产教融合理念下化工仪表及自动化课程教学改革探究

本文以产教融合理念为基础,针对化工仪表及自动化课程教学进行改革研究。以学生学习反应釜温度PID控制参数整定设置知识点为例,从理论教学和产业应用两个角度分析微分时间常数TD取值对温控系统过渡过程特性影响及调节阀流量特性和控制死区等因素对TD值的限制问题,提升学生深刻理解TD常数意义。在此基础上,提出教学改革措施,旨在提高学生的实践能力和创新意识。本研究表明,通过产教融合的教学模式和教学方法,可以显著提高学生的对化工自动化课程的学习效果,为其未来的职业发展打下坚实的基础。

苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法

为解决由于果实振荡影响采摘机器人采摘效率的问题,该文研究了苹果采摘机器人在果实振荡状况下的快速采摘方法。首先对振荡果实进行动态连续采集,其次对所采集的图像进行振荡果实识别并提取其二维质心坐标,然后由FFT建模,求取果实的振荡周期,在测得振荡果实的深度距离后,计算出采摘机器人直动关节的行程速度,随即开始采摘,抓取时果实正处于平衡位置。最后通过试验可知,采摘成功率达到84%,对于果实静态状况下采摘速度较快的采摘机器人来说,采摘振荡果实,该研究方法明显优于以往采摘方法,能够显著提高采摘机器人果实采摘的整体速度。此外,该采摘方法简单、通用性好,可满足苹果等类球状果实采摘机器人的需要,对实现其实用化和商品化提供参考。

采摘机器人振荡果实动态识别

提出一种采摘机器人在果实振荡状况下的动态识别方法,解决由于果实振荡影响采摘机器人识别定位时间,进而影响采摘速度和效率的问题。首先对所采集的振荡果实图像进行图像分割,将其分为果实和背景两部分;其次引入帧间差分法、水平最小外接矩形法等对分割图像进行振荡果实动态区域的区域标识,然后对其振荡果实进行识别,当图像中有多个振荡果实时,以距离图像中心最近原则确定采摘振荡目标果实。试验结果表明对实际采摘环境下遇到的多数情况,所提算法都能很好地识别出振荡果实,识别时间少于0.5 s。

开放分布式苹果采摘机器人控制系统研究及实现

针对以往采摘机器人多采用封闭集中式控制系统,缺乏通用性、可扩展性差和可靠性低等问题,在研制开发苹果采摘机器人控制系统的工作中,采用了开放分布式结构.根据苹果采摘机器人的机械结构及其运动特点,在硬件上选用工控机、伺服驱动器等设备,通信上采用结构简单、组网容易、造价低廉的RS-485网络,从而保证了系统的软硬件开放性,同时使得系统能够分布式控制,提高了机器人的安全性.此外,对系统的控制算法、软件也进行了设计,其中着重阐述了RS-485网络的通信协议和通讯方式.最后进行了通讯试验和苹果抓取试验,验证了系统的有效性.

基于模型的CTCS-3级列控系统测试案例自动生成方法

为了提高CTCS-3级列控系统测试案例生成效率,提出了基于混合通信顺序进程(hybrid communication sequential process,HCSP)形式化模型和时间自动机(timed automaton,TA)形式化模型的列控系统测试案例自动生成方法;建立了列控系统运营场景的时序模型,分析了列控系统运营场景规范中时序功能的正确性;在时序模型的基础上,设计了满足全状态、全变迁和自定义-使用3种领域无关覆盖准则的列控系统测试案例自动生成算法,并以RBC(radio block center,RBC)切换场景为例,生成了100%全状态、全变迁和自定义-使用覆盖准则的测试案例套.从测试套数量、测试时间和内存消耗3个方面分析测试案例的生成效率表明:自定义-使用覆盖准则的测试案例套测试时间和内存消耗最小,分别为0.02 s和9.4 MB,本文方法提高列控系统测试案例生成效率最大达30%.

苹果采摘机器人目标果实快速跟踪识别方法

为了减少苹果采摘机器人采摘过程处理时间,对苹果采摘机器人目标果实的快速跟踪识别方法进行了研究。对基于R-G颜色特征的OTSU动态阈值分割方法进行首帧采集图像分割,采用图像中心原则确定要采摘的目标果实;利用所采集图像之间的信息关联性,在不断缩小图像处理区域的同时,采用经过加速优化改进的去均值归一化积相关模板匹配算法来跟踪识别后帧图像的目标果实,并进行不同阈值分割方法实现效果,不同灰度、亮度和对比度的匹配识别以及新旧方法识别时间对比试验,从而验证了所采用和设计方法的有效性;其中所设计跟踪识别方法的识别时间相比于原方法,减少36%。

