基于智能系统的自动化类专业跨课程层次化实践教学改革——以“传感技术”课程为例

“传感技术”是一门理论性、实践性、综合性很强的自动化类专业基础课程,但目前普遍存在理论授课与实践环节脱节、各专业课程整体性不强的问题,针对自动化基础知识教学和技术技能训练的特点,提出从基础验证、综合设计、研究创新的不同层次推进实践教学模式的改革,构建研究型学习的跨课程层次化实践教学体系。以传感技术应用作为切入点,搭建智能系统实验平台,探索“基础实验—课程设计—科创大赛—二课科研”的层级式实践教学模式,开发不同主题的赛课融合创新项目,建立贯穿全程的需求与项目引领的工程实践能力培养体系,把传统的学生被动学习转变为主动学习,提高自动化类专业人才的培养质量。

浅谈自动化控制中人工智能算法的应用

在自动化控制系统中,人工智能的应用,有效改善了自动化控制系统中存在的问题,并提升了自动控制的精准度。本论文以人工智能算法为研究切入点,对其在自动化控制中的具体应用,进行了详细的研究和分析。

面向低碳经济的人工智能赋能微电网优化运行技术

安全稳定高效、能量流动灵活、经济效益与环境效益兼顾等是微电网低碳经济运行的基础,然而随着多类型分布式电源、多利益主体的柔性负荷等接入微电网,以及“云计算-大数据-物联网-移动互联网-人工智能”技术广泛应用,微电网的组网模式、运行方式等正发生较大的改变。为此,梳理并归纳总结人工智能赋能微电网优化运行关键技术与挑战。首先,介绍微电网物理架构并总结智能化发展趋势,梳理微电网在低碳经济目标下的特点和优化运行所面临的挑战。其次,从决策变量、优化目标、约束条件和求解方法4个方面阐述人工智能赋能微电网优化运行原理。再次,聚焦于可再生能源出力预测技术、微电网优化调度技术、碳交易机制、人工智能深度融合下不确定调控技术等典型应用场景,分析并总结人工智能赋能微电网优化运行的应用效果。最后,总结分析了人工智能赋能微电网优化运行的未来发展方向,为绿色微电网技术发展提供借鉴。

工业人工智能的关键技术及其在预测性维护中的应用现状

随着人工智能技术的快速发展及其在工业系统中卓有成效的应用,工业智能化成为当前工业生产转型的一个重要趋势.论文提炼了工业人工智能(Industrial artificial intelligence,IAI)的建模、诊断、预测、优化、决策以及智能芯片等共性关键技术,总结了生产过程监控与产品质量检测等4个主要应用场景.同时,论文选择预测性维护作为工业人工智能的典型应用场景,以工业设备的闭环智能维护形式,分别从模型方法、数据方法以及融合方法出发,系统的总结和分析了设备的寿命预测技术和维护决策理论,展示了人工智能技术在促进工业生产安全、降本、增效、提质等方面的重要作用.最后,探讨了工业人工智能研究所面临的问题以及未来的研究方向.

对分课堂教学模式在自动控制原理教学中的实践

分析了自动化控制科学与工程专业的传统教学模式中存在的若干问题。由于对分课堂具备了讲授式课堂和讨论式课堂的优点,把对分课堂教学模式应用于自动控制原理教学中,并从教学准备和教学过程2个方面刻画对分课堂教学模式在自动控制原理教学中的具体实施情况。教学实践表明,对分课堂教学模式在自动控制原理课程中的应用确实能够激发和提高学生自主学习的兴趣和能力,培养学生发现问题并解决问题的能力,建立团队协作意识,增强沟通表达能力,提升学生终身学习的能力。对分课堂教学模式在自动控制原理教学中效果良好,为本科院校和本校其他课程教学模式改革提供了新思路。

