面向虚实结合的线性系统理论实验教学模式探索

针对纯虚拟仿真模式存在实验结果理想化、实践综合性不足的局限性,基于“相似系统”原理提出一种虚实结合的线性系统理论实验教学模式。首先对真实实验装置分析其机理关系并建立被控对象数学模型,基于相似系统原理利用电子元器件设计模拟电路系统代替真实实验装置。然后,对建立的被控对象数学模型,在MATLAB软件平台进行控制算法设计与仿真分析。最后,综合利用NI USB-6008数据采集卡和OPC通信协议建立闭环控制系统,实现对控制算法的验证与分析。在实际教学过程中的应用效果表明,这种虚实结合的实验模式有助于增强学生对线性系统理论的理解,同时也锻炼了学生的理论联系实际的能力。

全位移视觉机器人实训平台设计

针对高校智能机器人实训课程,设计了一种全位移视觉机器人实训平台。以麦克纳姆轮与直流电机配合控制实现全位移;基于SolidWorks完成机器人底盘,双轴云台等机械结构设计。硬件系统由STM32F405核心板,搭载英伟达Jetson Nano视觉系统组成。采用串级PID控制算法实现实时运动及跟踪控制。实训平台融合机械设计、电路设计、先进控制、自动识别、图像处理等技术,基于此平台的实训课程,学生可以系统地学习机器人结构、电源供给、电机驱动、传感器技术及典型控制算法等知识,进而开展自主设计,完成更多综合性、创新性、探索性实验项目。

基于模糊控制的全位移平衡机器人设计

设计了一种模糊控制的四轮全位移平衡机器人,通过SolidWorks改进设计了基于麦克纳姆轮的全位移平衡底盘、双轴云台等机械结构。以Altium Designer为开发平台设计了STM32F405核心板主控,外设电路设计主要包括:ICM20948传感器电路、CAN通信差分电路等。使用Simulink对算法进行仿真验证,云台控制算法使用了串级PID控制,底盘通过HI220陀螺仪传感器结合模糊控制算法实现平衡及运动。最终制作出了实体机器人并对模糊控制算法进行了验证,与传统PID算法相比,基于模糊控制的平衡机器人在响应速度、鲁棒性、稳定性等方面均有一定的提升。相比于传统四轮机器人,制作的平衡机器人能够更好地通过狭小的空间,对环境的适应性更强。

蓄电池电路火焰检测实验平台设计

介绍了蓄电池电路的起火原因,设计了基于视频图像处理的蓄电池电路火焰检测实验平台。该实验平台首先对蓄电池电路的监控视频图像进行特征提取,分割出火焰目标,并进行图像增强,然后监控特征参数的变化趋势,对火焰进行报警。该实验平台可以用于课堂演示、实验教学和学生自主探究,有助于学生熟练掌握电路故障知识、视频图像处理方法和故障诊断方法,有利于培养学生的学科交叉和工程实践能力。

环形自激振气举泵提升性能试验研究

为提高气举泵的提升效率,设计了一种带有振荡腔结构的新型气举泵,通过振荡腔对混合流的激励作用,增强气液混合物在提升管内的输运能力。计算了提升管内气液两相流流型随气相速度的变化规律,并通过试验对比分析振荡腔结构与无振荡腔结构在不同浸没率下,排水量、峰值点位置、提升效率随着进气量增加的变化规律。结果表明:受提升管内流型变化的影响,排水量随着进气量增大存在先升后降的趋势;进气量<75 m^(3)/h时,有振荡腔结构提升效率高于无振荡腔结构,进气量>75 m^(3)/h时,提升效率低于无振荡腔结构,最佳进气量范围在50~75 m^(3)/h之间;新型结构气举泵提升性能受进气量、浸没率影响,存在最佳工况,且在最佳工况范围内,相较于传统结构效率提高10%~20%。研究结果可为气举泵的优化设计提供参考。

基于曲波变换 联合双边滤波的二维地震数据随机噪声去除方法研究

在地震数据去噪处理中,曲波变换硬阈值法容易导致弱同相轴模糊,为此,提出了一种基于曲波变换联合双边滤波的地震随机噪声去除方法。曲波系数尺度分析结果表明,粗尺度信号主要表征地震数据构造特征;中尺度信号通常包含大量的弱同相轴的信息;细尺度信号通常包含噪声信息。曲波变换联合双边滤波方法对粗尺度信号进行双边滤波处理,对中间尺度信号进行联合双边滤波处理,对细尺度信号应用硬阈值处理。曲波变换可以较好地处理多方向的线状变化特征,而联合双边滤波具备引导图,可以修复有效信息的关键特征,提高弱同相轴的连续性。叠前和叠后数值模拟测试和实际地震数据处理结果表明,曲波变换联合双边滤波方法的去噪结果优于曲波变换硬阈值法和小波变换方法,具有更高的信噪比和峰值信噪比。该方法克服了曲波变换硬阈值法的局限性,不仅能够较好地去除随机噪声,而且增强了弱同相轴的能量,提高了弱同相轴的连续性。

