專利名稱：一種規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法，具體是涉及納米粉體制備實驗和試制過程中，對一些特定的工藝條件及數(shù)據(jù)通過計算機自動分析和預(yù)定的方法。本發(fā)明還涉及了實施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
納米粉體的制備過程中一般都需要通過實驗室試驗、小試以及中試來確定批量生產(chǎn)的工藝條件和相應(yīng)的參數(shù)，試驗設(shè)計方法的選取不僅關(guān)系到該項試驗?zāi)芊竦玫狡淇疾熘笜穗S因素變化的信息，而且直接影響試驗分析結(jié)論的精確可靠，影響試驗精度與試驗費用能否保持合理平衡。按照試驗設(shè)計考察因素多少的不同，當(dāng)試驗中只考察一個因素時，可選用單因素優(yōu)選法或完全隨機化試驗設(shè)計等方法；兩個因素以上，則可選用多因素設(shè)計方法。如果按照試驗設(shè)計的條件，要求和目的的不同，如試驗條件的變化差異較大，或者試驗環(huán)境受到限制時，可采用區(qū)組設(shè)計；如試驗需要精細考察若干因素及其交互作用對指標的影響效應(yīng)，可以采用析因設(shè)計或希望少做些試驗的部分析因設(shè)計，也可以采用正交設(shè)計；如果試驗要求找出指標與因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系或建立數(shù)需模型以用于對指標的預(yù)測和對因素進行控制時，則可采用各種回歸設(shè)計。上述的試驗方法存在一個共同的問題，即無法給出預(yù)測的試驗結(jié)果，納米粉體制備過程中往往需要經(jīng)過長時間的大量實驗，才能確定理想的生產(chǎn)工藝條件，這些大量的試驗不僅占用大量寶貴的時間，還可能造成一定程度上的人力物力的無謂消耗。本發(fā)明的目的是提供能夠在少量試驗及其試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的預(yù)測，預(yù)定所需的工藝條件和工藝參數(shù)，剔除那些不合理的試驗方案，減少實際的試驗次數(shù)，提高試驗的準確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于針對已有技術(shù)存在的缺點，提供一種在納米粉體制備實驗和試制過程中，對一些特定的工藝條件及數(shù)據(jù)通過計算機自動分析和預(yù)定的方法。本發(fā)明的方法能提高現(xiàn)場試驗的準確度，減少試驗次數(shù)，節(jié)省人力物力資源。
本發(fā)明的另一個目的是提供實施上述方法的裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法，包括以下步驟(1)將納米粉體制備實驗按照部分析因設(shè)計或正交設(shè)計做8～10次試驗；(2)將試驗開始前的已知數(shù)據(jù)分次列表，形成輸入數(shù)據(jù)組，其中行數(shù)據(jù)為每次試驗所用的數(shù)據(jù)，列數(shù)據(jù)為已知的試驗因素，將試驗結(jié)果數(shù)據(jù)形成輸出數(shù)據(jù)組，其中行數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)組的行相對應(yīng)，列數(shù)據(jù)為試驗所得的工藝條件或數(shù)據(jù)；(3)將所述小型數(shù)組輸入給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，得到一個可用的網(wǎng)絡(luò)模型；(4)然后將待用的已知條件輸入給學(xué)習(xí)好以后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以在3～5秒鐘內(nèi)輸出計算結(jié)果，并在屏幕上顯示出來。
實現(xiàn)上述規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的裝置，主要包括機殼1、液晶顯示屏2、小鍵盤3、指示燈4、電源線插口5及數(shù)據(jù)控制輸出連接線6，小鍵盤3和指示燈4裝在機殼的前部左邊，電源線插口5及數(shù)據(jù)控制輸出連接線6裝在機殼的右邊，在機殼的內(nèi)部設(shè)置有一個完成規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的系統(tǒng)。
