基于微服务架构的智慧供热分布式数据中台研究

随着城市集中供热系统的规模不断扩大,热源种类、管网密度、复杂程度都在不断增加,数据种类纷繁复杂且规模巨大,供热系统调度中海量的数据处理依然依靠大量的人工,导致系统运行低效,系统调度困难、供需不平衡、综合成本较高等问题,因此设计合适的中台显得尤为重要。结合大连某供热公司的项目,构建了一个基于微服务架构的智慧供热分布式数据中台,实现了数据汇聚整合、数据提纯加工、数据服务的可视化等,使企业的员工能够方便高效地使用数据,且系统能够长期稳定工作。

海上无人机对运动船舶的长期检测跟踪算法

针对无人机在海上对船舶进行长时跟踪时,由于船身被遮挡及船舶离开视野导致目标跟踪失败的问题,提出了基于YOLOv5和ECO_HC相结合的海上目标长时检测跟踪算法。首先,利用感知哈希与峰值比例综合评估跟踪过程的可靠性,目标丢失时利用YOLOv5检测器重新定位目标位置,并初始化跟踪器模型,消除累计错误信息。其次针对目标在跟踪过程中存在的旋转变化,利用傅里叶-梅林变换进行旋转参数估计,减少了目标旋转造成的跟踪器性能下降问题。本文算法在OTB-100数据集上的平均精确度和成功率为83.9%和76.7%;在无人机平台上进行实际海上场景船舶跟踪实验,在完全遮挡及离开视野两种情况下精确度和成功率分别为为80.9%,60.4%和90.2%,48.3%,实验表明本文算法可以有效抑制常见海面干扰因素的影响。

基于电子海图栅格化的无人水面艇全局路径规划

为解决无人水面艇自主避碰决策中的全局路径规划问题,提出一种基于电子海图栅格化建立环境模型的遗传算法全局路径快速搜索方法。通过对电子海图数据中的海洋环境信息进行提取,采用栅格法建立路径搜索空间的环境模型,并使用栅格标号对路径个体进行编码,利用一种随机快速搜索产生初始种群的改进遗传算法进行路径搜索,提高无人水面艇全局路径规划的收敛速度和优化效率。试验结果表明,采用改进遗传算法进行基于电子海图栅格化的无人艇全局路径规划具有一定的合理性和有效性。

时变漂角下USV直线路径跟踪控制器设计与验证

为了解决"蓝信"号无人水面艇在真实海洋环境中的直线路径跟踪的精确控制问题,在考虑到实际航行中存在时变漂角的情况下,设计并验证了一种基于LOS制导算法的无人水面艇直线路径跟踪控制方法。以"蓝信"号无人水面艇的操纵运动模型及辨识的参数为基础,将LOS制导算法与模糊自适应PID航向跟踪控制相结合,设计了一种考虑时变漂角的无人水面艇直线路径跟踪控制器,仿真结果验证了该方法的可行性。最后,通过蓝信号无人水面艇在大连海事大学凌水校区外部海域的实船实验,验证了该方法应用在实际工程中的正确性和有效性,降低了真实海洋环境下实际航迹跟踪过程中时变漂角对航迹跟踪控制精度的影响。

四旋翼飞行器轨迹跟踪控制器的设计与验证

为了解决四旋翼飞行器在外界扰动影响和系统模型参数存在不确定性情况下的精确轨迹跟踪控制问题,设计并验证了一种四旋翼飞行器的非线性轨迹跟踪控制器。首先建立了考虑执行机构特性的四旋翼飞行器数学模型,并将虚拟控制量映射到了实际中对电机的控制;然后通过在反步法轨迹跟踪控制中加入积分项,设计了一种基于积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器,消除模型参数不确定性及外界干扰引起的误差,仿真结果验证了该方法的可行性;最后,利用QBall2四旋翼飞行实验平台,对所设计的非线性轨迹跟踪控制器进行验证,实际飞行实验结果表明了所设计控制器的有效性,提高了实际飞行过程中外界干扰和不确定性下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制的精度。

基于模型预估的汽车主动锥齿轮总成锁紧螺母拧紧机

为了实现汽车主动锥齿轮的自动化装配,在锁紧螺母拧紧机的研究中提出了模型预估的设计方法。根据螺栓拧紧特性对预紧力、扭矩、角度进行预估,用嵌入式拧紧控制器对汽车驱动桥主减速器总成装配中的锁紧螺母进行拧紧控制,结合光纤传感检测和机械设计技术进行销孔定位装置及其辅助装置设计。运用智能化的模糊控制算法,完成了对主动锥齿轮中锥形轴承的轴向预紧力、锁紧螺母的扭矩及角度定位多变量目标的模糊智能控制。经实际生产验证,该系统成功地解决了一类带有销孔定位功能的锁紧螺母的拧紧问题,并且系统具有很高的预测准确率,提高了生产效率和产品质量。