基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证

CBTC(Communication Based Train Control)系统可有效提高轨道交通的列车运营效率,降低系统建设和维护费用。在系统研发过程中需对系统进行建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,以保证系统的安全性。CBTC区域控制子系统是一实时控制系统,它要求控制时间的精确性和控制过程的准确性。本文通过分析城市轨道交通CBTC区域控制子系统的结构,给出满足该子系统安全性的功能和性能要求,并结合时间自动机理论方法提出包含列车、速度距离控制器、区域控制器和多车控制队列的时间自动机网络模型。同时,应用UPPAAL验证工具对CBTC区域控制子系统进行仿真建模,并验证该子系统功能和性能要求,从而保证了系统模型的安全性和受限活性。

客运专线CTCS-3级列控系统无线闭塞中心的建模与验证

本文分析客运专线CTCS-3级列控系统中无线闭塞中心(RBC)子系统软件的功能和性能约束,在此基础上采用时间自动机理论进行RBC子系统形式化语义描述,建立TER-QSR时间自动机网络模型,并应用UPPAAL验证工具对RBC子系统进行仿真分析,验证RBC的安全性(Safety)和受限活性(Bounded Liveness),同时进行RBC切换时间的优化。

基于UPPAAL-TRON的高速铁路列控系统非确定性时延一致性测试研究

高速铁路列车运行控制系统是一个典型的实时系统,如何保证列控系统在时延约束条件下功能实现的正确性至关重要。传统的离线测试方法已广泛用于列控系统功能一致性测试中,然而,随着系统复杂度的提高,物理环境中时延的非确定性制约传统离线测试方法的应用。本文引入"在线测试"的概念,利用时间自动机理论对典型场景车载设备的RBC切换过程建模,并定义可观测消息通道将该模型划分为环境和设备两部分,从而借助工具UPPAAL-TRON"边生成边执行"测试用例,找出了在非确定性时延下,仿真RBC测试模型与测试需求中不一致的地方。并通过改进测试模型中RBC处理占用参数的设置,实现对RBC切换过程中跨界传递联锁消息时延非确定性的一致性测试。

采摘机器人振荡果实匹配动态识别

为解决由于果实振荡影响采摘机器人识别定位时间,进而影响采摘速度和效率的问题,对采摘机器人在果实振荡状况下的匹配动态识别方法进行了研究。首先介绍了振荡果实的动态识别流程,确定出采摘目标果实作为后续匹配识别的模板;然后引入去均值归一化积相关匹配识别算法,采用Fast Inverse Square Root算法和快速哈特莱变换对其进行加速优化,同时借鉴以往旋转无关匹配识别算法进行抗旋转改进;试验结果表明,加速优化后的匹配识别算法能够进行采摘目标果实的匹配识别,单幅平均匹配识别时间为0.33 s,经过抗旋转等改进的匹配识别算法在[-55°,60°]较大范围内旋转无关,可以准确识别振荡果实,加上模板适时更新,能够满足实际需求。该研究可为果蔬采摘的动态识别提供参考。

苹果采摘机器人无线数据传输系统

针对解决苹果采摘机器人众多传感器数据采用有线传输,数据线纷繁杂乱、检修不便等问题,以及其直动关节在伸缩过程中对末端执行器传感器数据线容易扯断纠结等具体情况,设计了传感器无线数据传输系统。首先对苹果采摘机器人无线数据传输进行了整体设计,对无线通信模块电路、USB通信电路进行了选型设计,同时设计了部分传感器的信号调理电路;其次为了无线数据实时、可靠的传输,在方法上采取了质效控制措施,并制定了数据传输协议,然后进行了无线数据传输的程序设计,最后通过测试结果验证了传输协议的健壮性,数据传输的高效性,并根据测试结果与系统开销之间进行协调,选取了最优设置参数。该研究为采摘机器人及其他农产品生产机器人数据传输提供了一种无线实现方式和新的实现方案。

高速铁路列控系统运营场景实时性的建模与验证

高速铁路列控系统是一个典型的分布式实时系统,其时间约束主要反映在运营场景中子系统之间的交互过程中。时序逻辑的扩展方法并不能完全满足描述分布式实时系统性质的需要,并且随着系统的复杂性提高,列控系统运营场景中诸如超时、期限、直到…才等形式化描述与验证上存在不足。本文提出一种适合于列控系统场景建模与验证的方法,其核心思想是使用混合通信顺序进程HCSP(Hybrid Communicating Sequential Process)形式化描述分布式实时系统模型,提出转换规则,转换成时间自动机网络模型并进行自动验证。最后通过对典型场景无线闭塞中心RBC(Radio Block Center)切换的相关属性进行建模与验证,分析证明方法的有效性。