作為上述技術(shù)方案的進一步描述，所述規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法系統(tǒng)包括完成分析和預(yù)定規(guī)律變化過程的工藝條件算法的數(shù)字信號處理器(DSP)；用于存放程序和已初始化數(shù)據(jù)的可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)；用于存放實時運行程序和數(shù)據(jù)的同步隨機存取存儲器(SRAM)；控制SRAM和EPROM地址分配和數(shù)據(jù)讀取的地址譯碼和片選控制器；提供輸出數(shù)字信號到微機的串行接口電路；系統(tǒng)的工作過程為系統(tǒng)加電后，DSP芯片復(fù)位，由內(nèi)部固化的自引導(dǎo)程序?qū)⒋嬗贓PROM中的程序和數(shù)據(jù)移至高速SRAM，然后DSP開始用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行計算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算分兩步進行，首先將所述8～10次納米粉體制備的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，通過鍵盤輸入給所述DSP進行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，然后用學(xué)習(xí)完成后的網(wǎng)絡(luò)模型進行規(guī)律變化過程試驗的條件預(yù)定，系統(tǒng)可按全雙工方式工作。
本發(fā)明的方法除用于制備納米粉體外，還可用于其他材料的制備。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測實驗結(jié)果，利用計算機高速運算性能，可多次重復(fù)地進行不同試驗情況的預(yù)測，大大增加模擬試驗次數(shù)，提高試驗的準確性，節(jié)省人力物力資源；(2)系統(tǒng)方法智能化，準確程度高、速度快。通過樣本學(xué)習(xí)成功的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對相應(yīng)條件下實際納米氧化釔工藝參數(shù)預(yù)測誤差可達到3％以內(nèi)；(3)易于使用。本發(fā)明提供便攜式裝置，使用場地不受限制；自動化程度高，使用者無需經(jīng)過專門的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)即可操作，簡單的鍵盤操作和觀察顯示器，便于掌握使用方法；(4)便于維護。本發(fā)明完全由電子器件組成，電子器件的耐用性好，維護和維修都易實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)電路的方框圖；圖3是本發(fā)明電路原理圖；
圖4是說明本發(fā)明預(yù)定納米粉體制備工藝參數(shù)或條件的算法流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合說明書附圖來對本發(fā)明進行描述，但本發(fā)明所要求保護的范圍并不局限于所述實施方式所描述的范圍。
圖1是表示本發(fā)明裝置的外形示意圖。①、用工程塑料或金屬板加工成160×120×100mm的機殼1，機殼上部安裝市場上可購得的液晶顯示屏2，機殼的前部左邊裝一組便于人工輸入數(shù)據(jù)的12鍵標準小鍵盤3，左邊裝兩個預(yù)測程序工作時的指示燈4，其中一個指示程序是否運行，另一個顯示程序出現(xiàn)異常狀態(tài)。機殼的右邊設(shè)置一個電源線插口5和數(shù)據(jù)控制輸出連線6。
本發(fā)明通過圖2所示方框圖提供了分析和預(yù)定納米粉體制備工藝條件預(yù)定系統(tǒng)方法。方框圖中包括將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的鍵盤輸入電路；完成分析和預(yù)定納米粉體制備工藝條件算法的數(shù)字信號處理(DSP)器；用于存放程序和已初始化數(shù)據(jù)的可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)；用于存放實時運行程序和數(shù)據(jù)的同步隨機存取存儲器(SRAM)；控制SRAM和EPROM地址分配和數(shù)據(jù)讀取的地址譯碼和片選控制器；提供輸出數(shù)字信號到微機的串行接口電路和液晶顯示輸出電路。