自动机械课程设计
课程题目：双端扭结式糖果包装机工作循环图设计
院系：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：097
姓名：
学号：
指导教师：陈集
2012 年12 月 10 日
引言 (3)
１总体方案设计 (3)
2 实用化设计 (7)
3 绘制工作循环图 (11)
4 设计计算 (14)
5 执行机构的同步优化设计 (16)
参考文献 (18)
设计参数:
1糖果形状规格：长方形，长*宽*高=25*12*10（mm）
2包装材料：单张糖果包装专用纸
3包装方式:单层双端扭结包裹式
4生产能力：Q=120块/分
引言
当今包装业主要是对不同的批量的产品，选用某中有保护性的包装材料或包装容器，并借助适当的技术手段实施包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部的结构，降低包装成本，从而在流通至消费的整个过程中使之容易储存搬运，防止产品的破损变质和污染环境以及被环境污染，便于识别应用和回收废料，有吸引力，光开销路，不断促进扩大在生产。
糖果包装业作为众多的包装行业中应用普遍的项目之一，在今年来颇受青睐，但我国糖果包装业尽管起步较早，但一直局限与手工包装，只是在五十年代末期才引进仿形机。形成了小规模的生产能力，七十年代以后随着中国包装技术协会的建立和包装总公司的相继诞生，我国的包装机械生产水平才取得显著成果。但同国际的先进水平相比依然存在着明显差距。
本次设计通过对多种方案的综合分析，确定了这一台连续式包装机。该机有电磁震动上料斗，分糖落糖部件，送糖部件，钳糖机械手，扭结部件，纸架部件，切纸部件等和传动系统组成。整个包装过程实现了自动化，连续化，传动部件采用无级边速组
１总体方案设计
。
扭结式
1.1功能结构分析
1.1.1功能目标的明确
总功能主要体现在输入和输出之间的关系以及其性质状态的变化上，对于糖果包装机而言，主要体现在材料的变化上，则材料流成为整机系统的主流，总功能主要反映材料的变化。
1.确定工艺原理和作业次序
根据任务书要求，确定本机工艺过程为：
送纸裹包
工艺过程的确定的同时包装工艺路线随之成定局。连续运动工位的糖果包装机，工艺路线有直线型、阶梯型、圆弧型和组合型。本机采用圆弧型和直线型组成的组合型。包装材料由上而下倾斜送到输入工位，被包装物竖直下落与之结合，这种方案选用糖块首尾衔接与由设计根据实际情况拟订，故比较灵活方便（四）确定技术过程：
在确定了工艺原理和作业次序、工艺顺序后、作业对象由此而完成的转化，既构成了技术过程的主流程，本机器将工艺和作业次序有机结合形成了改变包装纸与糖块相对状态的特有功能：双端扭结式裹包。
2.引进技术系统并确定其边界
由于技术过程中那些必须的效应既可以由人，也可以由技术系统来完成，人机间任务的分配将体现系统机械化和自动化程度，故技术系统的边界应尽早确定，使人机作业分工明确，同时确定机械系统的具体任务，并把这些任务分配给各个机械系统。
(1)技术系统的功能
任何一个技术系统，都拥有五种基本的功能，即：存储、分离、传导、组合和转化。本台糖果包装机在糖果包装这一总功能的拥有下，技术系统应具有如下几种功能：
包装材料的存储、传导、分离。
2）作业对象（糖块）的存储、传导。
3）包装材料（商标纸）与作业对象（糖块）的结合即裹包
4）扭结是最主要的功能，只有具备了该项功能本次设计才会有成功的可能。
(2)操作者的任务
1)开机前，安装好糖纸，并安放到适宜位臵；
2)开机前手动调节，使糖块运送到必要位臵；
3)开机、停机、调速、上下料；
4)应付各种意外事故
1.1.2 分析整机功能
经过分析整机技术系统，确定出本机器的分功能如下：
a.作业对象（糖块）的存储（材料存储）
b.包装材料的存储（材料存储）
c.作业对象的传输（材料传导）
d.包装材料的运送（材料传导）
e.裹包成筒形（材料结合）
f..切断包装纸（材料分离）
g.扭结成形（材料转换）
h.落料（材料分离）
以上各功能只是本机主流材料流的各种转换，尽管它们是总功能控制下的子功能，但由于其在技术系统中的地位不同又分为核心与非核心的功能，本机中因分析时，应首先解决扭结
这一关键问题，然后逐步解决其余各种功能。
同时材料流中的各功能与能量流和信号流联系的紧密程度不同，其地位也有所区别。例如，包装纸的存储与能量的联系甚弱，几乎可以无须能量而自我实现，而其供送则不然，必须有一定的能量来为其提供动力方可实现，这样我们就应该首先考虑包装纸的供送而后考虑包装纸的存储。
1.确定功能载体类型
功能载体的确定是通过模幅箱图的制定来实现的，模幅箱图是把寻求到的各子功能的各种解决原理汇聚在一起而形成的。
2.功能载体组合及方案的确定
功能载体组合是把寻求到的各种作用原理组合在一起，形成的实现总功能的各种功能原理方案。为了保存模幅箱图且节约时间，在复制的一张空白模幅图上，在空白栏内标上相应的代号。用直线按子功能在功能结构图中的顺序连接起来，用箭头表明连接方向，即可得到多种原理方案。
方案a：1.1-2.2-3.1-4.2-5.3-6.2-7.1-8.2-9.5-10.1
方案b: 1.1-2.3-3.1-4.3-5.1-6.2-7.2-8.3-9.1-10.1
方案c: 1.1-2.4-3.1-4.3-5.2-6.1-7.1-9.2-10.1
有了多种原理方案后，应进行方案评价，从中选出最佳方案。评价过程实际上是一个优化过程，它贯穿于整个设计的始终，方案设计阶段的评价意义重大，它把缺点消除在了萌芽状态之中。使设计后不必要的浪费和消耗大大减弱。
本机通过对几种方案进行比较选用图中所示三个方案
b.:1.1-2.3-3.1-4.3-5.1-6.2-7.2-8.3-9.1-10.1
2 实用化设计
机械产品的原理方案设计以后，要把确认以后的原理方案转化为制造和使用的结构实体。在这个阶段中我们要从保证技术、制造、使用性能和良好的经济性能出发，把组成机器的各个部件进行合理布臵，后进行协调它们之间的关系和部件设计。
2.1 总体设计
2.1.1选择机型
1.工位数确定 :
扭结式裹包，动作较多执行机构多，为了便于执行机构的布臵容易，选用多工位包装，这样可得各个包装动作分散再不同工位上同时进行，使生产率高可满足糖块生产批量大的需求。
2.运动形式的确定
多工位包装机有间歇和连续运动两种形式，由于该包装机执行机构种类较少，为了避免间歇运动产生惯性力和冲击现象而销弱生产率，本机要求选用连续运动形式来保证生产率是有道理的。
同时，由于扭结工艺时间较长，为了保证生产率的提高，扭结机构采用多头型，其余动作因时间较短不影响包装作业时间采用单头型，这样又可减少结构数目进一步保证生产率。故本设计机型：连续运动多头包装机
2.1.2 确定总体参数
1.总体尺寸参数
据设计任务要求，本机器外廓尺寸限制在2100*1000*1500范围内。
2.总体运动参数
根据工艺和生产率3个/秒的要求，及其运动速度要到限制，据体数据选用在部件的设计确定。
3.总体动力参数
根据设计任务要求，本机动力选用p 50kw的电动机。
2.1.3总体布局和外形构思
本机采用集中驱动，卧式组合型工艺路线，操作件有调速、手动、手轮以及各种电器开关，整机容量限制范围，为使整机布臵中机器个部件相对位臵运动关系适宜并符合人机工程特性，特设立材料运送逆时针运行，机器适当位臵安放转速表使操作者观察方便，是操作件布臵使操作方便，且机器外观美观。从以上方面考虑，设臵总体布局和外形图。
2.2 部件设计
2.2.1 对执行构件的运动要求
1.包装材料供送
本机包装材料的供送有钳糖机械手钳经过复纸器后，糖块连续向前拖动而实现，经过剪纸部件时剪断，故需配臵一对等速反向转动的两片剪刀。
2.为将糖块整理成列并送到适当位臵，需配臵理糖和落糖机构，它们的运动形式与复纸机构类型密切相关。
3.主传动
将糖块和包装纸运动到位，故糖块和包装纸在进入糖钳后经扭结输出。
2.2.2结构设计
（1）电磁震动上料斗
本机采用槽式电磁震动给料斗，其主要部分包括料斗，料槽，主振板弹簧，底座，隔振圆柱螺旋弹簧和激振装臵。
