基于虛擬儀器的航天器外熱流系統設計

汪新舜，吳星云，沈 輝，侍 尉，陳延龍

(1.上海衛星裝備研究所，上海 200240；2.上海裕達實業有限公司，上海 200240)

0 引言

為了模擬航天器在外太空環境中，表面接收的動態外熱流，在地面環境模擬裝備中實施真空熱試驗不可或缺。目前國內外主要采用的是紅外熱流模擬方法，即采用程控直流電源給加熱裝置供電，通過測溫設備實時采集監測點溫度，使用控制策略智能調節電流來模擬空間外熱流[1-3]。對于飛行任務復雜、飛行周期長、航天器內部或者外部熱流變化大且溫控要求高的航天器，必須在地面進行長時間連續真空外熱流模擬試驗驗證功能。隨著國外對軍工單位的進口限制和國產儀器設備的迅速發展，在原有的測控系統中集成國產設備驅動的需求越來越多，不僅可以降低成本，還可以推動國內儀器技術的應用發展創新。

真空外熱流試驗測控系統一般由真空容器、被測航天部組件、溫度傳感器、加熱片或者加熱燈陣、溫度采集儀及程控可編程電源柜組成。測控系統軟件功能包括：溫度采集設備的配置、程控直流電源的配置、控制策略列表的配置實施、試驗數據的顯示與存儲、試驗過程監控、報警設置以及故障定位反饋修復等。

目前的航天器外熱流測控系統軟件主要存在以下不足：

1)程序框架耦合度較高，并發性較差，導致控制周期冗長，控制效果一般；

2)軟件未及時更新國產設備驅動，未模塊化編程，不同設備型號混合使用的兼容性一般；

3)缺乏自整定PID模塊，不便于處理航天器熱試驗過程中存在的非線性、參數時變性和模型不確定性問題；

4)試驗的溫度采集配置、電源工況配置、數據查看和測控任務執行平臺分散，導致程序的整體性較差，不便于試驗人員操作；

5)數據存儲和交互方式落后，限制了數據存儲的文件大小，不利于高速數據的處理；

6)故障代碼不夠全面，難以精確定位故障位置，未對故障發生的信息進行記錄存儲，缺乏自動恢復機制。

為了解決以上問題，根據航天某院真空熱試驗任務要求，開發了一種基于虛擬儀器的航天器真空熱試驗測控系統。基于LXI總線集成了數字萬用表、矩陣開關模塊和國產程控可編程電源等，在LabVIEW平臺下開發測控軟件，對軟件框架進行重新設計，功能模塊化編程；使用ActiveX等控件整合平臺，實現配置測控一體化；兼容國產和進口程控電源控制驅動；使用TDMS高速二進制文件存讀數據；新增自整定PID控制算法和故障自動定位恢復機制，具有效率高、控制精度高和系統穩定性強等特點。

1 測試需求

航天器真空外熱流測控系統的參數及要求如表1所示。

表1 測控需求表

測控系統主要任務包括熱電偶溫度采集與控制策略列表執行。熱電偶溫度采集時，需將熱電偶測量端貼至被動元件表面，參考端插入電子冰瓶中，熱電偶兩端連接至矩陣開關板卡，板卡插入數字萬用表，軟件遠程配置采集溫度；控制策略列表執行時，電源輸出端連接加熱片，加熱片貼在被動元件表面，編輯多個閉環開關開環控制工況和對應執行時間，形成工況列表，軟件加載自動化切換控制模式，同時系統還具備試驗數據存儲顯示和故障報警自動修復功能等。

2 系統硬件及原理設計

虛擬儀器技術是一種利用高性能模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來實現各種測試、測量和自動化的應用技術，具有開發周期短、通用程度高和部署方便靈活等優勢[4-7]。

航天器真空外熱流測控系統基于LXI工業總線開發，LXI總線是一種功能接口標準，定義了基于以太網802.3標準的接口技術，確保了儀器間的互通性，融合了其他儀器的高性能、體積小及高速吞吐率等特點，是新一代測控系統模塊化框架平臺標準[8]。