水泥生产过程中智能语音预警系统的建立

随着近年来水泥生产过程控制自动化程度不断提档升级,控制系统中呈爆发性涌现大量报警信息。如果所有报警均无差别地呈现在报警系统中,生产作业人员不能迅速识别出异常情况或潜在的风险,有可能会疏漏了关键的报警信息,导致因操作不及时造成的不必要经济损失。利用基于WinCC OA建立智能语音预警系统,实时监测生产控制过程数据,对众多繁杂的报警信息进行智能化处理、过滤。为生产设备、安全生产、工艺异常、能耗优化等方面提供实时控制依据。

智能配电网多元电力用户群体特性精准感知技术综述

智能配电网和电力物联网的交叉融合以及新型电力系统的发展,使电力用户呈现多元社会化的新特征,导致传统以电气特性为核心的负荷特性感知方法难以适应电力行业发展需求。智能配电网多元电力用户群体的数据获取、特性表征、互动特性评估等成为热点,文中对其相关研究内容进行综述。首先,对智能配电网多元电力用户群体特性精准感知的内涵和关键技术进行简要分析。然后,从3个方向对现有研究方法和模型进行剖析:信息互联下的多元电力用户群体数据全息感知方法;多元电力用户群体特征建模分析方法;多能互补和源荷互动场景下多元电力用户群体特性精准感知方法。最后,分析智能配电网多元电力用户群体特性精准感知领域所面临的挑战,展望该领域未来可能的研究方向。

工业互联网环境下智能仪表安全任务一体化调度方法研究

随着工业互联网的深入应用,工业控制系统从封闭隔离系统转变为开放互联系统的同时,引入了信息安全风险.传统工业控制系统仅靠防火墙等防护手段将无法抵御工业互联网中未知及新型信息攻击,攻击可在系统中渗透传播并危害到智能仪表,因此智能仪表本身应具有攻击检测及入侵响应能力,通过一系列信息安全任务调度实现信息安全防护.然而,信息安全任务与功能安全任务间存在潜在冲突,需要任务间协调调度以确保仪表安全稳定运行.针对智能仪表任务协调调度需求,提出仪表安全任务一体化调度方法,通过对仪表多类任务统一形式化描述的基础上协调任务间冗余及冲突关系,设计了静态-动态混合调度算法,实现任务一体化实时调度,最后通过实验验证该方法的有效性和可行性.

从群智能优化到群智能进化

从认识世界的宏观视野出发,针对问题复杂性与方法有限性存在的鸿沟,按照问题导向的思路,将广泛意义下的解决问题归结为资源有限情况下的资源分配问题(简称分配问题),并将其分为优化型和协调型分配问题两大类,给出了多种优化问题和分配问题之间的关联关系。群智能优化主要是通过对群居生物觅食行为仿生来处理优化型分配问题,群智能进化则是以群居生物劳动分工主导的合作行为仿生来解决协调型分配问题,通过对两者的全方位考察,论述了群智能优化与群智能进化的异同并加以对比说明。聚焦韧性概念时代的到来是从群智能优化到群智能进化的现实推动力量。群智能进化采用协调处理思路,根据问题情景建立定制化的群智能模型,从而有效解决问题,适宜处理一般性分配问题和异常性分配问题,表现出显著的韧性。群智能优化与群智能进化都属于群智能范畴,其中蕴含着若干相互作用的对偶要素,由对偶要素形成的两股力量之间的互动结果决定了群智能类别的归属。按照系统学二象论原理,通过分析竞争与合作、开发与探索、吸引与排斥三对对偶要素,揭示了其与群智能优化和群智能进化类别归属的内在关系。研究表明群智能进化作为群智能研究的新领域,代表了其今后发展的主流方向。

智能建模、优化、控制及其在工业中的应用专刊序言

人工智能自诞生以来,经历了从早期的专家系统、机器学习,到当前持续火热的深度学习等多次技术变革与规模化应用的浪潮。随着硬件算力、软件算法、解决方案的快速进步与不断成熟,工业生产逐渐成为了人工智能的重点探索方向,人工智能与工业场景的融合释放出巨大潜力。当前,新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起,工业经济数字化、网络化、智能化发展成为第四次工业革命的核心内容。