本系統(tǒng)最佳實施例是采用以DSP芯片為核心，并配以鍵盤數(shù)據(jù)采集、隨機儲存和液晶顯示等外部電路的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要的特點有成本低廉，數(shù)據(jù)處理速度快，另外通過軟件的硬件化，使軟件具有較強的保密性和運行的可靠性。系統(tǒng)的核心部分采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的浮點DSP芯片TMS320C31，其指令周期為33ns，工作頻率為40MHz，可以用來實現(xiàn)多種DSP算法。另外芯片還提供了豐富的硬件資源數(shù)據(jù)總線和地址總線分別是32位和24位，分開的程序總線、地址總線和直接存儲器地址總線和直接存儲器存取(DMA)使得取指、讀寫數(shù)據(jù)和DMA操作可以并行進行，還可訪問多達16M的32位字節(jié)的存儲器空間；64字節(jié)的高速緩存和2K字節(jié)的快速RAM，大大減少了片外訪問的次數(shù)，提高了程序運行速度；引導(dǎo)程序裝入方式將程序和數(shù)據(jù)從低速EPROM或串行口裝入到快速RAM；片內(nèi)串行口可使TMS320C31直接與串行外設(shè)交換數(shù)據(jù)，支持8、16、24和32位數(shù)據(jù)交換。
圖3是本發(fā)明系統(tǒng)和方法的電路原理圖，圖中相同標號點應(yīng)相電器連接。圖3中鍵盤輸入電路由8個47K電阻R1～R8，按鈕S1～S8和一個擴展輸入口74ALS244組成。放大電路74ALS244輸出端接DSP的D0～D7，1G和2G接DSP的XF0端口，DSP內(nèi)部程序使輸入引腳XF0置“0”，進行數(shù)據(jù)采集時，與IC2的XF0相連接的IC1的1G和2G端在下降沿觸發(fā)，使輸出引腳XF1置“1”，數(shù)字數(shù)據(jù)讀入DSP的數(shù)據(jù)線。
IC2實時運行地程序和數(shù)據(jù)都存放在同步隨機存取存儲器SRAM中，SRAM為四片256K×8位的存儲芯片SL8X350(IC5、IC6、IC7和IC8)，構(gòu)成256K×32位的存儲空間。它們中的地址線A0～A14接IC2的地址線，而數(shù)據(jù)線D0～D7則分別與IC2的D0～D7、D8～D15、D16～D23、D24～D31數(shù)據(jù)總線連接。另外IC2還連接了一片用于存儲程序及初始化數(shù)據(jù)、型號為TMS27C512(IC7)的可編程只讀存儲器EPROM，構(gòu)成32K×8的存儲空間。EPROM的16根地址線A0～A15直接與IC2的A0～A15相接，8根數(shù)據(jù)線與IC2的D0～D7相接，片選端CE與譯碼器SN74HC138(IC3)的輸出端Y1相連接。IC3的引腳A、B和C則分別接到IC2的地址線A18、A22和A23。
另外，IC2還輸出到一個64×12的液晶點陣顯示器(J1)作為狀態(tài)顯示，可選用日本Seiko Epson公司型號為Sed1330的產(chǎn)品。IC2的A13作為液晶點陣的輸出使能，接到其CE端。其D0～D19分時作為液晶點陣的行信號，D20～D31作為液晶點陣的行掃描信號。
圖4是具體說明本發(fā)明預(yù)定納米粉體制備工藝參數(shù)或條件的算法和操作流程圖。
本發(fā)明方案的程序控制實現(xiàn)如下手動記錄或通過鍵盤輸入初步的納米微分制備的實驗數(shù)據(jù)，進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本數(shù)據(jù)采集。樣本數(shù)據(jù)采集完成以后，對實測數(shù)據(jù)初始化，即將網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)歸一到
之間，網(wǎng)絡(luò)通過反復(fù)多次映射計算后，完成初步學(xué)習(xí)過程，反歸一處理后，輸出學(xué)習(xí)結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)的全程誤差，如果誤差未滿足預(yù)設(shè)的要求，則轉(zhuǎn)入自動學(xué)習(xí)程序，直至得到合格的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，系統(tǒng)通過報警裝置給出學(xué)習(xí)完成的提示。然后可開始用本發(fā)明裝置進行模擬試驗，仿真得出可用的試驗參數(shù)或條件。只要輸入待試驗的已知條件，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可在4秒后給出預(yù)測結(jié)果并在液晶屏幕上顯示。
