面向海流扰动和通信时延的欠驱动AUV编队跟踪控制

由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适应反演滑模控制技术相结合的编队控制方法。使用领航者的位置信息和期望队形得到跟随者的参考轨迹,并引入虚拟轨迹使其与跟随者参考轨迹有限时间重合,从而得到跟随者的期望位置和速度。在此基础上,使用最小二乘法拟合轨迹曲线进行时延补偿,并通过自适应反演滑模控制技术完成海流干扰下的编队轨迹跟踪。理论分析和仿真结果表明,新方法具有可行性和有效性。

基于S7-200 PLC的步进电机运动控制系统设计

提出基于西门子S7-200 PLC的步进电机运动控制系统的设计与实现。由于S7-200系列PLC不支持圆弧插补功能,采用极限逼近的算法,利用PLC输出高速脉冲信号和方向信号驱动步进电动机进行画圆的工作,并通过系统的调试对该方法进行了验证。

多传感器融合的室内机器人SLAM

为了解决基于二维激光雷达的SLAM在室内环境中存在定位误差较大和建图不完善的问题,提出一种多传感器融合的室内机器人SLAM算法。该算法针对传统ICP算法在激光SLAM前端存在误匹配问题,采用更适合室内环境的PL-ICP算法,并利用扩展卡尔曼滤波融合轮式里程计和IMU为其提供初始的运动估计值。在建图阶段利用深度相机获取的三维点云数据转化的伪二维激光数据和二维激光雷达获取的数据进行融合,弥补二维激光雷达建图没有垂直方向视野的缺陷。实验结果表明:融合里程计数据相比于单一轮式里程计定位精度至少提升了33%,为PL-ICP算法提供了更高精度的初始迭代值。同时融合建图弥补了单一二维激光雷达建图的缺陷,构建了环境信息更加完善的环境地图。

有限元仿真模拟在超声喷水无损检测用水套设计中的应用

水套在超声喷水穿透检测中具有重要作用,为设计出具有良好耦合效果的水套,减少水流紊流对声波耦合的影响,本文通过构建探头套几何模型、物理建模、数值求解的有限元仿真方法对探头水套进行流体动力学仿真。结果表明,在无整流装置下,从入水口射入的水流撞击探头套内壁,产生严重紊流,进入出水管后,紊流状态仍然保持,水流流线方向杂乱。增加整流装置后,探头套内紊流得到很好的抑制,使得进入出水管的水流流线方向趋向一致,这种现象随着整流片增多而效果越加明显。本文为后续模拟水流经过出水口后的水柱状态,特别是随着初始水流速度加大后的水柱状态,以及利用有限元多物理场模拟功能,在加入声场后,模拟紊流状况下声场的变化打下了基础。

基于混合算法下RBF神经网络的执行机构非线性特性在线辨识与补偿

针对控制系统中执行机构非线性特性在线辨识及补偿问题,研究了一种基于变步长核最小均方(SVSKLMS)和遗传算法结合的混合径向基(VHRBF)神经网络。利用径向基(RBF)神经网络不依赖于精确的数学模型即可得到被控对象信息的特点,建立了控制系统执行机构的非线性特性模型;为解决传统RBF神经网络辨识性能差的问题,使用遗传算法(GA)对神经网络的中心向量和方差进行优化,利用SVSKLMS算法对RBF神经网络模型中的权重进行优化,进而得到最佳的RBF神经网络。基于VHRBF神经网络及其逆模型补偿器对执行机构非线性特性进行在线辨识及补偿。仿真结果表明:与其他算法训练下的RBF神经网络相比,所提出的VHRBF神经网络能够精确辨识并补偿执行机构的非线性特性,并且具有更快的收敛速度、更优的收敛性能。