系統硬件集成了真空容器、被測航天器部組件、溫度傳感器、加熱片或者加熱燈陣、溫度采集儀及程控可編程電源柜等，通過繼電器開關動作切換熱控回路不同接入點至數字萬用表ADC模塊測量熱電偶溫度，程控電源柜根據控制策略輸出功率。設計時，選用KEITHLEY-2701數字萬用表，六位半(22位)精度，500通道/秒的掃描速率，搭載KEITHLEY-7708開關板卡，提供40個兩極通道或20個四極通道的多選切換功能，可以配置為兩組相互獨立的多路復用器，支持熱電偶、RTD和熱敏電阻溫度傳感器。當試驗熱電偶需配備多個通道時，可以將多臺KEITHLEY-2701數字萬用表通過LXI協議接入交換機進行組網；選擇國產大華DH1766-1三通道和DH1790-7單通道輸出精密型可編程直流電源，紋波有效值低于1 mV，峰峰值低于6 mV。DH1766-1有3個通道，分別支持32 V/3 A/96 W、32 V/3 A/96 W和6 V/3 A/18 W，DH1790-7單通道，支持160 V/7.5 A/360 W，集成了14臺DH1766-1和10臺DH1790-7，共52個通道。

試驗人員在搭建熱電偶采集回路時，采用外部電子冰瓶產生的標準0℃作為外部補償，將板卡通道CH1到CH40的H端分別與Y2-50ZJM插頭1～40芯相連，L端短接后與插頭49～50芯連接，通過罐體法蘭盤連接至罐內熱電偶銅導線，熱電偶正負極短接成為測量點，緊貼至被測部件表面，插頭的49～50芯銅導線與熱電偶負極康銅絲通過CX2-55M通孔針座連接至罐外，短接成為參考點放進0 ℃的電子冰瓶中。在搭建電源加熱回路時，DH1790-1、DH1766-7安裝在程控電源柜中，電源末端連接負載導線正負極，通過轉接航空插頭和罐體法蘭盤，連接至罐內加熱裝置。硬件連接如圖1所示，實現了數字萬用表、開關板卡、程控電源柜、真空罐體和待測回路之間的連接。

圖1 硬件連接示意圖

3 系統軟件結構及功能

測控系統軟件部分基于LabVIEW開發，它是美國國家儀器(NI)公司研制的程序開發環境。LabVIEW被稱為“G”語言，即圖形化編程語言，其核心是“數據流”，通過數據在連線上的流動，完成程序流程的控制及功能的實現[9-11]。

3.1 軟件整體設計

真空外熱流測控系統軟件采用模塊化編程，根據測控需求將軟件分為試驗登錄、試驗配置、試驗準備、試驗過程、試驗數據分析及程序維護等模塊，每個模塊又分為若干個小的功能模塊，這樣設計既方便調試和修改，又可靈活配置使用于不同應用場景。試驗登錄包括用戶權限管理及進入測控主界面顯示功能；試驗配置包括試驗信息配置、溫度存儲路徑配置、電壓電流存儲路徑配置、報警信息存儲路徑配置、遠程監控客戶端配置、測溫通道配置、控溫通道配置、電源程控配置、加熱回路配置及工況列表配置功能；試驗準備包括測溫電纜檢查、加熱電纜檢查、加熱片電阻檢測、熱響應試驗及PID參數整定功能；試驗過程包括加載測溫配置表、采集顯示溫度數據、配置開啟服務器、加載工況列表、執行控制策略、電壓電流數據回讀顯示、過程數據監控報警、故障反饋恢復策略、工況列表動態修改、執行策略動態修改及PID參數動態修改功能；試驗數據分析包括數據讀取、數據拼接及生成報表功能；程序維護包括用戶數據庫維護、設備驅動庫維護、試驗數據庫維護、控制策略維護及試驗表單維護等如圖2所示。

圖2 軟件功能模塊

軟件系統的運行模式如圖3所示，試驗配置人員、試驗準備人員、試驗值班人員、試驗監控人員、試驗故障備份人員及試驗系統維護人員通過相同的接口使用不同權限進行登錄，利用工業以太網將熱電偶采集配置表、電源控制策略列表及系統故障備份信息等試驗配置信息寫入試驗數據服務器中心和備用數據服務器中，試驗服務器中心根據電源控制策略列表將數據包通過LXI通訊協議分發至電源控制驅動和數采控制驅動，設備接收到指令開始試驗。試驗服務器中心發生故障，無法正常運行，啟用服務器之間的連鎖機制，備用服務器自動接管試驗。同時配備了試驗數據查看客戶端，多個用戶可以同時從服務器調取數據進行查看。