基于智能控制的差速器轴承预紧测量

通过对汽车变速器装配中差速器轴承装配环节的分析,提出了一种基于模糊和比例-积分-微分联合控制的在线预紧差速器轴承和测量启动摩擦力矩的智能控制方法,并成功地研制出了差速器轴承预紧测量的自动化设备。系统在对差速器轴承进行自动装配的同时,具有在线自动测量预紧力矩和启动摩擦力矩功能,使差速器轴承得到合适的预紧。经实际生产验证,该系统成功地解决了一类在线预紧差速器轴承和测量启动摩擦力矩问题,系统具有很高的预测准确率,提高了生产效率和产品质量。

四旋翼无人飞行器实验平台设计及姿态控制研究

为了实现四旋翼无人飞行器姿态的稳定控制并验证控制算法的性能,设计了一种可用于四旋翼无人飞行器姿态控制算法研究及控制性能测试的物理实验平台;首先,利用牛顿一欧拉法建立了四旋翼无人飞行器的六自由度动力学模型;其次,对姿态传感器数据进行融合,利用互补滤波算法实现对四旋翼飞行器姿态进行快速准确解算;然后,在MATLAB环境下搭建了四旋翼飞行器仿真模型,并设计改进的PID控制器对飞行姿态进行了仿真;最后,搭建了一个四旋翼无人飞行器姿态控制的物理实验平台,进行了飞行器姿态控制算法的性能测试;实验结果表明了四旋翼无人飞行器实验平台设计的合理性和正确性,是一种快速有效的飞行器姿态控制算法性能测试实验平台。

基于交叉耦合控制的多活塞螺栓协调装配的研究

为了实现多活塞螺栓的协调装配,提出一种多活塞螺栓装配工艺的优化方法,将交叉耦合控制方式应用在多活塞螺栓协调装配过程中。交叉耦合协调装配控制方法的运用,完成了对钢顶铝裙组合活塞的轴向预紧力、活塞螺栓的扭矩及角度定位多变量目标的智能装配控制。经实际生产验证,系统成功地解决了一类多活塞螺栓在装配过程中相互难以协调控制的问题,提高了机车柴油机活塞螺栓的整体装配控制精度和装配效率,保证了内燃机活塞的装配质量和可靠性。

船撞作用下高桩码头动力响应及计算方法研究

为了解不同高桩码头整体刚度在船舶撞击下动力响应分析,通过应用ANSYS软件的LS-DYNA子模块,建立了船舶、高桩码头和地基土的三维有限元模型,模拟了船舶在不同的影响因素下撞击高桩码头的瞬态过程,得到不同工况下的撞击力变化规律,以完成非线性动力响应的计算。研究表明:船舶速度越大、桩体弹性模量越大、船舶密度越大将导致撞击力的增大。通过MATLAB的regress函数拟合在三个因素影响下撞击力公式为F=-65.8759+455.7778V+0.0844E+5.3611ρ。

集散式多轴拧紧机控制系统的设计应用

介绍了集散式多轴拧紧机控制系统的设计原理及其在汽车工业网络制造管理中的应用。该集散式控制系统由三级控制体系和两层网络结构组成,实现了企业在螺栓拧紧部分的生产、控制和管理的集成,提高了汽车工业网络制造管理水平。

基于ABAQUS的沉箱码头墙后土压力计算方法

通过采用ABAQUS有限元软件,建立了沉箱和地基相互作用的三维模型,模拟了在自重作用下沉箱码头墙后土压力分布情况。结果表明:沿码头长度方向由于沉箱舱格及舱格内回填引起各断面结构刚度差异,沉箱墙后土压力分布呈现较为明显的空间特征,其总力较规范计算值偏大,从而使结构稳定性计算偏于不安全。结合工程实例模拟结果提出了一种更为符合实际的墙后土压力计算模型。

基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行系统非线性控制

针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况,提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法.将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统,分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制;设计一种扩张状态观测器,用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性,并验证了闭环系统的稳定性,跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界.最后,利用Quanser公司的Qball2飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制,仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性,实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.