室内环境下改进的混合路径规划算法

为了解决室内非结构化复杂环境下的机器人在路径规划时常常出现目标点不可达、规划过程产生折角偏移、规划过程无法及时规避动态障碍物等问题,提出一种改进的混合室内路径规划算法。该算法将改进的全局路径规划与改进的局部路径规划算法相融合。首先,优化传统A-Star算法的启发因子,减少搜索范围和节点,再通过角平分线切点法对传统A-Star算法进行平滑处理。其次,综合路径与环境信息,采用改进的人工势场算法进行局部路径规划,通过修正斥力场参数来解决目标点不可达问题,同时构造了动态的势力场函数,使其具备决解决动态障碍物的能力。最后,对混合算法进行实际环境的路径规划实验,比起传统的混合算法文中提出的混合算法在路径规划长度上减少11.4%,运行时间减少11.1%,少经过34个冗余节点,结果表明该融合算法可以有效解决室内非结构化复杂的路径规划问题。

模块类网络安全产品的智能测试系统设计

为提高模块类网络安全产品的批量测试效率,降低人力成本及换线时间,开展了模块类网络安全产品的智能测试系统设计;通过对模块类网络安全产品的智能测试需求进行分析,采用将搭载图像传感器的工业机械手与基于PXI架构的测试系统相结合的技术路线,并对机械手控制技术和PXI总线测试平台设计技术进行了研究;创新设计了模块类网络安全产品的智能测试系统,对测试工艺流程进行优化与再造,实现了产品上下料、型号识别与柔性换线、智能装夹、批量测试、合格品与不合格品分拣等流程的一站式无人值守运转;经实际应用验证,智能测试系统的单日测试产能提升超过180%,单日人工工时减少93%以上,换线时间从平均70分钟减少到10分钟以内。

互联网+智能医疗垃圾处理系统在家庭医疗废物处理中的应用

目的探究互联网+智能医疗垃圾处理系统在家庭医疗废物处理中的应用效果。方法选择2020年1月至2022年12月需进行长期治疗或使用医疗器械的300例患者为研究对象,将使用传统家庭医疗垃圾处理方法的150例患者作为对照组,将使用互联网+智能医疗垃圾处理系统的150例患者作为观察组。采用《患者居家医疗废物相关知识及管理现状问卷》调查两组医疗废物相关知识,对比两组医疗废物分类实施率、分类准确率、医疗废物管理满意度、医疗废物管理效果。结果观察组对医疗废物相关知识及管理情况了解程度各条目评分及总评分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组医疗废物分类实施率、分类准确率均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组废物处理安全性、环境友好性、准确性、便捷性评分及医疗废物管理总分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论互联网+智能医疗垃圾处理系统用于家庭医疗废物处理,可以提高患者的医疗废物管理知识掌握程度、医疗废物分类的实施率和准确性,以及废物处理的安全性、环境友好性、准确性和便捷性。

核电厂安全级数字化仪控系统故障缺省值的验证与确认

安全级数字化仪控系统中故障缺省值的设置对核电厂安全具有至关重要的作用,但其验证与确认的难点在于具体实施时缺乏明确的细则指导。基于IEEE Std 1012,结合对法规标准、缺省值设计原则及以往项目实施经验的分析,同时考虑到漳州核电一期项目数字化仪控系统平台及设计开发流程的特点,提出了一套针对安全级数字化仪控系统故障缺省值的验证与确认策略和方法。经过漳州核电一期的实践验证,这套策略和方法能够充分、高效地验证缺省值设计的正确性和完整性,有效缓解了验证与确认过程中缺乏详尽标准、理论及相关成熟经验可借鉴的困境。对于后续核电安全级数字化仪控系统故障缺省值的验证与确认工作,该策略和方法具有一定的参考价值。

基于OneNET平台的语音控制室内环境监测系统设计

互联网越来越发达,人们对智能化设备的要求越来越高。基于OneNET平台对室内环境监测系统进行设计,系统包括环境参数采集模块、语音控制模块、显示模块、报警模块和继电器模块,可根据环境采集参数控制窗帘和灯光、空调、加湿器、窗户、排风扇,同时在OLED屏和云平台上显示环境采集参数。系统有手动、自动、语音和远程4种控制模式,实现对以上设备开启或关闭控制。实物的研制成功,不仅对室内污染防患于未然,而且可以实时了解家居环境情况和安全情况,提升居住的安全感和幸福感。