补肾健脾方治疗放射工作者亚健康疲劳的临床研究

【目的】调查放射工作者亚健康疲劳的发生率,观察补肾健脾方治疗放射工作者亚健康疲劳的临床疗效。【方法】以广州市各级医疗卫生机构1 056名放射工作者为调查对象,采用流行病学调查和随机对照临床试验方法,从中抽取符合纳入标准的60例,随机分为治疗组和对照组各30例,对照组给予健康宣教、促进健康生活方式干预,治疗组在此基础上给予自拟补肾健脾方治疗,疗程4周,观察2组干预前后《多维疲劳量表》与《疲劳症状观察表》积分情况并评价疗效。【结果】(1)有效回收问卷976份,有效回收率为92.4%。976名放射工作者中,亚健康者652人(66.8%),亚健康疲劳者205人,占亚健康状态人群31.4%。(2)临床试验表明,治疗组总有效率为80.0%,对照组为36.7%,治疗组的临床总疗效优于对照组,2组比较差异有统计学意义(P<0.01)。(3)治疗后,治疗组的疲劳量表得分和疲劳症状积分均显著下降(P<0.01),而对照组治疗后均有所下降,其中疲劳症状积分的下降差异有统计学意义(P<0.05);治疗组疲劳量表得分和疲劳症状积分的下降作用均优于对照组(P<0.05或P<0.01)。【结论】放射工作者亚健康疲劳的发生率较高,补肾健脾方可以有效缓解这一状态。

基于双层局部KPCA的非线性过程微小故障检测方法

针对传统核主元分析(KPCA)方法难以有效检测微小故障的问题,提出一种基于双层局部核主元分析(double-level local kernel principal component analysis,DLKPCA)的非线性过程微小故障检测方法。该方法从变量和样本两个角度来挖掘数据内部的局部信息,以提高故障检测能力。首先,利用变量分块思想,基于不同变量与核主元之间互信息相关度的相似性,将所有过程变量划分多个局部变量块。然后,构建基于得分向量和特征值的残差函数以挖掘样本局部信息。最后利用贝叶斯融合策略对各块的结果进行融合。在田纳西-伊斯曼基准过程的仿真结果表明,在微小故障检测方面,本文所提方法具有比传统KPCA方法更好的故障检测性能。

一种基于KPCA的非线性故障诊断方法

介绍了一种非线性故障检测方法———核主元分析法(KPCA),通过核函数来完成非线性变换,将变量由非线性的输入空间转换到线性的特征空间.在特征空间中使用PCA计算主元,构造T2和SPE统计量检测过程故障的发生.提出了一种KPCA贡献图计算方法,根据测量变量和非线性主元的相关性,计算测量变量的贡献量绘制贡献图,用于故障变量的分离.仿真结果表明,KPCA方法可以比PCA方法更加迅速的检测到故障的发生,利用KPCA贡献图可以较好的辨识出故障变量.

脉冲电浮-曝气-脉冲电浮法处理皮革废水

皮革废水难降解物质含量高,且含有大量的悬浮物质,对环境污染很大。本文采用脉冲电浮水处理成套设备,和脉冲电浮-曝气-脉冲电浮的处理工艺对某皮革企业排放的制革废水进行处理。经实验验证,处理后的水能达到国家一级排放标准。

基于多阶段多向核熵成分分析的间歇过程故障检测方法

针对间歇过程的非线性、多阶段特性,提出一种基于多阶段多向核熵成分分析(multistage-MKECA,Ms MKECA)的故障检测方法。针对间歇过程的多阶段特性,建立一种时序核熵主元关联度的矩阵相似性阶段划分方法,实现对间歇生产过程的多阶段划分;针对传统批次展开方式在线监控需要预估批次未来值的缺陷,进一步引入一种批次-变量三维数据展开方式建立每个阶段的MKECA非线性统计模型,实现对间歇过程的分阶段监控。最后对盘尼西林发酵过程开展仿真研究,结果表明所提方法能够比传统MKECA方法更为快速地进行故障检测。

脉冲电浮水处理过程中的运动学数学模型

针对脉冲电浮水处理装置的特点，分析了影响该技术处理效果的因素，根据絮凝过程运动学的理论，以钢球模型的简化方式建立自由粒子浮选去除模型，仿真得到自由粒子浓度随时间变化过程。该数学模型为设计絮凝池尺寸参数，以及选择电浮处理参数提供理论依据。结果表明：当处理时间为20-25min时，可以使自由粒子去除率达到90％以上，这与实验数据相当吻合。