近色背景果实识别的多源图像融合

为提高在近色背景下果实识别的准确性,减少非结构化因素对识别的影响,提出了基于近红外像机和可见光像机组合捕获多源图像进行融合的方法。首先对已配准的多源图像分别进行非下采样轮廓波变换(NSCT),得到高频系数与低频系数;对高频系数采用压缩融合,并通过CoSaMp恢复融合的高频系数;对低频系数进行小波分解,对分解的高频子带采用绝对值最大法进行融合;低频子带则采用基于几何距离和能量距离加权的融合方法,再通过小波逆变换得到融合的低频系数;最后对融合后的高、低频系数进行NSCT重构得到融合图像。试验结果表明,所设计方法有效地保留了图像的边缘轮廓,突出了图像的细节信息,在客观定量评价指标上均优于其他传统方法,其中与小波变换-非下采样轮廓波变换(DWT-NSCT)方法相比,最大提升达到15.59%。

浅层地震在高架桥地基勘察中的应用

根据应用浅层地震在广州某高架桥地基的勘察结果 ,阐述了浅层地震在隐伏岩溶区勘察溶洞和溶蚀带的工作参数选取技术 ,并讨论了提高地震勘探效果及地震分辨率的技术措施 ,分析了对地震时间剖面进行地质解释的技术。

基于HCSP的列控系统安全性建模与验证分析

高速铁路列车运行控制系统是保证列车安全、高效运行的核心设备,如何验证系统功能的正确性从而提高系统的安全性是至关重要的。引入了一种基于进程演算的方法—混合通信顺序进程(HCSP,Hybrid Communication Sequential Process),利用该方法对列控系统进行了形式化描述,并针对典型的场景—注册与启动场景进行了HCSP建模,通过引入转换规则,进行了相应模型转换,应用模型检验工具UPPAAL进行了仿真和功能验证,验证结论表明了场景模型功能的正确性以及方法的可行性。

基于分布式模型预测控制的城轨列车协同控制方法研究

围绕城市轨道交通列车高密度追踪控制问题,研究基于分布式模型预测控制(DMPC)的列车协同控制方法。首先,对列车进行受力分析并建立列车运行的状态空间模型,在此基础上提出系统控制目标并设计控制策略;其次,在保证行车安全的前提下,基于DMPC设计考虑位置、速度和加速度等前车动态行为的列车一致性协同控制方法,并应用李雅普诺夫稳定性定理对该系统的稳定性进行分析和验证;最后,结合北京地铁11号线西段线路,对提出的列车协同控制方法进行仿真验证。试验结果表明:提出的列车协同控制方法能够在保障列车安全运行的前提下,使列车间的状态达到一致,且具有良好的同步性。将本方法与跟随控制方法进行对比分析,结果表明:采用协同控制方法能够使列车间隔和速度差更小,满足城轨列车高密度追踪控制要求。

基于Wincc的Profibus-DP控制网络的设计与实现

提出了一种基于Wincc的Profibus-DP控制网络的设计方案。以PC机监控整个网络,S7-300 PLC为主站,另一台S7-300 PLC、S7-200 PLC、交/直流调速器和变频器为从站,给出了网络的硬件组态、参数设置、通信及控制程度。所设计的控制网络已在工业现场成功实现并运行良好。

基于生物电人机交互的单片机课程设计实施探索

针对目前高校实践教学要密切联系技术热点,为社会应用服务的要求,开展了基于生物电人机交互的单片机课程设计。该文首先阐述了其实施的依据,并着重分析了选题所遵循的综合实践性、适用可行性和新颖创造性共性特征;然后对开展该课程设计所采取的实施思路以引导激发、适时指导、评价考核三个方面进行了讲解;最后以基于表面肌电信号的人机交互控制系统为案例进行了具体说明。

基于改进的Mask R-CNN自然场景下苹果识别研究

在复杂自然场景下,苹果目标因具有成簇生长、重叠果实和光线变化大等特点,应用深度学习方法相比传统方法来实现果实的识别优势明显。提出基于Mask R-CNN网络检测分割架构,采用膨胀卷积的优化策略,通过候选框与像素分割相结合的思路,同时对输入苹果图像进行目标果实的识别。实验结果表明,基于Mask R-CNN框架改进的网络模型的识别性能较原始Mask R-CNN网络有较大提升。针对不同光照角度、不同颜色和不同大小的苹果,改进Mask R-CNN网络的F_(1)值分别提升了2.17%,1.87%和4.93%。

PLC自动化通信网络实验教学系统的构建

我院为了解决"PLC技术及应用"课程缺少实践环节的问题,采用组态软件Win CC及PLC总线网络通信技术构建了PLC自动化通信网络实验教学系统。本文对该系统设计进行了阐述,对系统进行了硬件组态及参数设置;然后对系统设备间不同的通信实现进行分析并对系统所能开展的实验进行了说明。