圖3 軟件系統運行模式

程序使用多線程編程，為了防止數據傳遞的丟失及線程耦合產生競爭關系，重新設計了程序框架，使用生產者消費者隊列處理機制[12]，如圖4所示，在寄存器中開辟獨立棧進行事件或數據的隊列出入棧操作，執行溫度數據高速多通道實時采集、程控電源群PID控制、同時執行工況列表定時加載、數據存儲解析以及記錄等一系列事件。實現了事件線程之間的解耦合，確保了程序的穩定性。

圖4 軟件設計框架

3.2 繼電反饋式PID自整定

基于繼電反饋自整定方法是在多次測試實驗基礎上，逐步獲得系統某一特性參數。程序不需要對系統有深入的了解，在實驗過程中不斷調節來實現某一特殊地可以觀察的系統特性，微調試驗可以獲得較準確的系統參數[13-15]。在控制系統中，有兩種狀態：測試狀態和控制狀態。在測試狀態下，由一個繼電環節來測試系統的振蕩幅值和頻率，獲得系統的頻域信息，構建相似的模型結構，采用選定的控制策略獲得系統的控制參數；在控制狀態下，使用上一個測試狀態得到的控制參數運行系統。測試狀態伴隨著測試條件的變化而改變，反復循環獲得最佳參數，基于繼電反饋的自整定工作原理圖如圖5所示。

圖5 基于繼電反饋的PID自整定工作原理圖

描述函數法是最常用的確定臨界增益和臨界頻率的方法之一。該方法利用繼電非線性環節輸入信號與輸出信號之間的基波分量關系來近似分析的一種有效方法[16]。標準繼電的描述函數為：

(1)

其中:d為繼電環節的幅值，a為振蕩曲線的幅值。假設G(jω)奈氏曲線與-1/N(a)曲線在負實軸處相交，而對象的奈氏曲線與描述函數的負倒數曲線的交點稱為臨界點，定義對象的臨界點頻率為ωμ如下：

arg{G(jω)}=-π

(2)

因此我們可以估計振蕩周期Tμ和臨界增益Kμ:

(3)

(4)

使用Z-N公式作為整定規則，Z-N整定規則在控制工程實踐中有著廣泛的應用，對于P、PI和PID控制器的設定如表2所示。

表2 Z-N的PID參數整定公式

在測試狀態的循環中，程序對采集到的被控過程量進行標度變換，與設定值進行比較，使用Z-N規則自整定，如果被控過程輸出量小于設定值，則繼電器導通狀態輸出的控制量電壓幅值為M；反之，如果被控過程輸出量小于設定值，則繼電器導通狀態輸出的控制量電壓幅值為m。將控制量轉換為PWM波，M的占空比為100%，m的占空比為0%，使用模擬量輸出進行自整定，由環振蕩曲線計算出對象的振蕩周期Tμ和臨界增益Kμ，程序依據表格2的Z-N臨界比例度整定公式計算出PID參數。在控制狀態的循環中，使用整定出的控制參數進行閉環控制。多次反復以上循環，獲得最終自整定參數，模塊的前面板和程序框圖如圖6所示。

圖6 基于繼電反饋的自整定PID前面板和程序框圖

基于繼電反饋的PID自整定控制器具備較好的魯棒性，這種方法的優點在于，測試過程不需要任何信號發生設備，系統產生的振蕩是非線性系統的內部特征；整定過程在閉環中進行，系統的抗干擾能力強，克服系統非線性對參數整定的影響，但是對于純滯后的低階系統，整定后的參數偏差較大[17]，其缺點如下：

1)對于純滯后較大的系統，繼電整定后的系統幅值裕度不夠，出現較大的振蕩；

2)對于小滯后或對象階次較低的情況，臨界頻率太高，校正后的系統帶寬過大；

3)無法單獨整定積分和微分時間。

在航天器外熱流實驗中，該方法不適合加熱籠熱傳導式的PID自整定，適用于貼片式熱傳遞PID自整定。

3.3 模糊規則PID自整定

模糊控制對數學模型的依賴性弱，不需要建立過程的精確數學模型，模糊PID控制是結合模糊規則與PID的一種控制方式，利用模糊邏輯并根據一定的模糊規則對PID的比例、積分和微分系數實施優化以達到理想的控制效果[18]，模糊PID的控制原理圖如圖7所示。

