定性建模、仿真和控制

概括介绍了定性建模、仿真和定性控制的产生和发展,以及理论研究现状,并说明了在国外的应用情况,最后对该领域的发展前景作出评述。     

国外定性仿真应用评述

概括介绍了国外定性仿真在各个领域内的应用情况，并从应用理论和方法、应用领域、应用效果、发展方向等多方面加以评述。     

定性仿真技术及应用

定性仿真以非数字化手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节,通过定性建模推导系统的定性行为描述。定性仿真是处理不完备信息的有效方法。定性仿真方法产生了多种流派,如模糊仿真法、归纳推理法、非因果关系推理方法、基于因果关系的推理方法、基于图表的推理方法、基于数据的结构化建模方法、基于定性空间的推理方法等。近年来,定性仿真已应用到故障诊断、生态和环境学、机械制造业和工业系统、医学研究、混杂非线性系统、教育系统、人类社会与经济、人工智能等领域中。最后从整体上简要评述了定性仿真的发展。     

概念设计中机械行为方案的定性推理

定性推理是定性仿真的关键步骤之一,采用定性符号构成的矩阵来表示机械基础单元（BMU）的功能转化,用定性向量表示输入及输出状态,并通过定性状态功能矩阵的组合、推理和仿真从而帮助设计师完成机械概念设计的构思及创新工作。在此方案中把基础单元作为一个研究对象,通过定性代数、逻辑组合、分形法和定性状态推导法从而全面掌握和预测复杂机械的组成结构,并选出符合设计要求的合理方案,最后通过对缝纫机刺布机构概念设计的推导实例验证了方案的合理性和可行性。     

非线性时间序列定性相空间推理方法研究

提出一种基于定性仿真的非线性时间序列重构相空间的方法,定性相空间推理是其关键一步。通过时间序列定性状态的抽象来裁减其状态空间,规约行为轨迹,重构其定性相空间图。用3变量Lorenz系统产生的数据流对算法进行验证,结果表明能够保留原始相空间图的几何形状和拓扑关系,捕捉到相空间图中存在的行为轨迹的特征。     

一类离散系统的定性仿真

分析了一类具有离散时间分析和延时特性的离散系统定性仿真方法。通过将离散系统的不精确或不完备知识抽象为定性值、规则和约束,运用定性差分方程式形式定性建模,结合QSIM算法中的约束传播定量信息进行定性定量集成仿真,并给出仿真实例。     

考虑参数变化的定性仿真

考虑了系统参数变化时,系统定性行为变化的定性仿真问题,作者结合ＱＳＩＭ算法得 种新的仿真算法,使用该算法对上抛小球以及绝热的气体容器从高温的热热爱热量的系统进行了定性仿真其,其结论与直观结果完全一致。     

定性仿真中摆动变量的研究

摆动变量是OSIM产生奇异行为分支的主要原因之一，辨识摆动变量并利用有效的方式消除变量的摆动是提高OSIM运算效率和预测准确度的一个关键技术，这个问题一直是定性仿真的一个难题。认真分析了Kuipers的相关理论后，发现其判定摆动变量的判据与变量的摆动没有直接的因果关系。因此一套摆动变量辨识和利用变量的高阶导数约束变量摆动的改进方法被提出，并以两级级联水箱和多级级水箱系统为例对该方法进行了说明。改进的方法有效地利用了系统常识和QDE中蕴含的定性信息，对系统常识与QDE的结合进行了有益的探索。     

结合区间和时域信息的定性模拟方法

针对传统ＱＳ方法中存在的歧义分枝问题，希望能利用区间定量信息和时域信息来减少模拟过程中的歧义性．在传统ＱＳＩＭ算法的基础上，提出了区间界标的概念和区间传播算法，并给出了有效表达时域信息的时域逻辑谓词，最后以一个水库管理的实例来说明如何利用区间信息和时域信息进行定性模拟     

基于定性推理的开关∕继电器电路故障诊断

为实现开关/继电器电路的故障诊断,考虑将人工智能中的定性推理技术应用于电路故障分析。通过建立简单直观的权值电阻网络形式的电路定性模型,并研究了相关的算法进行静态、动态的定性仿真,再根据仿真结果判断系统是否发生故障,并利用元器件的状态信息通过推理方式实现故障定位。最后以某大型测试设备紧急断电电路为例进行了分析,结果证明了所述方法的可行性、有效性。     

基于定性推理的开关/继电器电路故障诊断

为实现开关/继电器电路的故障诊断,考虑将人工智能中的定性推理技术应用于电路故障分析.通过建立简单直观的权值电阻网络形式的电路定性模型,并研究了相关的算法进行静态、动态的定性仿真,再根据仿真结果判断系统是否发生故障,并利用元器件的状态信息通过推理方式实现故障定位.最后以某大型测试设备紧急断电电路为例进行了分析,结果证明了所述方法的可行性、有效性.     