车载无线充电管理一体机模拟系统

车载无线充电管理一体机模拟系统用来解决电动汽车无线充电时位置“不好找”“充电慢”等问题.当用户发出充电请求时,系统通过GPS模块获得小车当前位置,并根据小车当前电量筛选出能到达的充电点位,同时利用快速排序算法计算出最短路线,反馈给用户;当用户到达充电点后,根据线圈检测装置的信号来控制小车移动,使小车与充电线圈最大限度重合,以提高小车的充电效率;充电过程中实时进行电压检测,电充满后提醒用户离开.另外,该系统利用NFS服务连接嵌入式开发板和PC端,方便后续对系统的维护和升级.系统多次测试的结果表明,能可靠、稳定地实现上述功能.

教学楼智能灯光控制设计研究

以某教学楼为例,探讨并设计了一套基于物联网技术的智能灯光控制系统,旨在提升照明效率、优化能源使用,并创造更加舒适的学习环境。系统融合了环境光感应、人体红外探测、时间调度以及远程控制功能,通过智能化调节实现按需照明,有效降低了能耗,提高了师生的满意度。

基于视觉反馈的柔性充气仿生臂控制系统设计

设计了一种基于视觉反馈的柔性仿生臂控制系统,通过将其等效为刚体的建模方法对所设计的柔性仿生臂进行了理论分析。利用手动操纵杆实现了对柔性仿生臂的手动操控。在柔性仿生臂头端安装有摄像头,可以通过卷积神经网络目标检测和识别算法识别目标物体,其获得的位置信息可用于闭环控制。通过视觉反馈实现了对目标的搜索和锁定。相较于传统的刚性机械臂,本研究具有安全性高和体积小的优点。同时,计算机仿真和实验均验证了该设计的合理性与有效性。

基于LoRa无线通信的电子脉冲拦鱼器设计

针对传统拦鱼器拦截面积有限、智能化水平低等问题,研制了一种基于LoRa无线通信的电子脉冲拦鱼器。该拦鱼器使用Modbus RTU协议实现一主多从间高速、长距离无线通信,用户可根据不同水产养殖面积灵活选用机组个数、脉冲频率和脉冲宽度等参数,以适应不同水体中不同鱼类产生回避反应的能力。主机发送时序指令控制从机轮流产生两路反相带死区控制的PWM方波,控制IGBT进行快速换向,不仅效率高、安全可靠、耗能低,而且噪声小,符合当前绿色环保理念;同时利用LoRa无线通信的优势,在PLC上配备电导率、溶氧、pH和温度等传感器,可实时监测各从机点的水质信息,对用户水产养殖起到很好的辅助作用。此外,基于C#环境开发出基于物联网的智慧养殖平台,可实时监控拦鱼器的工作状态和各测点水质信息并进行故障预警。该电子脉冲拦鱼器,脉冲频率为3~12 Hz,脉宽为0.6~1.2 ms,比可控硅节电达60%,且植入了“物联网+渔业”的新观念,实现了手机或计算机远程控制。研究表明,该电子脉冲拦鱼器具有自动化、智能化、网络化等特点,能够适用于各类水产养殖的拦鱼作业。

大幅面3D打印边缘能量均匀化畸变消除

在基于掩膜投影的CLIP型3D打印工艺中,通过平铺多台投影设备扩大成型幅面时,重叠区域像素亮度的叠加产生的光学接缝会导致模型实体在该处产生畸变,影响成型质量。针对该问题提出一种边缘能量均匀化方案,通过非线性衰减的方式设计一组对称灰度虚拟掩膜,与相邻设备的切分掩膜图像相融合,矫正重叠区域的紫外光强,使整个印刷平面获得均匀且统一的紫外曝光能。实际打印结果表明,该方案能够有效改善模型实体在光固化成型中切片薄层固化厚度不均和拼接处易断裂的问题,模型实体整体质量有明显提高。