面向现代控制理论实验教学的倒立摆虚拟仿真系统

针对现代控制理论实验资源紧张问题,提出一种基于倒立摆机理模型的开放式虚拟仿真系统开发方法。首先,根据装置机理建立倒立摆系统的状态空间模型;然后应用LabVIEW软件绘制倒立摆装置操作界面,并编制后台程序实现其模型仿真;最后利用OPC技术实现虚拟仿真系统变量数据的共享,以方便学生测试控制算法。该仿真系统不但具有良好的人机交互界面,能够较好地模拟真实实验装置,而且具有很好的开放性,为学生自主编程留下了充足空间,有助于其创新能力培养。

生产过程故障诊断方法研究现状及展望

回顾了过程故障诊断技术的研究历史,对已形成的故障诊断方法分三类进行了总结,特别对近年来形成的基于数据分析的方法进行了分析,最后指出了过程故障诊断技术现存的问题,同时指明了故障的预报方法、辨识方法、诊断系统的鲁棒性和非线性研究以及大型、实用故障系统的构建将是该领域研究中近期的发展方向。

基于鲁棒规范变量分析的故障诊断方法

针对工业过程的建模数据中含有离群点的情况,提出一种基于鲁棒规范变量分析(CVA)的故障诊断方法.该方法使用相关系数的鲁棒估计代替传统的相关系数,通过基于粒子群算法的投影寻踪技术计算最大化鲁棒相关系数的规范变量,从而建立统计模型并监控统计量检测过程的变化.连续搅拌反应器(CSTR)系统的仿真结果说明,鲁棒规范变量分析方法能在含离群点数据的基础上建立准确的统计模型,比规范变量分析更有效地监控过程变化.

连续搅拌反应釜机理建模与开放式虚拟仿真系统开发

以一类常见的化学反应器——连续搅拌反应釜(CSTR)为虚拟仿真对象,提出一种基于化学反应器装置机理模型的开放式虚拟仿真系统开发方法。首先,使用机理分析法建立数学模型;然后,在LabVIEW软件中构建工艺流程界面,并基于四阶龙格-库塔法编制虚拟仿真程序;进一步,利用共享变量引擎将虚拟装置数据发布到OPC Server中,使虚拟系统具有良好的开放性。以Matlab软件为例,说明了共享数据的调用过程。该虚拟仿真系统不但能够较好地模拟CSTR的工艺特性,而且其数据的开放性有助于学生自行设计控制方案、自主开展创新性实验研究。

在多项目管理人力资源调配中的病毒遗传算法

在分析多项目并行任务资源分配的研究现状基础上,针对企业多项目管理中有限人力资源配置这一核心问题,对人力资源限制下多项目任务调度的过程进行了数学描述,并采用基于病毒遗传算法的倒排法对多项目任务进行排程,力求在满足工期的前提下得出较优的工程解,实现多项目并行任务管理中人力资源的优化配置。

过程控制实验装置实时监控软件开发

针对现有过程控制实验装置系统存在实时数据难以保存、复杂控制算法难以实现等问题,设计并开发了基于Matlab软件和OPC(OLE for process control)通信技术的实时监控软件。该软件通过OPC技术与过程控制实验装置集散控制系统进行通信,实时采集装置的运行数据,利用Matlab软件GUIDE工具开发GUI界面,实现数据的实时显示、保存和控制算法编程。该监控软件为学生充分挖掘实验装置功能和开展创新性研究提供了技术平台。

基于核规范变量分析的非线性故障诊断方法

提出一种基于核规范变量分析(KCVA)的非线性过程故障诊断方法.该方法使用核函数完成非线性空间到高维线性空间的映射,避免了高维空间中的数据处理和非线性映射函数的使用.在线性空间中使用规范变量分析(CVA)来辨识状态空间模型,从数据中提取状态信息.3个监测量(Tr2,T2s,Q)用来进行故障检测,同时使用贡献图分离故障变量,并判断故障原因.在CSTR系统上的仿真结果表明,KCVA方法比主元分析法(PCA)和CVA方法能更灵敏地检测到故障的发生,更有效地监控过程变化.

基于DMVU-OCSVM的故障诊断方法

针对工业过程的非线性和动态特性,提出一种基于动态最大方差展开(DMVU)和单类支持向量机(OCSVM)的故障诊断方法DMVU-OCSVM。为了分析数据的动态特性和非线性,应用流形学习技术DMVU提取数据变量中的非线性动态流形特征。基于所提取的流形特征信息建立OCSVM统计模型,并构造非线性监控统计量实时检测过程故障。在连续搅拌反应器(CSTR)系统上的仿真结果说明,本文提出的方法能够比OCSVM更有效地检测过程故障。