圖7 模糊PID控制原理圖

模糊控制是兩輸入三輸出的控制器，以誤差E和誤差變化率Ec為輸入，以PID的參數修正值ΔKP、ΔKI和ΔKD為輸出。規定誤差E和誤差變化率Ec的實際變化范圍即基本論域[Emin,Emax]和[Ecmin,Ecmax],取量化因子GE，將誤差離散化為N檔：

(5)

誤差所取的模糊集合為[-N,-N+1, …,0, …N-1,N]，即ei=EiGE。同理對Ec進行模糊化處理。對于模糊控制輸出的模糊集合，通過比例因子Gu，將實際輸出映射至基本論域[-u,u]，即ui=UiGu。采用的模糊論域為[NB(負大)、NM(負中)、NS(負小)、ZO(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)]，7個模糊語言變量。模糊言語值是通過隸屬函數來描述的，工程上常采用三角隸屬函數、S型隸屬函數、Z型隸屬函數和高斯隸屬函數等作為隸屬函數。使用LabVIEW提供的模糊系統設計器，設置三角隸屬函數界面如圖8所示。

圖8 三角隸屬函數設置界面

獲得E和Ec的隸屬度值后，建立針對模糊控制輸出ΔKP、ΔKI和ΔKD的量化模糊控制規則表，獲得隸屬值后，選擇適當的解模糊算法進行運算，常用的解模糊方法有：最大隸屬度法和加權平均法(重心法)等[19]，使用重心法計算各輸出的量化值，其公式如下：

(6)

其中:M為隸屬度，F為模糊量化值，由于隸屬函數的特性，在任意方向上的隸屬度之和為1，所以每一個對象的計算等同于矩陣計算，公式如下：

(7)

結合量化系數Gu得到最終K值，公式如下：

Kn=Kn-1+ΔK×Gu

(8)

以溫差和誤差變化率作為二維輸入，ΔKP、ΔKI和ΔKD的增量作為三維輸出，根據溫度控制精度要求，自定義基本論域，添加隸屬函數，生成多條模糊規則，程序提供5種去模糊化方法：面積中心、改進面積中心、中心、最大值中心和最大值平均，用戶根據需求自行選擇。譬如取溫度誤差變化率為0.005 ℃，溫度誤差為0.2 ℃，通過上述操作，得到ΔKP的增量為-0.000 702 895，同理可以得到ΔKI、ΔKD的增量。使用模糊系統設計器生成以fs為后綴的二進制文件，作為模糊控制系統的模糊規則輸入文件，對文件進行系統仿真測試，LabVIEW加載文件進行PID參數自整定，仿真界面和程序框圖如圖9所示。

圖9 仿真界面及程序框圖

3.4 故障自動修復機制

軟件的工作及故障修復機制流程圖如圖10所示，硬件設備在試驗的過程中，由于長時間運行出現故障，不及時修復會對航天器部組件產生不可估計的損壞，尤其是在高溫工況加熱階段，上位機失去對電源的控制，會出現試驗對象被燒毀的現象。新增的故障修復機制根據經常發生的故障類型編制，故障類型分為儀器通訊失聯和儀器元器件損壞兩類，儀器通訊失聯，假設是由儀器通訊模塊穩定性造成的，啟用自動重連機制，重連成功后繼續試驗；假設儀器已損壞，配備了可替換的硬件設備，自動切換至備用設備繼續試驗，保證了試驗運行的安全性和連續性。

圖10 軟件故障修復機制流程圖

3.5 試驗配置

試驗系統的用戶信息存儲在服務器數據中心，使用SQL語言訪問進行增刪改查，在試驗登錄界面輸入用戶名和密碼信息，程序自動比對數據庫，提供系統最后登錄時間、用戶權限和登錄次數等信息。用戶權限分為管理員、操作員和觀察員兩種，管理員擁有用戶管理的權限，即用戶、密碼及使用權限更改；操作員可以使用試驗程序，無用戶管理權限；觀察員只能登陸查看試驗數據顯示界面，無用戶管理權限，無操作權限。

