r a c t i v e s y s t e m，a n a p p r o a c h t o a d a p t r e a s o n i n g b a s e d o n r o u g h s e t i s p r o p os e d ． Co n d i t i o n a t t r i b u t i o n s o f d e c i s i o n t a b l e s ’i n t h e k n o wl e d g e s y s t e m s c o u l d b e r e d u c e d， a n d i t s i mp l i fie d t h e a d a p t i o n i n f e r e n c e r u l e s a n d r e l a t e d h u m a n c o m p u t e r i n t e r f a c e d e s i g n k n o wl e d g e ， i t c o u l d b e a p p l i e d i n t o t h e d e s i g n p r a c t i c e s e a s i l y a n d c o n c i s e f r i e n d l y a d a p t i v e h u ma n c o mp u t e r i n t e r f a c e c o u l d be d e s i g n e d t o i mp r o v e t h e e f fic i e n c y o f o p e r a t i o n s ． Ke y wo r ds we a p o n d i s p l a y i n t e r f a c e ； r o u g h s e t ； c o n t e x t ； d e c i s i o n t a b l e 1 引言 现代战争作战对象多元 、战场环境复杂 ， 多传感器 的应用使得武器显控系统接收和处理的信息数量和种 类越来越多。为了提高作战效率 ， 避免作战过程中由于 误操作引起的失误和过失 ， 设计简洁友好的人机交互界 面显得 尤为 重要 。但在进 行武器 显控界面 的设计 时 ， 武 器情境信息复杂多变 ， 并且情境信息具有不完备性和不 可分辨性。本文所说的情景是指决定或影响武器显控 计算与用户人机交互过程状态和对话方式的各种信息 资源 ， 可来 自用户、设备与系， 以及外部环境等实体。如 果对所有的情境知识和界面模式建立一一对应关系 ， 最 收稿 日期 2 0l 2 0 6 一 l 1 终形成的推理知识无疑是一个非常复杂、信息量庞大 的体 系 ， 这在设 计实 践 中缺乏 可操作 性 。 为此 ， 本文提 出了基于粗糙集方法的武器显控界面 设计知识推理与简化。 2 粗糙集的基本概 念 粗糙集 Ro u g h S e t s 理论是波兰学者P a wl a k 于1 9 8 2 年提出的一种描述不确定对象的数学工具⋯， 它的主要 优势在于 ， 无需提供任何先验知识和额外信息就能发现 数据内部的关联与特征， 提取其中隐含的规则l 2 ] 。 所谓粗糙集就是 ， 给定一个论域 U和 U上的一个等 价 关系 R， VA c U ， A 的上 下近似集 分别为 模 式 识 别 与 仿 真 Pa t t e F D Rec o an i t i on a nd Si m u l a t i on R A -- { x [d R n A ≠ A { I[ 】 A 如果 R A 1 A ， 则称集合 A是论域 U上关于 等价关系 R的粗糙集_ 3 】 。 粗 糙集 理论 是知识 发现 的一种工 具 ， 在处理 不确 定 性 问题上 具有 很多优 点 ①与依靠 领域 专家确定 隶属度 函数来处理问题的模糊集相比， 粗糙集不依赖于任何预 备 的或额外的领域先验知识 ， 可以直接对数据进行处 理 ， 具有较强的客观性 ； ②粗糙集理论提供了一套严格的 数学方法对样本进行分类 ， 进而消除冗余的属性 ； ③粗糙 集 理 论分 析 隐藏 在数 据 中 的事实 时 不会 校正 数据 的不 确 定性 ， 但可 以产生 简洁准确 、易 于验证 的确定 的或可 能的规则知识 ； ④基于粗糙集理论的算法容易在并行计 算机上运行， 适合大规模数据库知识发现的需要I 。 