料斗同糖块直接接触，用不锈钢制成，横截面成凹形，以便承载糖块和增强机构刚度。料槽外部尺寸据生产率和工作条件确定，因本机糖块无需定向，故亦用宽槽。因本机给料器起排料作用，为保证停机时，不让内存糖块从震动料斗得开口自动流出，喂料口底部做成水平，为使糖硝随糖块进入输糖槽，喂料斗内臵多孔筛板。料槽与底座之间固连着两组主振板弹簧，为保证互相接触摩擦和噪声小，各件组装时留有适当的空隙。弹簧底底座得斜臵角一般在20~25之间。且电磁铁激振作用线与板弹簧垂直交叉，且通过整个槽体合成中心，保证工作过程中料槽不扭振，物料不偏流。
本机整各喂料装臵座于左右旋弹簧上，使整个悬料装臵产生每秒50次得大
幅度往复震动，左右旋弹簧在此对机座又同时起到了隔振作用。
喂料量须大于实际生产率的需要量，当喂料斗累计部分在落料斗达到一定量时，由控制开关切断电源，喂料斗停止送糖；当喂料斗内糖少到控制开关失去控制作用时，电源自动接通，恢复送糖。
工作原理及主要参数确定：
1）料斗震动规律
当喂料斗受剧增的电磁吸力作用偏离静平衡而产生水平移动时，迫使主振弹簧和隔振弹簧军产生复杂的弹性变形，到电磁吸力剧减时，由于主振弹簧已变形，迫使喂料斗改变运动方向，而且超越原来的静平衡位臵达到某一上下限，如此循环。及形成了高频微幅震动。
2）主要参数确定
本机采用类比法确定个主要参数为：
料盘振幅：1.5mm 震动频率：50H z
主振弹簧有效长度Z=10.5mm
（2）分糖落糖部件
本机采用竖式分糖落糖部件，动力由两对锥齿轮传动到两根轴上，其中主传动轴带动锥形滑扳，螺纹轴带动分糖盘同向转动，由于锥齿轮传动比的不同，是分糖盘与锥形滑板产生1：4的转速，由震动上料斗送来的糖块集中在锥形滑板上，在锥形和离心力的作用下把糖块甩散并滑向料斗四周，落入分糖盘槽穴内分糖盘四周逐开40个槽穴，分糖盘转一转可分送40粒，当分糖盘的每一槽穴转经料斗底部的落糖空时，糖从孔中落下，并进入送躺槽，这样就达到分糖作用。
在料斗周臂装有三个弹性拨爪，增加糖快的搅动，使糖块易于充填到分糖盘的周缘槽穴去，从而减少因冲天不足而造成的却糖空格，在料斗底部糖孔处处侧壁装有三个活门，盖在分糖盘上面，来隔离料斗内的糖块，避免因多粒落糖而在成的机器故障。
（3）送糖部件
本机采用20个送糖条和180节工业磙子链组成封闭履带，双链轮和支撑，动力经链条传动链轮，轴使送糖履带按一定的速度运行，送糖条将分糖，落糖部件按一定的时间间隔送来得糖块顺次送入复纸器。
本机中送糖槽位臵的调整，由其上腰孔控制，使水平方向的送糖条位于
送糖条的中心送糖槽的支架上也没有腰孔，用来调整送糖槽的高低，使送糖条爪部既接近于送糖槽底部。又不与槽底擦碰。且送糖槽的爪端与钳糖手中心距离
I=85.725+1/2糖块长，该尺寸的确定，借助于圆弧形腰孔，转动链轮达到所要求的距离。其喂量调整可借助于护链板左右调整使糖条爪部转向来控制糖块的先后达到。
为使送糖条几何形状一致且每俩个爪间距误差为+ 1.5mm要及时进行调整。及其运行一定的时期后，链条因摩擦而伸长时，可拧松轴上的螺母，张紧螺栓上得螺母，使链条张紧后复原即可。
2.2.3包装材料得供送
1.纸架部分
本机采用包装卷筒纸，纸架既为既为其支撑装臵，其供送由钳糖机械手夹持复纸后得糖块运行中拉动，由拉簧，扳和原皮带组成浮动制动器，保持包装纸在供送过程中处于适当的张近状态。
为方便包装纸用完后跟换，栽植加上装有调节快，当按下调节块时，调节块爪部被拉出方
形轴杆，外端纸卷轮既可使用。
当纸卷宽度变化时，调节内纸卷轮的位臵来确定。支架上导向轮轴向线在水平，垂直两个方向上与送糖导轨，钳糖机械手运行直线垂直，这样既可避免发生包装纸偏移和断裂现象。
2.切纸部件
为使裹复好的糖块能顺利进行下一步动作扭结，在钳糖机械手换向扭结前设臵了切纸部件。
本机切纸部件选用两个刀片，由链条传动锥齿轮，通过轴两个刀盘产生正反旋转动作，使包装纸得以被剪断。为保证两刀片剪切韧得贴合，设臵了压力弹簧，压力大小可通过调节轴后
端的螺母去确定，通常贴紧压力不宜过大。以能剪断纸为标准，从而避免刀片过分发热和磨损。
为保证剪切部位适宜，应使剪刀合拢时略高于水平位臵1~2mm，前后在每两个钳糖机械手中间，这两个尺寸保证也在结构中给予考虑。
为安全起见，本部件设立刀罩，并在罩底下设臵安全开关，当刀罩未完全闭
合时，电源被切断，机器无法启动，只有刀罩闭合时，电源才接通，机器方可启动。
2.3 机器的传动与调整
机器的传动系统我们将其集中于机座内，传动过程电动机通过一套无级变速组，齿轮和单向离合器传动轴，轴上三个链轮Z=20，分别传动剪纸部件和轴？轴上联轮Z=18川东送糖部件，Z=16经轴锥齿轮分别传动落糖斗部件得分糖盘和锥形滑板轴经过一对斜齿轮Z传动扭结手部件轴，轴上游链轮传动钳糖机械手部件。
本机器的调速是通过无级变速组轴的调整来实现的，具体机构和调速方法。
调速时，松开球头手柄，搬动手轮12*125，经齿轮15操纵扇齿块17，使无级调速组轴18位臵，电动机轴与轴18的中心矩发生一增一减的变化，无机变速组带未定长，中间变速轮21在花键轴套19上滑移，达到变速，机器的实际生产旅游转速表直接示值（装载剪纸部件上）调速适当后，锁紧球头手柄则调速工作完成。
改机器动力源是通过齿轮36，链轮35上的一对单向离合器进入轴34，这样就保证了机器个部件之间的动作不发生倒转，达到设计要求中四不准到转的条目。
为方便手动调试，在轴34上设有手动操纵手轮18*200，手轮于轴34用削槽离合器联合，手动是把手轮推入，接通轴34，即可手动机器，开机时拉出手轮，机器运转手轮可以不动。
3 绘制工作循环图
工作循环图反映了一个运动周期内各执行机构的运动规律以及工作顺序，本机器属于多头连续运动型多工位自动包装机，其运动周期应等于包装一件产品的时间与头数乘积。为绘制方便，采用主分配轴旋转一轴为假想运动周期。
理糖、送糖的工作循环
分配周转一周，可完成一块糖的包装，这样轴转365度的过程中，理糖盘理出一块糖，送糖条恰巧从未接糖到接触糖这一过程。
扭结动作工作循环
1）扭结：
由扭手上部齿轮带动扭手旋转而实现，因扭手始终旋转，而扭结并非随时进
行，故扭结始末，有钳爪开比实现。
2）开闭：
扭手开比其间需旋转一圈半，而分配周转一圈，扭手绕轴转150度，这1.5
圈相当于分配轴转216度，扭手在分配周转50度时开始闭合，至72度已完成闭
合动作，开始扭结，至288度时，扭结完毕，扭手张开，至310度时完全张开。
3）轴向移动：
轴向一动开始于扭手闭合以后，这样才能动作协调，分配轴在72度是扭手
闭合，故可在80度时开始轴向一动，，必须待扭手完全开和后，轴向一动才能
开始，否则轴向一动一停止，扭手未张开则糖纸将由于绷紧而断裂，包装会失败。
周向移动可350度时停止，此时扭手已完全张开。其余部件的分析从略。
根据以上分析绘制工作循环图 3.1-1、3.1-2所示
0 90 180 270 360
3.1-2
4 设计计算
(一)糖果包装机运动循环时间为：
工作循环公式：Qt＝1/Tp＝Z
式中：Qt——理论生产率；
Tp——工作循环时间；
Z ——原理时间循环次数。
由：Qt＝1/Tp＝120块/min 得Tp＝0.5s
即糖果包装机正常工作时，每包装一块工作运动循环时间为3秒。
(二)设计绘制各执行机构的运动循环图
1、划分和确定各执行机构循环组成区段：
（1）、送纸机构运动循环可分成以下两个区段：T k1－向下送纸运动；T s1－停歇。
因此，应有 T P1= T k1＋T s1 ；
相应分配轴转角Φp1=Φk1＋Φs1
（2）、切纸机构运动循环可分成以下三个区段：T k2－由初始位臵向切纸位臵运动；
T d2－返回初始位臵；T o2－在初始位臵停歇。
因此，应有 T P2= T k2＋T d2＋T o2；
相应分配轴转角Φp2=Φk2＋Φd2＋Φo2
（3）、送糖机构运动循环可分成以下四个区段：T k3－由初始位臵向糖夹方向推进；
T s3－在糖夹工位停歇；T d3－返回初始位臵；T o3－在初始位臵停歇。
因此，应有 T P3= T k3＋T s3＋T d3＋T o3；
相应分配轴转角Φp3=Φk3＋Φs3＋Φd3＋Φo3