本發(fā)明最佳實施方案如下①、用工程塑料或金屬板加工成160×120×100mm的機殼1，機殼上部安裝市場上可購得的液晶顯示屏2，機殼的前部左邊裝一組便于人工輸入數(shù)據(jù)的12鍵標準小鍵盤3，左邊裝兩個預(yù)測程序工作時的指示燈4，其中一個指示程序是否運行，另一個顯示程序的異常狀態(tài)。機殼的右邊設(shè)置一個電源線插口5和數(shù)據(jù)控制輸出連線6。
系統(tǒng)的核心部分采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的浮點DSP芯片TMS320C31，其指令周期為33ns，工作頻率為40MHz，可以用來實現(xiàn)多種DSP算法。另外芯片還提供了豐富的硬件資源數(shù)據(jù)總線和地址總線分別是32位和24位，分開的程序總線、地址總線和直接存儲器存取(DMA)使得取指、讀寫數(shù)據(jù)和DMA操作可以并行進行，還可訪問多達16M的32位字節(jié)的存儲器空間；64字節(jié)的高速緩存和2K字節(jié)的快速RAM，大大減少了片外訪問的次數(shù)，提高了程序運行速度；引導(dǎo)程序裝入方式將程序和數(shù)據(jù)從低速EPROM或串行口裝入到快速RAM；片內(nèi)串行口可使TMS320C31直接與串行外設(shè)交換數(shù)據(jù)，支持8、16、24和32位數(shù)據(jù)交換。
按圖3繪制印刷電路板，圖中相同標號點應(yīng)相電器連接。圖3中鍵盤輸入電路由8個47K電阻RI～R8，按鈕S1～S8和一個擴展輸入口74ALS244，組成，鍵盤可采用科野牌12鍵機械開關(guān)密碼鍵盤KY122型。將放大電路74ALS244輸出端接DSP的D0～D7，1G和2G接DSP的XF0端口，DSP內(nèi)部程序使輸入引腳XF0置“0”，進行數(shù)據(jù)采集時，與IC2的XF0相連接的IC1的1G和2G端在下降沿觸發(fā)，使輸出引腳XF1置“1”，數(shù)字數(shù)據(jù)讀入DSP的數(shù)據(jù)線。
IC2實時運行地程序和數(shù)據(jù)都存放在同步隨機存取存儲器SRAM中，SRAM為四片256K×8位的存儲芯片SL8X350(IC5、IC6、IC7和IC8)，構(gòu)成256K×32位的存儲空間。它們中的地址線A0～A14接IC2的地址線，而數(shù)據(jù)線D0～D7則分別與IC2的D0～D7、D8～D15、D16～D23、D24～D31數(shù)據(jù)總線連接。另外IC2還連接了一片用于存儲程序及初始化數(shù)據(jù)、型號為TMS27C512(IC7)的可編程只讀存儲器EPROM，構(gòu)成32K×8的存儲空間。EPROM的16根地址線A0～A15直接與IC2的A0～A15相接，8根數(shù)據(jù)線與IC2的D0～D7相接，片選端CE與譯碼器SN74HC138(IC3)的輸出端Y1相連接。IC3的引腳A、B和C則分別接到IC2的地址線A18、A22和A23。
另外，IC2還輸出到一個64×12的液晶點陣顯示器(J1)作為狀態(tài)顯示，可選用日本Seiko Epson公司型號為Sed1330的產(chǎn)品。IC2的A13作為液晶點陣的輸出使能，接到其CE端。其D0～D19分時作為液晶點陣的行信號，D20～D31作為液晶點陣的行掃描信號。
具體操作如下首先通過鍵盤將已完成試驗的試驗數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集，然后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，將學(xué)習(xí)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型存儲備用；完成上述操作之后，即可隨時進行與上述同類試驗的條件預(yù)定工作。只要輸入待試驗的已知條件，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可在5秒后給出預(yù)測結(jié)果并在液晶屏幕上顯示。
以下是氧化釔微粉的實驗數(shù)據(jù)
表1.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的輸入輸出數(shù)據(jù)

表2.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的實際輸入、輸出數(shù)據(jù)

表3.網(wǎng)絡(luò)測試的實際輸入、輸出數(shù)據(jù)

權(quán)利要求