3 设计知识表达 系统 通过 知识 表达 系统进行 知识 获取 ， 从大量 的原 始数 据信 息 中分 析发 现有用 的规 律信 息 ， 将知识 从一种 原来 的表达形式 原始数据表达形式 转换为一种新的目标表 达 形式 人 类 或者计 算机便于 处理 的形 式 ， 如逻辑 形 式 等。基于粗糙集理论的知识发现 ， 主要是借助于信息表 这样一种有效的知识表达方式。信息表知识表达系统 的基本成分是研究样本的集合 ， 关于这些样本的知识是 自动化技术与应 用 2 0 l 2年第 3 1卷第 1 2期 通过指定样本的属性 特征 和它们的属性值 特征值 来 描述 的 。 通过观测实际作战情境与武器界面的使用情况得到 一 个记录表格 ， 可视其为一个知识表达系统 Kn o wl e d g e Re p r e s e n t a t i o n S y s t e m， 简称KR S 或信息系统属性值表。 在 K RS的数 据表 中， 行表示研 究对象 ； 列表示 属性 ， 表 中 的数据就是研究对象的状态。一个表可 以看作是属性 定义的一簇等价关系 ， 构成一个表达系统的知识库 ， 通 常 这种 表格 被 称为 决策 表 。 根据某应用单位提供的部分数据， 在对界面设计知 识进 行表 达 时 ， 可 构造 决策表 如表 1所示 表 1 中论域 U { ， ， ⋯ ， 表示 1 7 条情 境与界面 模式记录 ， 条件属性集 C{ Co n ， C o n 一， Co n }表 示 脚个不同的武器设备情境 ， 如 Co n 可表示 目标距离 ； C o ， 可 表 示目 标 速 度 。 决 策 属 性 集 合 D { ， ， ， ⋯ ， ， ， }表示 t个不同的人机界面特征 信息 ， 如 U I 1 可表 示视 图大小 ， U I ， 可表 示交互 风格等 。 3 ． 1 决策表预处理 为 了从决策 表 中获 取有价 值 的知 识 ， 必须对 原始数 据记录进行一定的预处理 ， 常见的预处理主要包括不完 整数据的完整化和属性值的离散归一化两个方面I 引。 3 ． 1 ． 1 不完整数据的完整化 对 于 战场环境 而言 ， 情境 数据 的不完整 是经常 遇到 的， 如 由于传感器故障造成 目标信息部分丢失 ， 这些都 表 1 基于情境的武器界面设计决策表 表 2 包含不完整信息的决策表实例 自 动化 技 术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第1 2 期 模 式 识 别 与 仿 真 Pa t t e r n Re c oQ nit i o n an d Si mu l a t i on 会导致大量不完整情境信息的出现。因此， 在构造决策 表之前 ， 对情境数据进行完整化处理是非常必要的。对 于包含不完整信息的知识表达系统 ， 以表 2为例 ， 可采 用 下述 方 法完 整化 信息 表 中的不完 整数据 。 表 2是 一个不 完整 的决 策表 ， 记录 了从 传感器 获得 的情境数据 C o n， ，C o n ， 以及相应的界面决策属性 D。 ◇删除法 简单的将属性值有缺失的行记录删除 ， 从而得到一 个完整 的决策表 ， 如将表 2中关于对象 的这行记录删 除。显然， 这种方法简单易行 ， 一般在不完整信息的对 象数量远远小于完整信息数据数量时采用。否则， 不可 以采用 这种 方法 。 ◇补偿法 对于包含不完整信息的知识表达系统 ， 可按以下途 径 补 齐 1 根据实际情况需要 ， 将不完整的属性值作为一 种特殊的取值 ； 2 利用统计原理， 按照缺失属性在其余 对象记录 中的取值分布 ， 对缺失的属性值进行估值补 充。如缺失属性是数值化的， 则将该属性在其他对象记 录中的算术平均值作为补充值 ； 若缺失属性是非数值化 的 ， 则将 该属 性在 其他对象 记录 中取值频 次最高 的值作 为补充值。