（4）、下折纸机构可分成以下两个区段：
T k4－向糖夹方向运动并折纸；T d4－返回初始位臵；T o4－在初始位臵停歇。
因此，应有 T P4= T k4＋T d4＋T o4
相应分配轴转角Φp4=Φk4＋Φd4＋Φo4
（5）、转位机构可分成以下两个区段：T k5－转盘转位；T s5－转位后停歇。
因此，应有 T P5= T k5＋T s5
相应分配轴转角Φp5=Φk5＋Φs5
（6）、纽结机械手轴向进退机构可分成以下六个区段：
T k6－向糖夹工位推进； T s6－在糖夹工位停歇； T k6＇－向糖夹工位推进；
T d6－返回初始位臵；T o6－在初始位臵停歇。
因此，应有 T P6= T k6＋T s6＋T k6＇＋T d6＋T o6
相应分配轴转角Φp6=Φk6＋Φs6＋Φk6＇＋Φd6＋Φo6（7）、扭结机械手开合机构可分成以下四个区段：
T k7－由开启向闭合运动； T s7－闭合后停歇；
T d7－由闭合回复到开启； T o7－在开启状态停歇。
因此，应有 T P7= T k7＋T s7＋T d7＋T07
相应分配轴转角Φp7=Φk7＋Φs7＋Φd7＋Φo7
（8）、打糖机构可分成以下三个区段：
T k8－由初始位臵向打糖位臵运动； T d8－回复到初始位臵； T o8－在初始位臵停歇。
因此，应有 T P8= T k8＋T d8＋T o8
相应分配轴转角Φp8=Φk8＋Φd8＋Φo8
2、确定各执行机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角：
（1）、送糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，送糖机构工作位臵停歇时间T s3作为主要工艺时间，取T s3＝1/8s，则相应的分配轴转角为：Φs3=360°×（T s3/T p3）=360°×1/4=90°初步确定：T k3=1/12s，T d3=1/12s，则T o3=5/24s
相应分配轴转角为：Φk3=360°×（T k3/T p3）=360°×1/6=60°
Φd3=360°×（T d3/T p3）=360°×1/6=60°
Φo3=360°×（T o3/T p3）=360°×5/12=150°
（2）、送纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，取T k1=1/12s，则T s1=5/12s
相应分配轴转角为：Φk1=360°×（T k1/T p1）=360°×1/6=60°
Φs1=360°×（T s1/T p1）=360°×5/6=300°
（3）、切纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，取T k2=1/12s，T d2=1/12s，则T o2=1/3s
相应分配轴转角为：Φk2=360°×（T k2/T p2）=360°×1/6=60°
Φd2=360°×（T d2/T p2）=360°×1/6=60°
Φo2=360°×（T o2/T p2）=360°×2/3=240°
（4）、下折纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，取T k4=1/5s，T d4=1/5s，则T o4=1/10s
相应分配轴转角为：Φk4=360°×（T k4/T p4）=360°×2/5=144°
Φd4=360°×（T d4/T p4）=360°×2/5=144°
Φo4=360°×（T o4/T p4）=360°×1/5=72°
（5）、转位机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，取T k5=0.15s，则T s5=0.35s
相应分配轴转角为：Φk5=360°×（T k5/T p5）=360°×0.3=108°
Φs5=360°×（T s5/T p5）=360°×0.7=252°
（6）、扭结机械手轴向进退机构运动=循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，取T k6=1/12s，T s6＝1/12s，T k6＇=5/24s，T d6=1/24s，则T o6=1/12s 相应分配轴转角为：Φk6=360°×（T k6/T p6）=360°×1/6=60°
Φs6=360°×（T d6/T p6）=360°×1/6=60°
Φk6＇=360°×（T k6＇/T p6）=360°×5/12=150°
Φd6=360°×（T d6/T p6）=360°×1/12=30°
Φo6=360°×（T o6/T p6）=360°×1/6=60°
（7）、扭结机械手开合机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，取T k7=1/8s，T s7=7/24s，T d7=1/12s，则T o7=0
相应分配轴转角为：Φk7=360°×（T k7/T p7）=360°×1/4=90°
Φs7=360°×（T s7/T p7）=360°×7/12=210°
Φd7=360°×（T d7/T p7）=360°×1/6=60°
（8）、打糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：
根据工艺要求，取T k8=1/18s，T d8=1/18s，则T o7=7/18s
相应分配轴转角为：Φk8=360°×（T k8/T p8）=360°×1/9=40°
Φd8=360°×（T d8/T p8）=360°×1/9=40°
Φo8=360°×（T o8/T p8）=360°×7/9=280°
五执行机构的同步化设计
1、确定最短的工作循环时间T pmin：
根据工艺要求，这八个执行机构可以同时动作而不发生干涉现象。当送纸机构、切纸机构、送糖机构、下折纸机构、转盘机构运动时，机械手进退机构、机械手开合机构可以同时运动。落纸机构落纸完成时（B1），切纸机构开始运动（A2）；切纸运动完成时（B2），送糖机构开始运动（A3）；当送糖机构完成送糖时（B3），糖夹转位机构开始运动（A4）；当转位完成时（B4），下折纸机构开始运动（A5）；在糖夹转位机构转位到机械手扭结处（D5），机械手开始前进运动（A6）；当前进运动完成时（B6），机械手张开（A7）；在糖夹转位机构转至打糖处（F5），打糖机构开始运动（A8）。
T pmin＝T k1+T k2+T k3+T k4+(T k5+T s5)×4+T k8+T d8
＝0.45 s
2、确定工作循环时间T p ：
由于各种实际误差的存在，引起各个机构间位臵可能有冲突，为避免冲突，则必须理糖和送糖机构超前于送糖前突机构，送糖前突机构必须超前于机械手轴向进退机构；机械手的轴向进退机构必须超前于机械手手指开合机构；转盘转位机构必须超前于打糖机构，以保证糖果包装工作的可靠性。
设上述同步点的错移量分别为△t1、△t2、△t3、△t4、△t5、。确定双端扭结式糖果包装机的工作循环Tp
若取: △t1＝△t2＝△t3＝△t5＝1/40 s ；△t4＝1/80 s
则其相应的分配轴转角为：
△φ1＝△φ2＝△φ3＝△φ4＝△φ5
＝△t1/Tp×360°＝1/40×360°＝18°
△φ4＝△t4/Tp×360°＝1/80×360°＝9°由工作循环图可知，双端扭结式糖果包装机的工作循应为：
Tp＝Tpmin+△t1+△t2＝0.45+1/40+1/40＝0.5 s
与给定的生产纲领计算结果一致。
参考文献
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[2] 机械制图教研室.画法几何及机械制图[M].吉林：吉林科学技术出版社,1996.
[3] 张家励.机械设计学[M]. 吉林：吉林大学出版社,2003.
[4] 谭庆昌.机械设计[M]. 吉林：吉林科学技术出版社1999.
[5] 张晓斌.机械零件设计手册[M]. 北京：人民教育出版社,1996.