對于溫度采集配置，用戶需輸入待測溫度點名稱、傳感器類型、上下限報警值和受控電源名稱，選擇是否作為控制反饋點。對于電源控制配置，需編輯執行工況和工況列表。在執行工況中，寫入電源個數、電源類型、控制方式、跟隨電源、電源名稱、電源地址、限定電流、設定電流、設定溫度、上限溫度及下限溫度，其中電源類型包括國產大華DH1790-7、DH1766-1和安捷倫N5750等，控制方式包括開環、開關、閉環和自整定控制。在工況列表中，設定多個工況的執行時間，形成列表，加載至程序中，實現長時間工況自動切換的效果。所有的配置文件均以EXCEL形式編輯存儲。在存儲文件配置界面中，輸入試驗名稱信息，生成數據存儲路徑，在數據存儲文件夾中，生成3個數據文件，分別用來存儲溫度、電壓電流和故障報警信息。

對于試驗備用設備配置，遠程監控客戶端在另外一臺上位機上開啟，配置IP地址和端口號，用來與試驗控制上位機進行通訊，試驗控制上位機一旦出現異常，丟失了與遠程監控客戶端的連接，遠程監控客戶端從數據服務器中心獲取加載試驗配置信息，切換為試驗控制上位機，接管試驗；配置備用的數據采集儀和程控電源的IP地址，當原有的設備發生故障無法重連，程序自動切換使用備用設備的IP地址進行試驗。

3.6 試驗工況

試驗準備需要進行測溫電纜的檢查，測溫電纜一端連接熱電偶或者PT100，另外一段通過真空法蘭盤接到罐外，使用萬用表依次測量熱電偶導通或者PT100阻值檢查是否正常。加熱電纜一端連接加熱片或者紅外燈籠，另外一段通過真空法蘭盤接到罐外，使用萬用表依次測量加熱元器件的阻值檢查是否正常。對于熱系統設計比較復雜，對控溫速率及精度要求較高的航天組件，可以使用自整定PID模塊，提供了階躍開環，階躍閉環，繼電器及模糊規則PID自整定控制策略，在試驗開始前獲得整定的PID參數。

正式的真空外熱流試驗開始前進行熱響應試驗，使用單臺電源加熱回路測試模塊，根據試驗配置表，依次對程控電源做輸入電流指令操作，檢測通訊是否正常，通過加熱反饋溫度，檢測加熱片性能是否正常。

在試驗工況執行界面中，向用戶提供了電源控制界面、溫度數據顯示、電源實時曲線顯示和故障報警信息4個選項卡。打開溫度數據顯示選項卡，加載熱電偶配置EXCEL，開始采集溫度，數據顯示在曲線圖中，由于數據量龐大，每一個小時分割存儲，可使用提供的回看軟件進行拼接顯示。打開電源控制界面，加載工況列表，程序自動比對時間開始試驗，電源控制界面如圖11所示。在電源實時曲線顯示界面中，查看電源的電壓電流實時輸出曲線。用戶可以在故障報警信息界面中，查看上位機、電源、數采故障和溫度上下限報警信息。在試驗執行的過程中，用戶根據試驗過程數據動態靈活地修改工況列表，同時登錄多個試驗監控客戶端從服務器中心調取瀏覽實時試驗數據。

圖11 程序控制界面

3.7 數據管理及軟件維護

試驗數據分為EXCEL配置文件和TDMS存儲文件。TDMS是一種二進制記錄文件，兼顧了高速易存儲等優勢，其寫入文件的速度可以達到600 M/S,廣泛應用在測量測控行業[20]。數據全部存儲在服務器中心備份，在試驗過程中，用戶可靈活地對配置文件進行修改，對存儲文件讀取查看。

試驗數據文件夾中生成了溫度、電源電壓電流和報警記錄數據，以試驗信息命名，TDMS格式保存，試驗數據每一個小時分割存儲，使用提供的歷史數據拼接回看程序，如圖12所示，加載數據文件夾，選擇需要查看的數據，按照時間順序依次添加至數據列表中，拼接顯示在曲線圖中。軟件使用ActiveX控件調用WORD，一鍵生成試驗報告。ActiveX是Microsoft對于一系列策略性面向對象程序技術和工具的稱呼[21]。在報告中包括工況執行，開關和閉環控制的精度分析等信息。試驗人員依據報告判斷試驗流程執行情況，用戶依據報告判斷試驗是否達到預計效果。