虚实结合的计算机控制系统课程实验平台开发

为增强计算机控制系统实验课程的高阶性、创新性和挑战度,设计基于Matlab/Simulink图形接口的3容水箱实验控制平台。该控制平台采用Matlab串口技术实现对3容水箱系统的实时通信,并结合Simulink仿真技术开发水箱控制器设计模块。基于该平台,可设计包括传统PID控制和串级控制在内的多种控制算法实验。该计算机控制系统实验平台将虚拟仿真与实时控制有机结合,在满足实践课程“两性一度”要求的同时,有效锻炼学生设计复杂控制算法的能力。

基于现场总线和实时网络的某射流风洞安全连锁与状态监控系统研制及应用

针对某射流风洞系统架构复杂、控制对象及液压机构多、模型支撑机构调节灵活、马赫数连续变化可调的特点,研制了一套专用的安全连锁与状态监控系统;该系统充分利用Profinet等先进现场总线和实时网络技术,搭建了基于西门子S7-1500系列PLC为核心控制器的硬件平台,并自主研发了实时监控软件系统,解决了多层/多源控制子系统之间的快速数据交换、试验前仿真运行模拟策略等技术问题,建立了可靠的安全联锁逻辑与三级关车机制;系统静动态测试表明,该系统适用马赫数0.3~3.5区间内的风洞试验,快速阀开闭时间优于10 s,调压阀开闭时间优于2 s,压力监测精准度优于0.1%,阀门开度监测精准度优于0.1 mm,监测与控制调节周期优于100 ms,系统运行稳定流畅,数据实时准确,为风洞人员及设备安全提供了必要的软硬件保障。

数字专网的通信终端与加密组件测试系统设计

为提高数字专网的通信终端与配套加密组件测试效率,降低实装测试环境的构建、运维及人力成本,开展了基于半实物仿真的测试系统设计;对通信终端与加密组件的测试需求进行了分析,提出并实现了一种模拟数字专网的通信建链流程和加密通信业务流程的方法;采用了通用AXIe(仪器与测试高级电信计算架构的扩展)测试平台与扩展测试仪器的架构进行系统设计,实现与不同测试对象的物理接口适配、信号调理以及报文数据交互控制,为通信终端及加密组件的加密业务成功率测试、语音质量评测以及远供工作电流测量提供自动化测试技术手段;经验证,测试系统通信链路时延<100 ns,可为通信终端提供良好的语音质量评测环境,PESQ(感知语音质量评测模型)测试≥4.20,可支持加密业务成功率指标≥99.9%的无人值守测试。

“三教改革”背景下教学设备的自主开发与应用--以运动控制系统实训装置为例

为推进“三教改革”落地实施,破解实训项目难以跟随技术发展变化的问题,对接“1+X证书”技能等级标准,把企业实际项目进行研学转化,设计出一种具有电气控制盘开放、控制系统可选择、执行机构可拼装、末端执行器可互换可升级的运动控制系统实训装置。这种教学实训装置的开放性和灵活性,为教学设备提高复合利用率、降低报废率、设备长期保持技术先进性提供了一种新方法;为机电一体化系统设计类岗位个性化的技术训练以及职业素养养成训练提供了一种“教法改革”新思路,设备研发过程中对于职业院校教师技术能力提升也提供了一种“教师改革”新途径。

厂区级冷却供水系统智能控制设计实现

某厂区冷却供水系统只能以手动模式运行,无法实现自动恒压供水,能耗高、设备损耗大,对管网流量波动适应性差;通过重新设计系统PLC程序,进行加减泵逻辑控制和管网压力设置,实现了基于变频器的管网恒压控制;通过水泵轮巡逻辑控制和冗余配置,实现了水泵的自动轮换运行;通过水泵使能功能和管网压力手动设置功能,提高了系统控制的灵活性;通过优化水泵加载条件和触摸屏功能,消除了设备故障对系统自动运行的干扰;经过10个月运行验证,系统一直稳定工作,水泵运行数量减少三分之一,管网运行压力降低12.8%,可设置参数由3个增加到15个,冷却供水泵组节能23%以上。