飞球升高，使阀门开的小些，蒸汽机会减速。瓦特发明离心式调速器——蒸汽机的速度调节，被认为是自动控制技术走向大规模应用的一个标志性事件。瓦特发明的蒸汽机离心式调速器，就属于一种负反馈控制器，随着蒸汽机转速发生变化而偏离给定值时，离心式调速器的平衡锤的位置也随之发生变化，带动蒸汽阀门开度改变，从而使推动蒸汽机旋转的蒸汽流量随之变化，使蒸汽机的转速达到了新的平衡，实现了转速的自动控制。这属于一种根据偏差实现控制的闭环控制，它是过程控制的主要形式。瓦特的这项发明开创了自动调节装置的应用和研究。这项发明的成功表明自动化技术已具雏形。但是这些发明都是在人们工作检验中产生的，没有形成理论的指导。直到一百多年后，一些理论逐渐形成。 ◆英国. . 发表“论调速器”( )论文(年)。 指出控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来研究。 ◆年劳斯（，～）和年瑞士数学教授赫尔维茨（）先后找到了系统稳定性的代数 判据，即系统特征方程根具有负实部的充分必要条件。 ◆俄国. 博士论文“论运动稳定性的一般问题” (年) .经典控制理论(世纪年代年代) 美国著名的控制论创始人维纳（，～）系统地总结了前人的成果，年发表了“控制论或关于在动物和机器中控制和通讯的科学”著作，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科的产生奠定了基础，标志着控制论学科的诞生。 控制论一词，来自希腊语，愿意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。后来西方学者将它改为 控制论是多门科学综合的产物也是许多科学家共同合作的结晶。但是，控制论的诞生和发展是与美国数学诺伯特.维纳的名字联系在一起的。 维纳少年时是一位天才的神童，他岁上大学，学数学，但喜爱物理、无线电、生物和哲学，岁考进哈佛大学研究生院学动物学，后又去学哲学，岁时获得了哈佛大学的数理逻辑博士学位。年刚刚毕业的维纳又去欧洲向罗素和希尔伯特这些数学大师们学习数学。正是多种学科在他头脑里的汇合，才结出了控制论这颗综合之果。维纳在年研究勒贝格积分时，就从统计物理方面萌发了控制论思想。第二次世界大
元胞自动机(CA)代码及应用 引言 元胞自动机（CA）是一种用来仿真局部规则和局部联系的方法。典型的元胞自动机是定义在网格上的，每一个点上的网格代表一个元胞与一种有限的状态。变化规则适用于每一个元胞并且同时进行。典型的变化规则，决定于元胞的状态，以及其（4或8 ）邻居的状态。元胞自动机已被应用于物理模拟，生物模拟等领域。本文就一些有趣的规则，考虑如何编写有效的MATLAB的程序来实现这些元胞自动机。 MATLAB的编程考虑 元胞自动机需要考虑到下列因素，下面分别说明如何用MATLAB实现这些部分。并以Conway的生命游戏机的程序为例，说明怎样实现一个元胞自动机。 ●矩阵和图像可以相互转化，所以矩阵的显示是可以真接实现的。如果矩阵 cells的所有元素只包含两种状态且矩阵Z含有零，那么用image函数来显示cat命令建的RGB图像，并且能够返回句柄。 imh = image(cat(3,cells,z,z)); set(imh, 'erasemode', 'none') axis equal axis tight ●矩阵和图像可以相互转化，所以初始条件可以是矩阵，也可以是图形。以下 代码生成一个零矩阵，初始化元胞状态为零，然后使得中心十字形的元胞状态= 1。 z = zeros(n,n); cells = z; cells(n/2,.25*n:.75*n) = 1; cells(.25*n:.75*n,n/2) = 1; ●Matlab的代码应尽量简洁以减小运算量。以下程序计算了最近邻居总和，并 按照CA规则进行了计算。本段Matlab代码非常灵活的表示了相邻邻居。 x = 2:n-1; y = 2:n-1; sum(x,y) = cells(x,y-1) + cells(x,y+1) + ... cells(x-1, y) + cells(x+1,y) + ... cells(x-1,y-1) + cells(x-1,y+1) + ... cells(x+1,y-1) + cells(x+1,y+1); cells = (sum==3) | (sum==2 & cells); ●加入一个简单的图形用户界面是很容易的。在下面这个例子中，应用了三个 按钮和一个文本框。三个按钮，作用分别是运行，停止，程序退出按钮。文框是用来显示的仿真运算的次数。 %build the GUI %define the plot button plotbutton=uicontrol('style','pushbutton',...
编译原理实验报告 实验名称不确定有限状态自动机的确定化 实验时间 院系计算机科学与技术学院 班级 学号 姓名
1.试验目的 输入：非确定有限（穷）状态自动机。 输出：确定化的有限（穷）状态自动机 2.实验原理 一个确定的有限自动机（DFA）M可以定义为一个五元组，M＝（K，∑，F，S，Z），其中： （1）K是一个有穷非空集，集合中的每个元素称为一个状态； （2）∑是一个有穷字母表，∑中的每个元素称为一个输入符号； （3）F是一个从K×∑→K的单值转换函数，即F（R，a）＝Q，（R，Q∈K）表示当前状态为R，如果输入字符a，则转到状态Q，状态Q称为状态R的后继状态； （4）S∈K，是惟一的初态； （5）Z?K，是一个终态集。 由定义可见，确定有限自动机只有惟一的一个初态，但可以有多个终态，每个状态对字母表中的任一输入符号，最多只有一个后继状态。 对于DFA M，若存在一条从某个初态结点到某一个终态结点的通路，则称这条通路上的所有弧的标记符连接形成的字符串可为DFA M所接受。若M的初态结点同时又是终态结点，则称ε可为M所接受（或识别），DFA M所能接受的全部字符串（字）组成的集合记作L（M）。 一个不确定有限自动机（NFA）M可以定义为一个五元组，M＝（K，∑，F，S，Z），其中： （1）k是一个有穷非空集，集合中的每个元素称为一个状态； （2）∑是一个有穷字母表，∑中的每个元素称为一个输入符号； （3）F是一个从K×∑→K的子集的转换函数； （4）S?K，是一个非空的初态集； （5）Z?K，是一个终态集。 由定义可见，不确定有限自动机NFA与确定有限自动机DFA的主要区别是： （1）NFA的初始状态S为一个状态集，即允许有多个初始状态； （2）NFA中允许状态在某输出边上有相同的符号，即对同一个输入符号可以有多个后继状态。即DFA中的F是单值函数，而NFA中的F是多值函数。 因此，可以将确定有限自动机DFA看作是不确定有限自动机NFA的特例。和DFA一样，NFA也可以用矩阵和状态转换图来表示。 对于NFA M，若存在一条从某个初态结点到某一个终态结点的通路，则称这条通路上的所有弧的标记（ε除外）连接形成的字符串可为M所接受。NFA M所能接受的全部字符串（字）组成的集合记作L（M）。 由于DFA是NFA的特例，所以能被DFA所接受的符号串必能被NFA所接受。 设M 1和M 2 是同一个字母集∑上的有限自动机，若L（M 1 ）＝L（M 2 ），则称有 限自动机M 1和M 2 等价。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b01480855.html, 有限状态自动机模型 作者：刘威 来源：《新课程·教师》2015年第09期 当我们用计算机进行问题的求解时，首先需要用适当的数据进行问题表示，然后再设计 相应的算法对这些数据进行变换处理来获得问题的求解结果。因此，对问题进行建模和形式化表示，然后进行处理是进行计算机求解的基本途径。数理逻辑、自动机理论给出了如何描述一些基本问题以及如何建立问题的抽象表示，并通过对这些抽象化的表示的性质和它的变化方法进行研究。这些模型都是问题数学模型的典范，给计算机问题求解提供了坚实的理论基础，是计算机求解问题的重要方法和思想。 计算机科学与技术学科是以数学和电子学科为基础发展起来的，一方面研究计算机领域 中的一些普遍规律，描述计算的基本概念与模型，其重点是描述现象、解释规律。