表 2中对象 4在 C o n ， 属性这一列缺失的值 就可用其他对象的算术平均值 5 0 0 6 8 0 4 0 0 8 0 0 ／ 4 5 9 5补充。此外， 还有条件组合补偿法 ， 基于不可分 辨关系的补齐法等 。 3 ． 1 ． 2 屙 I生 值的离散归一化 由于武器情境信息数据种类多样 ， 有数值的也有非 数值的， 有连续的也有非连续的 ， 且各 自的单位 、取值 范围也不一样 ， 如果不进行合理的离散量化与归一 ， 就 很难构造出结构清晰、归纳准确的决策表。离散归一化 应满足两方面的需求， 一方面将属性取值的维度尽量降 低， 也就是每一离散归一化后的属性取值的种类最少 ； 另 一 方面属性值被离散归一化后的信息丢失尽量少。主 要有两种离散归一化的方式。 ◇局部离散归一化 该方法仅针对决策表 中的一个属性进行操作 。如 对一个连续的属性 a， 其值域为[ n m i ， a ] ， 离散归一实 际上就是对该值域化为集合 { ， 】 ， [ ， ] ⋯． [ ] ， 这里 d a 血 ． 。 当 取值区间等距时， 可将 一 一 { 一 _ ． 一 作为划分间隔； 或每次取相 同个数的属性值样本进行等 频率划分间隔， 如该属性值的总数 目为 ／ 1 2 ， 离散为 个 等级 ，则 从 a I I l i 开始 ，每 个取值 间隔的样 本数 目为 m | k o ◇全局离散 归一化 该方法针对决策表 中的所有属性进行操作。如基 于布尔逻辑和粗糙集理论 的方法 ， 其主要步骤为 用集 合表示所有的属性值 ； 以符号形式表示所有的联系属性 值 之 间的间隔 ； 用上述符 号 的析取 式对决 策不 同的记录 进行表达 ； 用合取式对上述所有析取 式进 行表达 ； 再将合 取式转化为析取式 ； 最后从析取式中选取一组合取式作 为离散化结果 。 3 。 2 决策表中知识约简 在武器人机界面设计推理中， 决策表中的数据样本 和条件属性均较多 ， 使得表的结构很复杂 ， 很难直观的 发现其 中 隐含 的规 律和 知识 ， 因此 ， 需对 决 策表进 行 简 化， 删除冗余的条件属性和样本记录 ， 降低条件属性维 度和样本数 目， 使得决策表更加简洁明了 ， 这就是决策 表的约简过程。 在实 际战场中，由于 战场情境 的多样性和不确定 性 ， 有时相同的样本信息也会产生不同的决策 ， 也就生 成 了非一 致 决策 表 。不 一致 决 策表 在处 理 中通 常会 转 换为一致决策表进行处理 ， 其约简方法如下 1 首先对重复记录 即每个研究对象的条件属性和 决策属性都相同 进行合并， 并对不一致的决策部分 即 条件属性相同， 而决策属性不 同 进行完整保 留 2 对条件属性进行简化 ， 即依次删除一个条件属 性 ， 如果 其删 除后决 策表变 成不 一致 ， 则该 属性 不可 约 简， 否则就可约简 3 对决策规则进行简化 ， 即在以简化条件属性的 决策表基础上 ， 同样对每一条决策规则每次删 除一个 属性值， 如果剩下的决策表变成不一致 ， 则保 留该属性 值 ， 否则就可约简 ， 然后得到包括所被保留属性值的决 策 核值表 ； 4 根据决策核值表生成最简决策， 即核值表中的规 则若去掉某些核值后与其他的决策规则相 同， 则该决策 就是最简的， 因此可将其直接作为最简决策规则 ； 若该规 则与核值表中其他规则冲突 ， 则其就不能作为最简规 则 ， 因此还需 要补充 原先决策 表 中的属性值才 能生成 最 简 规则 。 上述方法 中最核心部分 即为属性的约简 ， 具体算 法如 下【 7 I 。 模 式 识 别 与 仿 真 Pa t t e r n Re co c l n i t i on a nd Si m U l a t i o n 算法 属性约简集合算法 输入 条件属性集c { a i i 1 ， 2 ⋯． ， ，z } ， 决策属 性集 D， 输出 系统的一个最小约简 CD E。 c 。 令 B CORE。 c ， A C． CORE。 c S t e p 1 ．[判断IB I 0 7 ] ， 如果 lB I 0 ， R E D。 