1.一種規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法，其特征在于包括以下步驟(1)將納米粉體制備實驗按照部分析因設(shè)計或正交設(shè)計做8～10次試驗；(2)將試驗開始前的已知數(shù)據(jù)分次列表，形成輸入數(shù)據(jù)組，其中行數(shù)據(jù)為每次試驗所用的數(shù)據(jù)，列數(shù)據(jù)為已知的試驗因素，將試驗結(jié)果數(shù)據(jù)形成輸出數(shù)據(jù)組，其中行數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)組的行相對應(yīng)，列數(shù)據(jù)為試驗所得的工藝條件或數(shù)據(jù)；(3)將所述小型數(shù)組輸入給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，得到一個可用的網(wǎng)絡(luò)模型；(4)然后將待用的已知條件輸入給學(xué)習(xí)好以后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以在3～5秒鐘內(nèi)輸出計算結(jié)果，并在屏幕上顯示出來。
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的裝置，其特征在于主要包括機殼(1)、液晶顯示屏(2)、小鍵盤(3)、指示燈(4)、電源線插口(5)及數(shù)據(jù)控制輸出連接線(6)，小鍵盤(3)和指示燈(4)裝在機殼的前部左邊，電源線插口(5)及數(shù)據(jù)控制輸出連接線(6)裝在機殼的右邊，在機殼的內(nèi)部設(shè)置有一個完成規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的裝置，其特征在于所述的規(guī)律變化過程的條件預(yù)定系統(tǒng)包括所述規(guī)律變化過程的條件預(yù)定系統(tǒng)包括完成分析和預(yù)定規(guī)律變化過程的工藝條件算法的數(shù)字信號處理器；用于存放程序和已初始化數(shù)據(jù)的可擦除可編程只讀存儲器；用于存放實時運行程序和數(shù)據(jù)的同步隨機存取存儲器；控制SRAM和EPROM地址分配和數(shù)據(jù)讀取的地址譯碼和片選控制器；提供輸出數(shù)字信號到微機的串行接口電路；系統(tǒng)的工作過程為系統(tǒng)加電后，DSP芯片復(fù)位，由內(nèi)部固化的自引導(dǎo)程序?qū)⒋嬗贓PROM中的程序和數(shù)據(jù)移至高速SRAM，然后DSP開始用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行計算；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算分兩步進行，首先將所述8～10次納米粉體制備的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，通過鍵盤輸入給所述DSP進行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，然后用學(xué)習(xí)完成后的網(wǎng)絡(luò)模型進行規(guī)律變化過程試驗的條件預(yù)定，系統(tǒng)可按全雙工方式工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法以及實施該方法的裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟1.按照部分析因設(shè)計或正交設(shè)計試驗；2.將試驗開始前的已知數(shù)據(jù)分次列表，形成輸入數(shù)據(jù)組；3.將所述小型數(shù)組輸入給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，得到一個可用的網(wǎng)絡(luò)模型；4.然后將待用的已知條件輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出計算結(jié)果。本發(fā)明的裝置在機殼的內(nèi)部設(shè)置有一個完成規(guī)律變化過程的條件預(yù)定方法的系統(tǒng)。本發(fā)明利用計算機高速運算性能，可多次重復(fù)地進行不同試驗情況的預(yù)測，大大增加模擬試驗次數(shù)，提高試驗的準確性，節(jié)省人力物力資源；
文檔編號G06F15/18GK1560754SQ20041001545
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者黃茜, 鄭啟倫, 彭宏, 茜 黃 申請人:華南理工大學(xué)