另一方面是包括计算机硬件、软件的计算机系统设计和实现的工程技术，简单地说，计算机科学与技术学科通过在计算机上建立模型并模拟物理过程来进行科学调查和研究，它系统地研究信息描述和变换算法，主要包括信息描述和变换算法的理论、分析、效率、实现和应用。 所有问题的描述都要以计算机能识别的语言来实现，计算机语言的文法描述提供了生成 语言的手段，但是，对于语言句子的识别来说，我们需要一些识别语言的模型，我们可以称这种模型为语言的识别模型。这种识别模型应该满足必要的约束条件，首先模型具有有穷个状态，不同的状态代表不同的意义。按照实际的需要，模型可以在不同的状态下完成特定语言的识别。我们可以将输入数据中出现的符号组成一个字符的列表。模型将输入数据作为线性表来进行处理和变换。模型有一个初始的状态，它是系统的开始状态，系统在这个状态下开始进行问题的求解。模型中还有一些状态表示它到目前为止所读入的字符构成的字符串是模型从开始状态引导到这种状态的所有字符串构成的语言就是模型所能识别的输入。我们可以将此模型对应成有穷状态自动机的物理模型，在处理问题的时候，它可以接受一个关于问题的输入数据，数据以字符串的形式提供，我们把这些输入数据划分成一系列的小部分，每个部分由若干字符组成，为了不让输入数据量影响该模型对问题的处理，我们约定，输入数据从开始输入时的时间点开始处理，输入状态可以是无穷的，这就是说，从输入第一部分数据开始，输入端可以有任意长度的输入序列。而且，模型有一个有穷状态控制器，该控制器的状态只有有穷多个，并且规定，模型的每一个动作分为三步，读入待输入的字符，根据当前的状态和读入的字符改变有穷控制器的状态，读下一部分输入数据。计算机的各个组成部分，既包括硬件系统也包括软件系统，都可以对其进行形式化的定义，计算机的硬件系统包括中央处理器、存储器、外部设备，可以形式化地用一个三元组来描述，对计算机个各个硬件部分进行管理的软件的功能也可以用形式化的方法来描述，例如，操作系统的各个功能模块、处理器管理、线程调度、文件系统、设备驱动程序、网络通信管理、虚拟内存管理等都可以进行形式化的定义。有穷状态机就是进行这种形式化定义的模型，有穷状态机是一个五元组，分别是描述状态的有穷非空集合，它称为有穷状态机的一个状态，输入符号表，所有输入有穷状态机的关于问题的描述都是这个符号表中的符号组成的字符串。状态转换函数，表示有穷状态自动机在某一状态读入字符，将
有限自动机的最小化 (齐齐哈尔大学) 本文2000年5月14日收到.图2 M ’的转移图 摘要引进有限自动机中的不可区分状态概念,并给出一些已知结果新的、更简单的证明. 关键词有限自动机状态不可区分状态等价类 定义1设M =(Q ,Σ,δ,q 0,F )为有限自动机,且令q 1和q 2为不同的状态.如果存在x ∈ Σ3,使q 1,x —3q 3,e ,q 2,x —3 q 4,e ,且恰好q 3和q 4中只有一个在F 内,则称x 使得q 1和q 2可以区分. 定义2设q 1和q 2为不同的状态且属于定义1中的Q .称q 1和q 2是K 阶不可区分,且写成q 1≡K q 2,当且仅当不存在x ≤K 的x ,使q 1和q 2可以区分.称两个状态q 1和q 2是不可区且写成q 1≡q 2,当且仅当对于所有的K ≥0存在q 1和q 2的K 阶不可区分. 称状态q ∈Q 是不可到达的,假使不存在使得q 0,x —3 q ,e 的输入字符串x . 称M 是经过简化的,假使Q 没有一个状态是不可到达的和没有两个不同的状态是不可区分的.例1考虑转移图1所示的有限自动机M .|||第20卷第3期 高师理科学刊Vol.20No.32000年8月Journal of Science of Teachers ’Colle g e and U niversit y A u g .2000 图1M 的转移图 为了简化M ,首先消去状态F 和G 不可到达的.在下面的算法中,将看出在等价关系 “≡”之下的等价类是[A ]、[B ,C ]、[C ,E ],并依次以状态p 、q 、 r 表示,从而得到图1经过简化有限自动机M ’.丁春欣
元胞自动机简史 元胞自动机的诞生是人类探索人的认识本质的结果，也是计算技术巨大进步推动的结果。自古以来，人类认识一般问题的根本方法就是，建模和计算（推演）。模型是人类智力能理解自然世界的唯一方式。而元胞自动机正是一种可以用来建模也非常容易进行计算的理论框架和模型工具。最早从计算的视角审视问题的是关心人的认识本质的哲学家。笛卡尔认为, 人的理解就是形成和操作恰当的表述方式。洛克认为, 我们对世界的认识都要经过观念这个中介, 思维事实上不过是人类大脑对这些观念进行组合或分解的过程。霍布斯更是明确提出, 推理的本质就是计算。莱布尼兹也认为, 一切思维都可以看作是符号的形式操作的过程。进入20 世纪, 弗雷格, 怀特海、罗素等人通过数理逻辑把人类的思维进一步形式化, 形成了所谓的命题逻辑及一阶和高阶逻辑。在他们看来, 逻辑和数学, 都是根据特定的纯句法规则运作的。在这里, 所有的意义都被清除出去而不予考虑。在弗雷格和罗素的基础上, 维特根斯坦在他的早期哲学中把哲学史上自笛卡尔以来的原子论的理性主义传统发展到了一个新的高度。在维特根斯坦看来, 世界是逻辑上独立的原子事实的总和, 而不是事物的总和; 原子事实是一些客体的结合, 这些事实和它们的逻辑关系都在心灵中得到表达: 我们在心灵中为自己建造了事实的形象。人工智能事实上就是试图在机器中实现这种理性主义理想的一门学科。 在计算理论发展过程中, 阿兰·图灵(A. Turing) 的思想可以说是最关键的。在1936 年发表的论文中, 图灵提出了著名的图灵机概念。图灵机的核心部分有三: 一条带子、一个读写头、一个控制装置。带子分成许多小格, 每小格存一位数; 读写头受制于控制装置, 以一小格为移动量相对于带子左右移动, 或读小格内的数, 或写符号于其上。可以把程序和数据都以数码的形式存储在带子上。这就是“通用图灵机”原理。图灵在不考虑硬件的前提下, 严格描述了计算机的逻辑构造。这个理论不仅解决了纯数学基础理论问题, 而且从理论上证明了研制通用数字计算机的可行性。 图灵认为, 人的大脑应当被看作是一台离散态机器。尽管大脑的物质组成与计算机的物质组成完全不同, 但它们的本质则是相同。。离散态机器的行为原则上能够被写在一张行为表上, 因此与思想有关的大脑的每个特征也可以被写在一张行为表上, 从而能被一台计算机所仿效。1950 年, 图灵发表了《计算机器和智能》的论文, 对智能问题从行为主义的角度给出了定义, 设计出著名的“图灵测验,论证了心灵的计算本质, 并反驳了反对机器能够思维的9 种可能的意见。 与图灵提出人的大脑是一台离散态的计算机的思想几乎同一时期, 计算机科学的另一个 开创者冯·诺伊曼(J . von Neumann) 则开始从计算的视角思考生命的本质问题。一个人工的机器能够繁殖它自己吗? 当年笛卡尔在声称动物是机器的时候, 就曾被这个问题所难住。但冯·诺伊曼要回答这个问题, 他要找到自动机产生后代的条件, 他要证明机器可以繁殖! 为此, 冯·诺伊曼作了一个思想实验。他想象一台机器漂浮在一个池塘的上面, 这个池塘里有许多机器的零部件。这台机器是一台通用的建造器: 只要给出任何一台机器的描述,这台机器就会在池塘中寻找合适的部件, 然后再制造出这台机器。如果能够给出它自身的描述, 它就可以创造出它本身。不过, 这还不是完全的自我繁殖, 因为后代机器还没有对自身的描述, 它们因此不能复制自己。所以, 冯·诺伊曼继续假定最初的机器还必须包含一个描述复制器, 一旦后代机器产生出来, 它也从亲代那里复制一份关于自身的描述, 这样, 后代机器就可以无穷无尽地繁殖下去。 冯·诺伊曼的试验揭示了一个深刻的问题：任何自我繁殖的系统的基因材料, 无论是自然的还是人工的, 都必须具有两个不同的基本功能: 一方面它必须起到计算机程序的作用, 是一种在繁殖下一代时能够运行的算法, 另一方面它必须起到被动数据的作用, 是一个能够复制和传给下一代的描述。1953 年沃森和克里克揭示的DNA 结构和自我复制的机理。DNA 的特性正好具备冯·诺伊曼所指出的两个要求。 然而, 冯·诺伊曼对他自己的动力学模型并不十分满意。他不能充分地获得最小的逻辑前提, 因为该模型仍然以具体的原材料的吸收为前提。冯·诺伊曼感到, 该模型没有很好地把过程的