基于多模型融合的肺部CT新冠肺炎病灶区域自动分割

自2019年末以来,全球蔓延的新型冠状病毒(Coronavirus disease 2019,Covid-19)已经给世界人民造成了严重的健康威胁.其中新型冠状病毒患者的计算机断层扫描(Computer tomography,CT)图像通过肺炎病灶分割技术可以为医学诊断提供有价值的量化信息.虽然目前基于深度学习的方法已经在新型冠状病毒肺炎病灶分割任务上取得了良好的效果,但是在面对不同中心数据的情况下分割效果往往会大幅下降.因此,研究一种具有更好泛化性能的新型冠状病毒肺炎病灶分割算法具有重要意义.提出一种新冠肺炎病灶多模型融合分割方法.通过训练3DUnet模型和2DUnet结合方向场(Direction field,DF)模型,利用多种模型各自优点进行分割结果的融合,得到更好的泛化性能.通过同中心和跨中心数据集的实验,证明该方法能够有效提高新冠肺炎病灶分割的泛化性能,为医学诊断分析提供帮助.

带有观测器的广义多智能体系统二分一致性

本文研究了带有观测器的广义多智能体系统的二分一致性问题.根据符号图的特性,提出了一种基于广义观测器的分布式二分一致性控制协议.以广义系统稳定性理论和代数图论为主要研究工具,分析并得到了广义多智能体系统实现二分一致性的充分条件.利用广义观测器的相对和绝对信息设计了两种新的二分一致性控制协议.数值仿真验证了理论结果的准确性和有效性.

基于多智能体强化学习的微电网能源交易

微电网中的本地能源交易能有效地促进分布式可再生能源的本地消纳,避免与大电网间过多的电力交互。微电网用户作为独立的个体,可通过调整自身的用电策略,以及参与能源交易实现用电成本最小化。由于用户的分布式可再生能源的不确定性,以及能源交易市场竞价策略的随机性,导致用户难以找到最优的用电和能源交易策略。为此,提出了一种基于多智能体强化学习的能源交易方法,该方法能有效避免对复杂微电网能源交易系统建模,利用历史负荷数据进行训练得到各用户的交易策略,可部署到实时的能源交易中。该方法采用集中式训练和分布式执行的方法,在保障算法收敛性的同时充分保护了用户的隐私。仿真实验结果表明,该算法在降低微电网的峰值负荷的同时,还有效地降低了用户的用能成本。

基于可逆固体氧化物电池的电氢耦合微电网全生命周期规划-运营研究

为促进实现“双碳”目标,新能源将成为未来能源供应的主体。考虑到高比例新能源对电力系统容量规划和调度运营带来的巨大挑战以及电氢能源需求量的持续增长对电力系统的影响,以微电网为研究对象,设计基于可逆固体氧化物电池的考虑源荷不确定性的电氢耦合微电网全生命周期规划-运营优化模型及其求解算法。首先,针对风光产电、电氢负荷等多种不确定因素,设计包含微电网全生命周期内各年份不同典型日的数据,以构成随机场景。其次,对电氢耦合微电网容量规划成本、全生命周期调度运营成本以及新能源年均渗透率等多个优化目标进行数学表达,并对各发电机组、可逆固体氧化物电池以及储氢库的规划-运营约束进行线性描述。然后,设计一种改进的增广ε约束算法求解模型的Pareto解集,并提出一种平衡决策方法从解集中获取最佳规划-调度方案。最后,仿真结果表明,所提方法能均衡各优化目标,在保证新能源高渗透率的同时提升电氢耦合微电网的可靠性以及规划-运营经济性。

大规模个性化定制的价值涌现原理——价值共创的新形态

依托生产模式的三维结构框架,从复杂性视角,针对手工生产、大规模生产、大规模定制、大规模个性化和大规模个性化定制等主要生产模式,分析其中从价值交易到价值共创再到价值涌现的价值生成演化历程,提炼出客户维、生产维和服务维3个维度下的价值生成路径。基于局部作用导致整体涌现的系统科学观念,揭示出大规模个性化定制的价值涌现原理,明确了该原理的基本内涵。人单合一是大规模个性化定制的一种具体实现,其价值创造规律遵从价值涌现原理。生态价值是人单合一价值创造的源泉,海尔的超模块平台组织结构可实现人单合一中的价值涌现。大规模个性化定制的价值生成过程具有涌现性特征,它以价值涌现的方式表现出来,是价值共创的一种新形态。