集成化SDG建模、推理与信息处理软件平台

过程工业的安全问题正日益引起公众及政府的关注和担忧。大量的人力物力被投入到过程风险评价(PHA)中，而它们的大多数依靠人工完成。近年来，通过引入符号有向图(SDG)，基于计算机的自动PHA成为了可能。这项工作的首要任务是建立一个实用的SDG建模、推理平台。我们基于对HAZOP评价方法的研究，根据操作的步骤和需要，最终设计、开发了一个图形化、层次化、支持组件可复用的SDG软件平台，以供建模、推理和数据后处理使用。该平台基于自主开发的SDG推理引擎和图形建模环境，其设计充分考虑技术研究的持续和渐进性，利用迭代开发和面向对象的技术，支持多种算法的混合使用和组件的复用，从而在SDG的图形建模、推理引擎构架和双向推理方面做出了有益的探索。     

定性代数方程的简明表达方法-影响方程及其建模

提出了定性代数方程简明表达方法的实现及建模规则.以化工装置中的固定床式烷基转移反应器为例讨论了影响方程建模过程,建立了烷基转移反应器的影响方程,并将影响方程模型直接转化为较为直观的符号有向图(SDG)模型.采用SDG定性推理(即基于网络拓扑的定性仿真方法)识别故障的完备性较高、能够揭示故障演变的路径和历程,在复杂过程系统危险识别和故障诊断领域得到广泛应用.     

机械装置的定性空间推理与仿真

对定性空间推理机械装置的配置给出了一个全新的途径，使得计算机能通过定性空间推理理论，初步判断人类对某个机械装置设计的概念思路是否合理。此方案在推理过程中运用了约束传播和符号代数的方法，预测所有可能合理的配置信息。其推理机制主要定位于机械装置的空间信息描述和其相关的定性动力学描述。对每个构成一般机械装置的基础机械部件提供其定性配置信息和动力学约束。通过有机的推理机械部件信息，得到复杂机械部件综合定性描述，从而对整个系统的有个形象直观的定性认识。     

非线性系统的定性相图构造

提出了一种新的基于定性仿真的非线性动力系统相图构造方法。首先对在定性仿真中应用最为广泛的QSIM算法进行改进,提出了适合于非线性系统的基于具体代数约束表示的仿真算法。在此基础上,对二维分叉系统以及非奇异的三维系统的相图构造实践进行实例分析。结果表明这种方法是完全可行的,它能够捕捉到所有定性可区分的系统行为从而很好的弥补传统的基于数值积分的相图构造方法的缺陷,因而具有其不可替代的价值。     

用于企业市场营销策略的混合定性模拟方法

首先指出计算机模拟技术在管理领域推广的障碍，在归纳了定量模拟方法的本质的基础上，改进基于定性过程理论的定性模拟，提出并设计了基于规则的模糊定性模拟方法，然后集成这两种定性模拟方法，用于企业市场营销策略的选择过程，实验表明，贯穿于这两种定性模拟方法中的不确定性思想和处理办法比传统的方法更符合实际，得到的模拟结果也更加可信。     

驾驶员行为的Kuipers定性仿真算法

定性推理的目标就是寻求一种计算理论来模拟人处理定性知识的方法。驾驶过程就是驾驶员把通过其五官和其它渠道获得的道路信息和汽车的有关运动状态等定性信息传递到大脑加工后反馈给手脚执行操纵的过程。由于传统的数字仿真是建立在精确系统数学模型基础上的仿真,因此,使用传统的数字仿真技术模拟驾驶员的驾驶过程是困难的。本文依据Kuipers的定性仿真方法对熟练驾驶员和刚学会开车的驾驶员,在具有不同曲率半径和路面情况的一段道路上所做出的车速选择做了定性推理,给出了两类不同驾驶员驾车行为的定性状态描绘图和相应的车速曲线变化图。     

基于模糊定性仿真的多议题自动谈判模型

结合模糊定性仿真(FQSIM)理论对多议题谈判进行仿真, 构建了基于模糊定性仿真的多议题谈判模型, 并且进行了实例验证. 从验证结果可以看出, 仿真结果符合谈判的逻辑和人们的直观推测,能够清晰反映谈判的变化趋势, 该谈判模型相对于传统定性仿真对具体谈判问题具有更强的适应性, 更好地解决了由于不确定性因素在定量仿真中产生的问题, 可以简化多议题谈判的复杂程度, 并增强仿真模型的可信度和实用性.     

化工过程SDG建模方法

SDG(Signed Directed Graph)是一种重要的定性建模技术，特别是在安全评价和故障诊断领域。本文系统介绍了两种常用的SDG建模方法：基于数学模型的方法和基于流程图的方法。此外，本文提出了一种基于经验知识的建模方法。由于安全评价强调揭示潜在故障的全面性，而故障诊断则要求诊断速度和故障分辨率高，因此基于经验知识的建模方法分为评价模型建模方法和诊断模型建模方法。采用此方法建立的评价模型不仅能全面表达故障，而且还能揭示故障的传播规律；建立的诊断模型简单精炼、故障分辨率高。