有限状态自动机的确定化 姓名：翟彦清学号：E10914127 一、实验目的 设计并实现将 NFA确定化为DFA的子集构造算法，从而更好地理解有限自动机之间的等价性，掌握词法分析器自动产生器的构造技术。该算法也是构造LR分析器的基础。 输入：非确定有限(穷)状态自动机。 输出：确定化的有限(穷)状态自动机二、实验原理 一个确定的有限自动机(DFA M可以定义为一个五元组，M k( K,E, F, S, Z),其中： (1)K是一个有穷非空集，集合中的每个元素称为一个状态； (2)刀是一个有穷字母表，刀中的每个元素称为一个输入符号； (3)F是一个从K XE^ K的单值转换函数，即 F (R, a)= Q ( R, Q€ K)表示当前状态为R,如 果输入字符 a,则转到状态 Q,状态Q称为状态R的后继状态； (4)S€ K,是惟一的初态； (5)Z K,是一个终态集。 由定义可见,确定有限自动机只有惟一的一个初态,但可以有多个终态,每个状态对字母表中的任一输入符号,最多只有一个后继状态。 对于DFAM,若存在一条从某个初态结点到某一个终态结点的通路，则称这条通路上的所有弧的标记符连接形成的字符串可为DFAM所接受。若M的初态结点同时又是终态结点，则称&可为 M所接受(或识别)，DFA M所能接受的全部字符串(字)组成的集合记作 L(M)。 一个不确定有限自动机(NFA M可以定义为一个五元组，M=(K, E, F, S, Z), 其中：( 1) k 是一个有穷非空集,集合中的每个元素称为一个状态； (2)E是一个有穷字母表，E中的每个元素称为一个输入符号； (3)F是一个从K xE^ K的子集的转换函数； (4)S K,是一个非空的初态集； (5)Z K,是一个终态集。 由定义可见，不确定有限自动机 NFA与确定有限自动机DFA的主要区别是： (1)NFA的初始状态S为一个状态集，即允许有多个初始状态； (2)NFA中允许状态在某输出边上有相同的符号，即对同一个输入符号可以有多个后继状态。即DFA中的F是单值函数，而NFA中的F是多值函数。 因此，可以将确定有限自动机DFA看作是不确定有限自动机NFA的特例。和DFA—样，NFA也可以用矩阵和状态转换图来表示。 对于NFAM,若存在一条从某个初态结点到某一个终态结点的通路，则称这条通路上的所有弧的标记(&除外)连接形成的字符串可为M所接受。NFAM所 能接受的全部字符串(字)组成的集合记作 L(M)。 由于DFA是 NFA的特例，所以能被DFA所接受的符号串必能被NFA所接受。 设M和M是同一个字母集E上的有限自动机，若 L (M)= L (M),贝U称有限自动机M和M等价。 由以上定义可知，若两个自动机能够接受相同的语言，则称这两个自动机等价。DFA是 NFA的特例，因此对于每一个 NFAM总存在一个DFAM，使得L (M) 二L (M)。即一个不确定有限自动机能接受的语言总可以找到一个等价的确定有限自动机来接受该
第三章 ******************************************************* ************************ 1．构造下列语言的DFA ( 陶文婧 02282085 ) （1）{0，1}* ，1 （2）{0，1}+ ，1 （3）{x|x∈{0，1}+且x中不含00的串} （设置一个陷阱状态，一旦发现有00的子串，就进入陷阱状态） （4）{ x|x∈{0，1}*且x中不含00的串} （可接受空字符串，所以初始状态也是接受状态） （5）{x|x∈{0，1}+且x中含形如10110的子串} （6）{x|x∈{0，1}+且x中不含形如10110的子串} （设置一个陷阱状态，一旦发现有00的子串，就进入陷阱状态）
（7）{x|x∈{0，1}+且当把x看成二进制时，x模5和3同余，要求当x为0时，|x|=1,且x≠0时，x的首字符为1 } 1.以0开头的串不被接受，故设置陷阱状态，当DFA在启动状态读入的符号为0，则进 入陷阱状态 2.设置7个状态：开始状态q s,q0:除以5余0的等价类，q1：除以5余1的等价类,q2:除以5 余2的等价类，q3:除以5余3的等价类，q4:除以5余4的等价类，接受状态q t （8）{x|x∈{0，1}+且x的第十个字符为1} （设置一个陷阱状态，一旦发现x的第十个字符为0，进入陷阱状态） （9）{x|x∈{0，1}+且x以0开头以1结尾} （设置陷阱状态，当第一个字符为1时，进入陷阱状态）
（10）{x|x∈{0，1}+且x中至少含有两个1} （11）{x|x∈{0，1}+且如果x以1结尾，则它的长度为偶数；如果x以0结尾，则它的长度为奇数} 可将{0，1}+的字符串分为4个等价类。 q0：[ε]的等价类，对应的状态为终止状态 q1:x的长度为奇且以0结尾的等价类 q2：x的长度为奇且以1结尾的等价类 q3: x的长度为偶且以0结尾的等价类 q4: x的长度为偶且以1结尾的等价类 （12）{x|x是十进制非负数}
元胞自动机的定义与构成及其特征 https://www.doczj.com/doc/b01480855.html, 2005-4-17 15:05:00 来源：生命经纬 尽管元胞自动机有着较为宽松，甚至近乎模糊的构成条件。但作为一个数理模型，元胞自动机有着严格的科学定义。同时，元胞自动机是一个地地道道的"混血儿"。是物理学家、数学家，计算机科学家和生物学家共同工作的结晶。因此。对元胞自动机的含义也存在不同的解释，物理学家将其视为离散的、无穷维的动力学系统;数学家将其视为描述连续现象的偏微分方程的对立体，是一个时空离散的数学模型;计算机科学家将其视为新兴的人工智能、人工生命的分支;而生物学家则将其视为生命现象的一种抽象。下面给出几种常见的定义: 1.元胞自动机的物理学定义 元胞自动机是定义在一个由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定局部规则，在离散的时间维上演化的动力学系统。 具体讲,构成元胞自动机的部件被称为"元胞"，每个元胞具有一个状态。这个状态只琵取某个有限状态集中的一个，例如或"生"或"死"，或者是256中颜色中的一种，等等;这些元胞规则地排列在被你为"元胞空间"的空间格网上;它们各自的状态随着时间变化。而根据一个局部规则来进行更新，也就是说，一个元胞在某时刻的状态取决于、而且仅仅家决于上一时刻该元胞的状态以及该元胞的所有邻居元胞的状态;元胞空间内的元胞依照这样的局部规则进行同步的状态更新，整个元胞空间则表现为在离散的时间维上的变化。 2.元胞自动机的数学定义 美国数学家L.P.Hurd和K·Culik等人在90年代初，对元胞自动机分别从集合论和拓扑学等角度进行了严格地描述和定义 (谢惠民，1994; Culik,II K，1990;李才伟,1997) 1)基于集合论的定义 设d代表空间维数，k代表元胞的状态，并在一个有限集合S中取值，r表元胞的邻居半径。Z是整数集，表示一维空间，t代表时间。 为叙述和理解上简单起见，在一维空间上考虑元胞自动机，即假定d=1。那么整个元胞空间就是在一维空间，将整数集Z上的状态集S的分布，记为S Z。元胞自动机的动
不确定有限状态自动机的确定化(NFA TO DFA)
不确定有限状态自动机的确定化（NFA TO DFA）2008-12-05 22:11 #include
