非线性纯反馈时滞系统的自适应模糊跟踪控制

针对一类不确定非线性纯反馈时滞系统的自适应模糊跟踪控制问题,本文采用模糊逻辑系统来逼近系统中未知的非线性函数,利用自适应方法和Backstepping方法构造出一种自适应模糊控制器,并给出了非线性纯反馈时滞系统跟踪控制问题可解的充分条件。仿真结果表明,所设计的自适应模糊控制器,保证闭环系统的所有变量有界,并确保系统输出有效跟踪给定的参考信号,跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域之内,同时其他闭环信号保持有界。该控制方法可以有效地减少系统在线计算负担。

基于Modbus RTU协议的PLC通信实验平台开发

为加强PLC实践教学过程中的综合性、工程应用性、设计性实验,本文提出了基于Modbus RTU协议的SIEMENS S7-1200 PLC通信实验平台的设计方法。本文对实验平台分Modbus通信模块、伺服驱动模块和人机交互模块三部分进行介绍。实验平台以PLC作为Modbus主站,伺服驱动器作为Modbus从站,通过基于Modbus RTU协议的RS-485通信方式实现电机正反转的控制以及其他电机参数的读写。通过该实验平台使学生掌握PLC控制,组态编程软件、HMI、通信理论以及伺服驱动等方面知识的综合应用,有利于提高学生创新实验技能和综合应用能力。

结构健康监测系统光纤Bragg光栅应变计的异常诊断

结构健康监测系统中光纤光栅应变计长期工作易发生故障,其本身的状态诊断与维护关系到系统的可靠性。基于同结构监测中光纤光栅应变计原始输出具有相同规律的特点,提出一种传感器异常诊断方法,利用信号处理方法提取测点样本长度、标准差、能量值及主成分周期值作为特征。通过循环迭代获取特征值聚合中心点,将特征偏离中心点距离标准化后融合为综合异常指数,实现传感器的异常和故障判别。仿真证明,故障测点为总测点数目的20%以内,可有效识别故障测点。对500米口径球面射电望远镜(FAST)工程健康监测系统的416个光纤光栅应变计测点进行诊断,成功提取317个传感器的特征,识别出4个故障测点与14个异常测点。该方法不需要先验知识训练,基于数据本身特性实现诊断,对光纤光栅应变计的多种故障有较强的指示作用,满足FAST结构健康监测的工程需求。

基于时间序列的结构应力监测信号预测方法

为保障FAST大型射电望远镜安全工作,使用传感器对其关键点应力信息进行监测与评估,对应力信号进行预测,有助于故障的早期预警与处理,提高安全性能。基于物理模型和人工智能模型预测的方法,往往需要结构详细特性信息,或相关荷载信号作为输入,建模过程较为复杂。本研究使用时间序列分析法,基于ARIMA模型对FAST光纤Bragg光栅应变计实际输出信号进行了建模与测试,利用二阶差分将信号平稳化,并确定模型阶数为ARIMA(4,2,9)。通过模型训练与实际数值比对,长期预测中模型可反映信号变化趋势与规律,短期预测中,预测值与实际值间均方根误差仅为0.0013nm,模型简单且仅依赖数据本身即可实现预测,预测精度满足FAST实际监测预测需求。

主动隔振器的自适应模糊控制研究

针对具有非线性不确定性的主动隔振器的镇定问题,本文采用隔离振动源方法,建立了主动隔振器系统的动态方程,并运用模糊逻辑来估计系统的未知非线性函数;同时基于Backstepping和自适应模糊控制技术给出了系统的控制方案,并在控制器的作用下,闭环系统状态快速收敛到原点充分小的邻域内,从而确保系统正常运行,同时用实例进行了数值仿真。仿真结果表明,在控制信号的作用下,系统状态能快速收敛到原点充分小的邻域内,所设计的模糊自适应控制器在镇定主动隔振器系统的同时使所有的自适应信号保持有界。该研究可确保主动隔振器系统具有良好的隔振性能。

FAST工程主动反射面健康监测系统温度信号多元回归估测

大型结构健康监测系统中,温度测点故障会带来安全隐患。基于500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)主动反射面健康监测系统,提取并分析了9个测点数据间的线性相关性,将候选变量分组并选择最优回归子集,建立多元线性回归模型,融合正常测点数据对故障测点进行估测。针对变量间多重共线性问题进一步应用岭回归法,选定岭参数为6。使用F检验与拟合度检验模型的显著性和有效性,使用不同时日数据验证模型的估测精度。结果证明,多元线性回归模型比单变量具有更高的拟合度和精度,均方根误差为0.475℃;岭回归法稳定性更高,均方根误差为0.435℃。