基于改进DQN算法的无人仓多AGV路径规划

针对无人仓中多AGV路径规划与冲突问题,以最小化总行程时间为目标,建立多AGV路径规划模型,提出一种基于动态决策的改进DQN算法。算法设计了基于单AGV静态路径规划的经验知识模型,指导AGV的学习探索方向,提前规避冲突与障碍物,加快算法收敛。同时提出基于总行程时间最短的冲突消解策略,从根本上解决多AGV路径冲突与死锁问题。最后,建立无人仓栅格地图进行仿真实验。结果表明,本文提出的模型和算法较其他DQN算法收敛速度提升13.3%,平均损失值降低26.3%。这说明该模型和算法有利于规避和化解无人仓多AGV路径规划冲突,减少多AGV总行程时间,对提高无人仓作业效率具有重要指导意义。

面向密度分布不均数据的加权逆近邻密度峰值聚类算法

针对密度分布不均数据,密度峰值聚类算法易忽略类簇间样本的疏密差异,导致误选类簇中心;分配策略易将稀疏区域的样本误分到密集区域,导致聚类效果不佳的问题,本文提出一种面向密度分布不均数据的加权逆近邻密度峰值聚类算法。该算法首先在局部密度公式中引入基于sigmoid函数的权重系数,增加稀疏区域样本的权重,结合逆近邻思想,重新定义了样本的局部密度,有效提升类簇中心的识别率;其次,引入改进的样本相似度策略,利用样本间的逆近邻及共享逆近邻信息,使得同一类簇样本间具有较高的相似度,可有效改善稀疏区域样本分配错误的问题。在密度分布不均、复杂形态和UCI数据集上的对比实验表明,本文算法的聚类效果优于IDPC-FA、FNDPC、FKNN-DPC、DPC和DPCSA算法。

红外图像量化影响目标检测性能实验研究

为了研究不同红外图像量化方法对目标检测网络性能影响的差异,将红外图像量化对深度学习目标检测网络性能影响的研究和分析设计成教学实验。实验内容涉及图像处理、模式识别、计算机视觉等多个专业课程。实验过程包括红外图像量化、网络模型训练、测试分析等多个环节,贯穿基于深度学习的高层视觉任务开发全流程。该实验紧跟学科前沿,促进学生科研能力和综合素质的培养。

基于电网线路传输安全的电力市场分布式交易模型研究

电力市场分布式交易模型可有效缓解传统集中模型下市场主体的隐私安全等问题,但难以在保障市场主体收益和电力系统安全稳定运行的同时,实现社会福利最大化.因此,基于电网线路传输安全,首先以社会福利最大化为目标,构建集中式交易模型,并采用拉格朗日乘子法和对偶定理,将其等价分解为各市场主体自身利益最大化的分布式交易模型.在此基础上,设计2种适用于不同情形的分布式交易方法及其求解算法,并构造电网安全成本影响市场主体的决策,从而保证电网线路传输安全.最后,基于算例分析,验证了2种交易方法的有效性.

核用锆合金管氧化过程中光谱发射率特性研究

发射率在锆合金管非接触测温的准确性和失水事故情况下的传热分析上具有重要意义。本文采集了SZA4、SZA6和ZIRLO 3种锆合金在400,500,600℃下氧化100min过程中4~12μm内的光谱发射率数据,分析了温度、氧化膜厚度和合金组分对材料光谱发射率特性的影响规律。结果表明,3种锆合金在氧化过程中发射率变化趋势基本相同,但组分差异导致在发射率的数值和振荡特性上略有差别。通过建立薄膜干涉模型,解释了光谱发射率在波长方向上的振荡现象,并结合振荡极值与干涉效应原理计算了合金表面氧化膜厚度,在0.6~8μm范围内测量精度达到±0.3μm。