void eclouse(char c,string &he,edge b[]) { int k; for(k=0;k 按模型的数学方法分： 几何模型、图论模型、微分方程模型、概率模型、最优控制模型、规划论模型、马氏链模型等 按模型的特征分： 静态模型和动态模型，确定性模型和随机模型，离散模型和连续性模型，线性模型和非线性模型等 按模型的应用领域分： 人口模型、交通模型、经济模型、生态模型、资源模型、环境模型等。 按建模的目的分： 预测模型、优化模型、决策模型、控制模型等 一般研究数学建模论文的时候，是按照建模的目的去分类的，并且是算法往往也和建模的目的对应 按对模型结构的了解程度分： 有白箱模型、灰箱模型、黑箱模型等 比赛尽量避免使用，黑箱模型、灰箱模型，以及一些主观性模型。 按比赛命题方向分： 国赛一般是离散模型和连续模型各一个，2016美赛六个题目（离散、连续、运筹学/复杂网络、大数据、环境科学、政策） 数学建模十大算法 1、蒙特卡罗算法 （该算法又称随机性模拟算法，是通过计算机仿真来解决问题的算法，同时可以通过模拟可以来检验自己模型的正确性，比较好用的算法） 2、数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法 （比赛中通常会遇到大量的数据需要处理，而处理数据的关键就在于这些算法，通常使用Matlab作为工具） 3、线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问题 （建模竞赛大多数问题属于最优化问题，很多时候这些问题可以用数学规划算法来描述，通常使用Lindo、Lingo软件实现） 4、图论算法 （这类算法可以分为很多种，包括最短路、网络流、二分图等算法，涉及到图论的问题可以用这些方法解决，需要认真准备） 5、动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法 （这些算法是算法设计中比较常用的方法，很多场合可以用到竞赛中） 6、最优化理论的三大非经典算法：模拟退火法、神经网络、遗传算法 （这些问题是用来解决一些较困难的最优化问题的算法，对于有些问题非常有帮助，但是算法的实现比较困难，需慎重使用） 7、网格算法和穷举法 （当重点讨论模型本身而轻视算法的时候，可以使用这种暴力方案，最好使用一些高级语言作为编程工具） 8、一些连续离散化方法 （很多问题都是从实际来的，数据可以是连续的，而计算机只认的是离散的数据，因此将其离散化后进行差分代替微分、求和代替积分等思想是非常重要的） 9、数值分析算法 （如果在比赛中采用高级语言进行编程的话，那一些数值分析中常用的算法比如方程组求解、矩阵运算、函数积分等算法就需要额外编写库函数进行调用）10、图象处理算法 （赛题中有一类问题与图形有关，即使与图形无关，论文中也应该要不乏图片的这些图形如何展示，以及如何处理就是需要解决的问题，通常使用Matlab进行处理） 算法简介 1、灰色预测模型（必掌握） 淮阴工学院 编译原理课程设计报告 选题名称:正规文法与有限自动机的相互转换系（院）:计算机工程学院 专业:计算机科学与技术（软件工程方向） 班级:软件1082 姓名:陈超学号: 02 指导教师:高丽王文豪江波于永彦 学年学期:2011 ~ 2012 学年第 1 学期 2012 年 01 月 07 日 摘要： 正规文法包括左线性文法和右线性文法。由于正规文法和正规表达式在描述语言的能力上是等价的，而正规表达式和有限自动机在描述语言的能力上也是等价的，因此，正规文法和有限自动机之间也存在着等价性。通常，对于正规文法G和有限自动机M，G所定义的语言记作L(G)，M所能识别的语言记作L(M)，如果有L(G)=L(M),则称G和M是等价的。 关键词：正规文法；有限自动机；等价性；构造方法 目录 1课题综述 (3) 目的 (3) 设计内容 (3) 设计原则 (4) 2系统分析 (4) 正规式 (4) 有限自动机（有穷自动机） (5) 向DFA的转换 (5) 正规式与有限自动机之间的转换 (6) 3系统设计 (6) 从正规文法到有限自动机 (6) 正规文法到有限自动机的等价性证明 (6) 正规文法到有限自动机的构造方法 (8) 从有限自动机到正规文法 (8) 有限自动机到正规文法的等价性证明 (8) 有限自动机到正规文法的构造方法 (9) 4代码编写 (10) 5运行与测试 (14) 1课题综述 目的 1.理解正规文法与有限自动机（FA）的本质联系； 2.掌握正规文法与有限自动机之间相互转化的算法原理； 3.学会使用Visual C++等编程工具实现正规文法与有限自动机之间的相互转化； 设计内容 使用Visual C++/Visual C#等工具，设计软件MySoft_3，可以实现以下功能： 自动机 2011—2012学年第二学期期末《自动线与自动线应用技术》 复习提纲 一、单项选择题 1、根据系统传递信号的性质，控制系统可分为（ C ）。《5页》 A、顺序控制系统和过程控制系统 B、伺服传动系统和数字控制系统 C、连续控制系统和离散控制系统 D、柔性制造系统和集成控制系统 2、下面（ D ）不属于自动机械的组成部分。 A、驱动系统 B、机械本体 C、检测系统 D、控制系统 3、连续作用型自动机的理论生产率计算公式为（ C ）。《27页》 A、Q T=1/(T k+T f) B、Q T=n p N C、Q p=1/(T k+T f+T n) D、Q T=1/n p N 4、下列卷料校直装置中（C）校直装置对卷料损伤较小。 A、梳形板式 B、固定销式 C、滚轮式 D、旋转式 5、假设循环时间4s，缓冲容量3min，则输送系统内应保持（ B ）个工件的缓冲量。《151页》 A、55 B、45 C、35 D、25 6、圆柱标机器人，至少具有（ A ）关节和两个移动关节，构成圆柱形的工作范围。《163页》 A、一个转动 B、两个转动 C、三个转动 D、四个转动 7、机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合，称为（D）。《160页》 A、定位精度 B、承载能力 C、最大工作速度 D、工作范围 8、液压传动系统的不足之处（ D ）。《189页》 A、较大的推力 B、介质的可压缩性小 C、较高的位置精度 D、液体的泄漏难于克服 9、柔性制造单元简称（C），是一种高效率、高精度和高柔性的制造单元。《103 页》 A、FMS B、AGV C、FMC D、RGV 10、在自动机循环图绘制中，关于空间同步化分析时，必须考虑（B）。《42页》 A、自动机循环周期 B、不同机构的空间干涉 C、各机构的运动关系 D、单个执行机构的循环问题 11、机电一体化系统中接口的基本功能是（B ）。 A、控制、检测、构造 B、提供动力、运行、检测 C、变换、放大、传递 D、完成动作、放大、控制 12、正常工作状态加工产品时，单位时间内生产的产品数量，称为（A）。《22页》 A、理论生产率 B、实际生产率 C、循环时间 D、停顿系数 13、机械手在自动生产线中属于（C）部分。 A、基本设备 B、运输存储装置 C、控制系统 D、检测装置 14、棒料上料装置应采用（ C）送料方式。《114页》 A、平板式 B、料斗式 C、料仓式 D、钢珠式 15、精加工时，因刀具直径不易做得过大，故（A ）一般用于加工100mm以下的孔。《85页》 A、铰孔 B、镗孔 C、钻孔 D、磨孔 16、具有一个转动关节和两个移动关节的机器人是（ C）式机器人。《163页》 A、直角坐标 B、球坐标 C、圆柱坐标 D、关节坐标 17、（d）是指机器人所具有的独立坐标轴的数目。 A、定位精度 B、承载能力 不确定有限状态自动机的确定化 【实验目的】 输入：非确定有限（穷）状态自动机。 输出：确定化的有限（穷）状态自动机。 【实验原理】 同一个字符串α可以由多条通路产生，而在实际应用中，作为描述控制过程的自动机，通常都是确定有限自动机DFA，因此这就需要将不确定有限自动机转换成等价的确定有限自动机，这个过程称为不确定有限自动机的确定化，即NFA确定化为DFA。 NFA确定化的实质是以原有状态集上的子集作为DFA上的一个状态，将原状态间的转换为该子集间的转换，从而把不确定有限自动机确定化。经过确定化后，状态数可能增加，而且可能出现一些等价状态，这时就需要简化。 【程序代码】 #include string first;//边的初始结点 string change;//边的条件 string last;//边的终点 }; int N;//NFA的边数 vector 元胞自动机理论基础 Chapter1 元胞自动机(Cellular Automata，简称CA，也有人译为细胞自动机、点格自动机、分子自动机或单元自动机)。是一时间和空间都离散的动力系统。散布在规则格网 (Lattice Grid)中的每一元胞(Cell)取有限的离散状态，遵循同样的作用规则，依据确定的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。不同于一般的动力学模型，元胞自动机不是由严格定义的物理方程或函数确定，而是用一系列模型构造的规则构成。