圖12 數據回看界面

軟件維護包括用戶數據庫維護、試驗數據庫維護、試驗表單維護、設備驅動庫維護及控制策略維護。用戶數據信息包括用戶名、密碼、權限、使用時間及使用次數等，存儲在試驗數據服務器中心，管理人員在試驗前后，對用戶信息進行增刪改查；試驗數據存儲在數據服務器中心，試驗結束后，由用戶拷貝分析，試驗管理人員及時整理存儲空間，為下次試驗做準備；不同的航天器真空外熱流試驗需要監測和控制的參數存在差異，用戶提供需求，試驗管理人員定制化維護編制試驗表單。

設備驅動庫采用模塊化編程，模塊采用數據流方式驅動，如圖13所示，程控電源驅動程序塊輸入設備名稱、IP地址、設定電壓、設定電流、限定電流及錯誤信息等參數，輸出設備IP、實時電壓、實時電流及錯誤信息等參數。當程控電源品種增加或更新驅動時，軟件維護人員只需要對程控電源驅動程序塊進行修改。數采設備程序塊輸入設備名稱、IP地址、采集通道數、傳感器類型、采集間隔及錯誤信息等參數，輸出設備IP、實時溫度及錯誤信息等參數。當數采設備品種增加或更新驅動時，軟件維護人員只需要對數采設備程序塊進行修改。設備驅動的模塊化設計，提高了程序的易維護性和可擴展性

圖13 設備驅動程序塊

控制策略分為開關控溫和閉環控溫兩個功能部分，采用用模塊化編程，如圖14所示。開關電源控溫程序塊輸入控制溫度、上限溫度、下限溫度、設定溫度、限定電流及錯誤信息等參數，輸出實時電流、實時溫度及錯誤輸出等參數。開關控溫旨在將溫度控制設定的上下限區域內。閉環控溫程序塊輸入控制溫度、控制模式、PID參數、設定電流及錯誤輸入參數，輸出實時電流、實時溫度及錯誤輸出等參數。控制模式支持階躍開環，階躍閉環，繼電器，模糊規則自整定控制，支持標準P，PI，PID控制，閉環控溫旨在將溫度動態控制在設定恒定值，控溫穩定誤差不超過±0.4℃。當控制策略需要增加或更新時，軟件維護人員只需要對控制策略程序塊進行修改，方便開發人員進行控制算法的維護和升級。

圖14 控制策略程序塊

4 試驗結果與分析

系統設計開發完成后，選取典型的溫度階梯控制工況進行試驗，使用多臺大華DH1790程控電源，分別控制加熱片和加熱燈陣的輸出，使用KEITHLEY-2701數字萬用表采集熱電偶的溫度，被控對象為航天器部組件。編寫工況列表，程序根據設置時間，自動切換被控對象的溫度為32 ℃、39 ℃、45 ℃，做溫度階梯試驗，試驗結果如圖15所示，在溫度轉換的過程中，未開啟任何制冷設備，溫升較快，更能考驗系統自整定PID參數的超調回調能力。

圖15 階梯控溫試驗結果

綜上，試驗總體溫度超調量不超過0.5 ℃，動態穩定誤差不超過±0.4 ℃。試驗結果表明，使用新的生產者-消費者程序框架，在控制周期中，多臺電源采用不同類型的傳熱控溫方式，溫升速度、超調量和動態穩定誤差等曲線參數幾乎保持一致，驗證了新的程序框架處理多線程多任務復雜場景的解耦合和高并發性能。使用了新增的自整定PID算法，適應性好，解決了控制系統快速性、小超調量和小誤差性之間的矛盾，更適合復雜航天器的真空外熱流試驗系統。

5 結束語

基于虛擬儀器的航天器外熱流系統采用模塊化設計，通過LXI總線集成數字萬用表、矩陣開關和程控電源等設備，結合LabVIEW環境開發軟件，實現了大通道溫度采集和電源智能控制，使用改善的軟件框架和故障處理機制，穩定安全地在真空環境下模擬了航天器表面接收的外熱流；引進自整定控制算法，大幅提升試驗效率，提高控溫精度。該系統可實現多種復雜航天器的真空外熱流試驗，節約人力成本，具有使用方便靈活和系統穩定性強等優點。