c c 并结 束计算。否则计算k D 并转到第4步； S t e p 2 ．对于所有a I A， t t k 卦 口 J D S t e p 3． 对于 i A， 如果满足 k B D mi n D ， 则 A一{ a } ， U{ a， } ； S t e p 4 ． 如果k D kc D ， 则R E D。 c B， 然后 转到第 2步。 通过对决策表的约简处理 ， 可以得到比原来简单很 多 的决 策规 则 ， 不 仅 从样 本 数 据 中剔 除了大 量 冗 余信 息 ， 得 到 了有 用 的知识 ， 还 由于条 件属性 维度 的降低 ， 使 得决策效率有 了明显提高 。这可帮助 系统进行情境线 索到具体界面设计的映射 ， 为进一步生成 E t 适应人机界 面提供 了设计知识。 自动化 技术与应用 2 01 2年第 31 卷第 1 2期 现代光电子技术的迅速发展 ， 极大地促进了军事光 电子技术的 日趋成熟和完善。在军事应用中， 光电精确 制导技术和光电侦测技术发展广泛而迅速 ， 目前已形成 较完善的装备体系l 8 ] 。该实例主要研究不同战场情境下 光电对抗界面的生成 ， 即条件属性为战场 中作战目标的 目标距离、 目标类型、目标速度以及航路捷径等 目标情 境 ； 决 策属性 为不 同的光 电对抗 界面 。 根据某应用单位提供数据 ， 构建原始决策表如表 3所 示 条件属性集为 a 目标距离， a ，目标类型， a 目标速 度 ， a 航路捷径 。决 策属性集 即决 策预案的取值为 1 情 报感知 、2激光告警 、3 激光对 抗 、4 烟 幕弹设置 、5光 学伪装。 4 ． 1 属性值离散 在建立最终决策表之前， 需要对原始决策表的属性 取值 作 离散 归一化 ， 由于 各属性 的性 质差 异较 大 ， 故 采 用局部离散 的方法 。由于在离散化的时候要综合考虑 各个防空系统及主战兵器的战术性能 ， 本文采用专家主 观 指定 的方 法进 行离 散化 处理 。 某应用单位提供的离散标准 ， 如表 4所示。 4 实例 某武器 防御阶段 界面设计 表 3 原始决策表 样 本 序 号 目标 类 型 目标 速 度 m ／s 对 抗 预 案 直升 机 巡航 导弹 直 升 机 巡 航 导 弹 战术 导 弹 歼 轰 机 空地 导 弹 直 升 机 歼 轰 机 空地 导 弹 空 地 导 弹 巡航导弹 空地 导 弹 直 升 机 战术 导 弹 歼 轰 机 空地 导 弹 战术 导 弹 战术 导 弹 巡 航 导 弹 歼 轰 机 路 径 一 航 捷 一 加 C ； 0 C ； H c ； 坫 0 0 0 O 0 0 0 0 0 O 0 0 O 0 O 0 O O O O 0 明 弱 H 们 ∞ ∞ 弛 他 ∞ 们 他 标 离 一 ∞ 0 ∞ 目距 一 6 2 坫 ∞C ； 坞 5 3 8 C ； 7 5 8 “ 0 4 0 0 儿 M 坫 “ 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第1 2 期 模 式 识 别 与 仿 真 P at t e r n Re c o gnit ion an d Si mu l a t i o n 表 4 离散标准 表 5 离散化后的决策表 样 本 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 囊 ， 10 11 1 2 l 3 1 4 1 5 ’ 薹 8 1 7 1 8 19 20 2 l ， 表中 Al 表示 目标距离 ， A 2 表不 目标类型 ， A3 表不 目 标 速度， A 表示航路捷径。经离散化的决策表如表 5所示。 4 ． 2 决策表约简 已知决 策表 的条 件属性 集 c{ a 。 ， a ， a ， a }， 决策 属性集 D{ d J， 令初始属性核 CORE D C A 。