凡是满足这些规则的模型都可以算作是元胞自动机模型。因此，元胞自动机是一类模型的总称，或者说是一个方法框架。其特点是时间、空间、状态都离散，每个变量只取有限多个状态，且其状态改变的规则在时间和空间上都是局部的。 1. 自动机 自动机(Automaton)通常指不需要人们逐步进行操作指导的设备(夏培肃，1984)。例如，全自动洗衣机可按照预先安排好的操作步骤作自动地运行;现代计算机能自动地响应人工编制的各种编码指令。完成各种复杂的分析与计算;机器人则将自动控制系统和人工智能结合，实现类人的一系列活动。另一方面，自动机也可被看作为一种离散数字动态系统的数学模型。例如，英国数学家A.M.Turing于1936年提出的图灵机就是一个描述计算过程的数学模型(TuringA M.，1936)。它是由一个有限控制器、一条无限长存储带和一个读写头构成的抽象的机器，并可执行如下操作: ·读写头在存储带上向左移动一格; ·读写头在存储带上向右移动一格; ·在存储的某一格内写下或清除一符号; ·条件转移。 图灵机在理论上能模拟现代数字计算机的一切运算，可视为现代数字计算机的数学模型。实际上，一切"可计算"函数都等价于图灵机可计算函数，而图灵机可计算函数类又等价于一般递归函数类。 根据存储带是否有限，可将自动机划分为有限带自动机(Finite Automaton)和无限带自动机(Infinite Automaton)。由于图灵机有无限长的存储带，所以为一种无限带自动机。有限带自动机常用作数字电路的数学模型，也用来描述神经系统和算法;而无限带自动机主要用来描述算法，也用来描述繁殖过程 (如细胞型自动机和网络型自动机)。 有限自动机是一种控制状态有限、符号集有限的自动机，是一种离散输入输出系统的数学模型。可将有限自动机设想成由一条划分为许多方格的输入带和一个控制器组成的机器:在输入带的每一个小格中可以容 纳一个符号，这些符号取自一个有限符号集S-控制器具有有限个可能状态(构成集合Q)。并在每一时刻仅处于其中的一个状态q;控制器有一个读入头，可以从输入带中读入符号;时间是离散的，初始时控制器处在状态;控制器的功能是根据其当前状态g和读入头从输入带上得到的符号a,来确定控制器的下一时刻的状态实现从状态q到状态q'，实现从状态q到状态铲q'的转移，并将读入头右移一格。控制器另一功能是识别终止状态(它们构成Q的一个子集F)，也可将该识别功能视为有限自动机的输出。 从数学上来定义，有限自动机是一个五元组: FA=(Q，S，δ，q0，F) 其中，Q是控制器的有限状态集、S是输入符号约有限集、δ是控制状态转移规律的Q×S到Q的映射(可用状态转移图或状态转移表表示)，q0是初始状态、F是终止状态集。若δ是单值映射，则称M为确定性有限自动机;若δ是多值映射，则称M为非确定性有限自动机。 自动生产线的应用及控制系统 (1)定义 人们把按照产品加工工艺过程，用工件储存及传送装置把专用自动机以及辅助机械设备连接起来而形成的、具有独立控制装置的生产系统称作自动生产线，简称自动线或生产线。 (2)特点 ①在自动生产线整个生产过程中，人工不参与直接的工艺操作，只是全面观察、分析生产系统的运转情况。 ②自动生产线的自动化程度取决于人工参与生产的程度。 ③生产线、CIMS、FA的概念。 (3)应用 ①定型、批量大、有一定生产周期的产品。 ②产品的结构便于传送、自动上下料、定位和夹紧、自动加工、装配和检测。 ③产品结构比较繁杂、加工工序多,难以操纵甚至无法保证产品的加工数量及质量。 ④以包装、装配工艺为主的生产过程。 ⑤加工方法、手段、环境等因素影响而不宜用自动机进行生产。 了解了自动生产线的定义及特点之后，我们再来为大家介绍自动生产线的组成及类型。 (1)自动生产线的组成 ①主要工艺设备：专用的自动机。 ②辅助工艺装置。 ③物料贮存、传送装置：包括传送、贮存和上下料装置。 ④检测控制装置：包括检测、信号处理和控制系统。 (2)自动生产线的类型 ①直线型。 将各种自动机加工设备及装置，按产品加工工艺要求，由传送装置将它们连接成一直线摆列的自动生产线，工件由自动线的一端上线，由另一端下线。这种排列形式的自动线称为直线型自动生产线，简称直线型。 根据自动机、传送装置、贮存装置布置的关系，直线型又可分成同步顺序组合、非同步顺序组合、分段非同步顺序组合和顺序—平行组合自动生产线，如图1和图2所示。 图1 顺序组合自动线 1—自动机2—传送装置3—贮存装置 图2 顺序—平行组合自动线 1—自动机2—传送装置 ②曲线型。 工件沿曲折线（如蛇形、之字形、直线与弧线组合等）传送，其他与直线型相同。 ③封闭（或半封闭）环（或矩框）型。 工件沿环形或矩形线传送 （a）矩框型自动线（b）环型自动线 1—输送装置2、4—转向装置3—自动机5—随行夹具 ④树枝型（或称为分支式）。 工件传送路线如同树枝，有主干，有分支。 元胞自动机Cellular Automate CA具有强大的空间运算能力，常用于自组织系统演变过程。它是时间空间状态都离散，空间相互作用和时间因果关系都为局部的网格动力学模型，具有模拟复杂系统演化过程的能力。自下而上的研究思路，充分体现了复杂系统局部的个体行为产生全局有秩序模式的理念。 地理现象属于典型的动态复杂系统，具有开放性、动态性、自组织性、非平衡性等耗散结构特征。CA可以模拟复杂城市系统的某些特征，但是单个的CA很难准确模拟复杂城市系统的所有特征，可以将复杂城市系统进行分解，用不同的CA模拟城市系统的不同特征。 GIS能够很好的解决部分空间相关问题以及静态问题但对复杂的时空动态变化地理现象难以实现，空间建模方面具有一定的局限性。 动态系统的建模： 计算领域的动态影响，大量的迭代运算，确定与空间位置相关的具有指示性的因素，多层叠加要素信息的提取，通达性的动态变化，迭代过程中空间变量的更新，动态变化过程的可视化，模型的校正 CA增强GIS空间动态建模的功能，可谓GIS空间分析的引擎。GIS在空间分析和空间决策方面有很好的应用，但在动态空间建模和操作方面有较大的局限性。CA强大的时间建模能力能够丰富GIS现有的时空分析功能。模拟各种现象随时空变化的动态性。 多智能体系统成为一种进行复杂系统分析与模拟的思想方法和工具，单个AGEnt具备一定的功能，但对现实中复杂的大规模的问题，单个Agent无法描述和解决，多个智能体之间具有互动性交互性反应性自主性特点，相互协作达到共同的整体目标。定义为有多个可以相互交互的Agent 计算单元所组成的系统。 地理空间系统是一个典型的复杂系统，动态发展是基于微观空间个体相互作用的结果。多智能体系统思想的核心就是微观个体的相互作用能够产生宏观全局的格局。当把多智能体系统引进地理模拟时，多智能体就带有空间属性和空间位置，其空间位置往往是变化的，与传统的多智能体有明显的不同。 CA侧重的是自然环境要素，无法考虑复杂的空间决策行为及人文因素，CA与多智能体系统结合起来，将社会经济及行为等属性赋给多智能体，使模型可以反映影响土地利用格局演变的人文因素。 GIS空间分析一般方法 空间查询和检索，空间量算。空间插值，叠置分析，缓冲区分析 CA基本特征 元胞分布在按照一定规则划分的离散的元胞空间上 系统的演化按照等间隔时间分步进行，时间变量取等步长的时刻点 每个元胞都有明确的状态，并且元胞的状态只能取有限个离散值 元胞下一刻演化的状态值是由确定的转换规则所决定 每个元胞的转换规则只由局部邻域内的元胞状态所决定 优点： 在CA中，物理和计算过程直接的联系是非常清晰 CA能用比数学方程更为简单的局部规则产生更为复杂的结果 能用计算机对其进行建模，而无精度损失 能模拟任何可能的自然系统行为 CA不能在约简 GIS提供了丰富的空间信息和强有力的空间数据处理平台，满足在空间格局方面分析的需要，但是时空动态发展过程比最终形成的空间格局更为重要。GIS与时空动态模型的耦合将会极大的增强现有GIS分析复杂自然现象的能力。GIS能解决时空动态模型海量数据的获取储存数学建模常用算法模型
正规文法与有限自动机的相互转换
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不确定有限状态自动机的确定化
元胞自动机理论基础
自动生产线的应用及控制系统
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