风速风向测量误差补偿算法的研究

为了提高风帆助力船舶中风速风向的测量精度,提出一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿算法。首先建立了船舶运动状态下风速风向矢量的空间模型。在应用超声波风速风向测量技术的基础上,通过空间测量的方法确定测量误差与空间倾角的对应关系,并对测量误差进行单向拟合补偿计算和空间拟合补偿计算。最后,经过大量的实验和测量数据的对比,验证了基于空间模型误差补偿算法的有效性和可行性。从而解决了一类风帆助力船舶辅助推进控制系统的风速风向空间测量的误差补偿问题,使得风速风向测量精度满足风帆辅助推进控制系统的要求。

无人水面艇模型辨识及其航向非线性控制的研究

无人水面艇是一种智能化海洋装备平台,有航速快、机动性强、自动化程度高等特点,可以执行各种危险以及不适合人员参与的任务;航向控制不仅关乎到航行的安全性与经济性,更是实现其无人行驶的基础;为了实现航向的自动控制,首先进行无人艇模型辨识,模型是控制的基础,控制效果的好坏不仅与控制策略有关,更与模型的精度有关;为了提高模型精度,采集Z型和回转实验以数据,通过递推最小二乘对无人艇的数学模型进行辨识;然后将模型的仿真实验与实船数据进行对比,验证了模型的正确性和合理性;基于Backstepping方法设计非线性航向控制器,借助Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性;仿真结果表明系统的实际航向能实时跟踪设定航向,控制器具有良好的动静态特性和鲁棒性。

基于模糊预估的驱动轮轴自锁螺栓定位装配系统

为了实现拖拉机驱动轮轴的自动化装配,提出了自锁螺栓拧紧装配模糊预估的控制方法。根据螺栓拧紧特性对预紧力、扭矩和角度进行预估,用嵌入式装配控制器对拖拉机驱动轮轴总成装配中的自锁螺栓进行拧紧控制,结合光纤传感检测和机械设计技术进行锁片定位装置及其辅助装置的设计。智能化模糊控制算法的运用,完成了对驱动轮轴总成的轴向预紧力、自锁螺栓的扭矩及角度定位多变量目标的模糊智能控制。经实际生产验证,该系统解决了带有锁片定位功能的自锁螺栓装配问题,并且系统具有很高的预测准确率,提高了生产效率和产品质量。

风翼助航船舶的风翼受力测量方法研究

为直接获得准确的风翼助航船舶风翼受力大小与方向,对于采用圆柱形桅杆的风翼系统,提出了通过采用测量桅杆弯曲应变间接获得风翼受力的测量方法。首先给出了采用电阻应变片组成的半桥差动电路设计的测量装置结构。然后在弯曲应变测量技术基础上,通过理论分析研究获得风翼受力大小与方向的测量方法。最后,通过大量的实验测量数据,验证了该测量方法的有效性与可行性。研究结果表明,该测量方法具有系统测量装置结构简单、安装与操作方便,测量范围大、稳定性与线性度好等特点,从而解决了一类风翼助航船舶推进控制系统的风翼受力测量问题。

无人水面艇模糊自抗扰路径跟踪控制的研究与验证

针对无人水面艇路径跟踪的精确控制问题,进行路径跟踪控制的研究。根据需求构建合适的无人水面艇运动数学模型,利用自抗扰控制算法,设计路径跟踪控制器,考虑到自抗扰控制中参数较为繁杂且整定不易的特点,结合模糊控制理论设计模糊自抗扰路径跟踪控制器。以大连海事大学“蓝信”号无人艇为研究对象,针对所设计的2种控制器进行MATLAB仿真试验,并使用“蓝信”号无人艇在大连星海湾大桥外海域进行实船验证试验,通过对仿真结果和试验结果的分析与对比,验证了所设计方法的可行性和有效性。

吊舱推进无人水面艇的航向保持

针对吊舱推进无人水面艇(unmanned surface vessel,USV)的航向控制问题,本文在建立其响应模型的基础上,根据线性滑模(linear sliding mode,LSM)和非奇异终端滑模(non singular terminal sliding mode,NTSM)在平衡点收敛速度不同的特点,提出了具有较快收敛速度的快速非奇异终端滑模(fast non singular terminal sliding mode,FNTSM)航向保持策略。通过RBF神经网络和扰动观测器分别补偿模型的不确定和外界扰动,同时采用饱和函数和模糊加权来减弱抖振现象以增强系统的鲁棒性。最终将FNTSM与反步自适应航向保持策略进行仿真比较,结果表明:本文提出的FNTSM航向保持策略较传统的自适应控制方法有较快的收敛速度和较强的鲁棒性,证明了本文所述方法的可行性和正确性。

开关磁阻电机直接自适应神经网络控制

针对开关磁阻电机调速系统存在的未知参数波动和外部负载扰动问题,提出了直接瞬时转矩控制下的基于最小学习参数的直接自适应神经网络控制算法实现开关磁阻电机高品质调速控制。采用RBF神经网络对包含未知参数波动和外部负载扰动等不确定项的理想控制律进行整体逼近。将神经网络理想权值的范数作为在线估计参数,使在线学习参数由多个权值减少为一个,降低了控制器的计算负担。基于李雅普诺夫函数的稳定性分析保证了闭环调速系统半全局一致最终有界稳定。与PI控制的对比仿真试验表明,直接自适应神经网络控制器能够有效地提高开关磁阻电机调速系统对参数波动的自适应性和对外部负载扰动的鲁棒性。