从决 表 中可 知 U ／ C x 1 } ， { x 2 } ， x 3 ， x 4 ， x 5 } ， { x 6 } ， { x 7 } ， x 8 ， { X 9 , X l 6 ， { x 1 0 ， { x l 1 ， { x l 2 ， { x 1 3 } ， { x 14 ， { X 1 5 ， { x l 7 } ， { x l 8 ， { x l 9 ， { x 2 o ， { x 2 1 } ’ 并且 有 { { x 1 ， x 6 ，X 9 ， X 1 3 ， { x 2 ， X 4 ，X 5 ，X 8 ，X l 1 ， X l6 ， x 2 1 ， { x 3 ， X l 5 ， x 1 8 ，x 2 0 } ， { x 7 ，X l o ，x l 4 ， x 1 9 ， { x 12 ， x l7 。 根 据上 述 算法 可得 P OS C， D { X 1 ， { x 2 ， { X 3 ， { x 4 ， { X 5 ， { X 6 ， { X 7 ， { x 8 ， { X l 0 ， { x 1 1 ， { x 1 2 ， { X 1 3 ， { X 14 ， { x 1 5 ， { x 1 7 } ， { x 18 ， { x 1 9 ， { x 2 0 ， { x 2 1 k D 1 9 ／ 2 1 ， 说明表 5是不一致的决策表。进一步 观察可知， 其不一致是由样本 X。 和 X 的条件属性相同 而决 策 属 性 不 同 引起 的 。去 掉 条 件 属 a 后 可 得 k c _ f a 1 l D 1 1 1 2 1 k c D， 所 以属性 a l 是不 可省 的 ， 即a i CORE D C。同理可求得其他各条件属性对 决策属性 D 的依赖度 ， k c ． { a ，l D 1 5 ／ 21 kc D， kc 一 { } D 1 9 ／ 2 1 ， k c _ { a } D 1 9 ／ 2 1， 根据算法 1 可得 B CORE D C a 】 ， a 2 。 由 于 k B D 1 6 ／ 2 1 ， k B u l D 1 9 ／ 2 1， k B u { } D 1 9 ／ 2 1， 可得最小 属性 约简集 { a ， a ， a ， 将情境信息记录作为前件 ， 并将光 电对抗形式作为后件 ， 可得表 6所示约简后决策表。 类似属性约简 ， 去除决策表 中的冗余条件属性值 ， 并合并相 同的规则， 最终得到如表 7所示的最小约简决 策表 。 通过决策表约简， 使得任务情境与光电对抗形式决 策知识得到简化 ， 武器可以由感知到的情境信息 决策表 条件属性 ， 即规则的前提部分 根据规则进行对抗措施的 1 2 3 2 2 l 4 2 4 2 5 1 4 3 2 5 3 4 3 2 1 2 3 3 1 1 3 2 2 2 3 1 3 2， 3 3 2 3 2 2 3 2 3 5 4 2 2 3 4 3 2 2 4 W 棚2 5 3 3 4 1 3 1 3 5 2 4 1 4 4 3 4 1 5 4 5 5 3 2 5 4 3 2 4 5 2 4 g 2 4 1 5 2 3 蓐1 3 2 3 4 自动化技 术与应用 2 0 1 2年第 3l 卷第 1 2期 5 结束语 模 式 识 别 与 仿 真 P at t e r n Rec o gn i t ion an d Si m u l a t i o n 本文应用不确定推理 中的粗糙集方法对武器界面 的设计 知识进行 简化 ， 从大量 的原始 数据 中提 取关 键的 属性 特征 ， 建 立情 境空 间到界 面设 计 空间 的简 单表达 ， 为实现武器 自适应人机界面提供基础。 参考文献 【 l 】吉明， 王科俊， 张晓宇． 粗集理论在智能诊断推理中的应 用⋯． 自动化技术与应用， 2 0 0 1 1 2 5 2 8 ． [ 2 】程时伟， 孙守迁， 基于粗糙集的自适应人机交互用户建 模【 M】 ． 杭州 ， 2 0 0 7 ． [ 3 】关键， 申亮， 戴羽． 基于粗糙集方法的炮兵战场目标选择 ．舰船电子工程 ， 2 0 0 8 3 l 1 6 一l l 7 ． [ 4 】张荣沂． 专家系统中不确定性知识的表示和处理Ⅲ．自 动化技术与应用， 2 0 0 2 5 3 5 3 9 ． 【 5 】曾黄麟， 黄艳． 基于信息最大覆盖率蚁群算法的Ro u g h 集属性优化