基于OBE与课程思政的“单片机原理及应用”教学探索

“单片机原理及应用”作为学院核心课程,主要讲解MCS51系列和STM32F1xx系列的基本结构、并行扩展方法、定时/计数器、串行通信接口、人机接口、ADC/DAC扩展等知识单元。教学团队成员在整个教学过程中注重以学生为中心、产出导向、持续改进等工程教育理念,从爱国主义教育、创新精神、工匠精神培养和辩证唯物主义等多角度有机融入思政元素,重构了课程教学大纲和教学设计环节。经过近三年的教学实践,形成了OBE理念与课程思政有机结合的教学新模式,学生的嵌入式系统基础能力明显提升,达到了预期效果。

电解槽电流测量模型建模及测量位置的研究

铝电解槽中的导电导体以矩形或近似矩形导体居多。在测量电解槽阳极电流分布时,线性霍尔传感器阵列拓扑结构及摆放的位置对测量结果有很大影响。通过MATLAB仿真,建立了能对有限长矩形导体周围磁感应强度精确求解的三重积分模型,根据拟合数据得出形状系数的向量式,进而获得电流测量模型的解析表达式。在此基础上,研究了线性霍尔传感器阵列的位置变化对测量精度的影响。最后,通过现场实测数据分析,验证了理论模型的有效性,并提出在实际测量过程中对线性霍尔传感器阵列位置的具体要求。

基于铜电解槽电流分布估计的烧板故障诊断

铜电解过程中,为了实现阴极棒'烧板'故障的自动诊断和电流分布的实时监测。提出依据红外成像原理,采用红外相机拍摄铜电解槽槽面图像,提取处理后图像阴极棒部位灰度值,结合现场试验建立灰度值与物体表面温度的数学模型,进而求出阴极棒表面温度。其次,应用偏最小二乘法(PLS)分区建立阴极棒表面温度与电流之间的数学模型,整合后得出阴极棒中电流的平方值与阴极棒表面温度、阴极棒坐标点和环境温度为拟线性关系。依据模型导出的阴极棒电流与现场实测电流对比表明:该方法能较准确地测量阴极棒中电流,实现了铜电解过程阴极棒中电流分布的实时监测。此外,能准确自动诊断出发生'烧板'故障的阴极棒,通过阴极棒中电流的监控也能对'烧板'故障进行预测,实现了'烧板'故障的自动诊断。从而降低了阴极棒'烧板'故障的发生,为企业带来了良好的经济效益。

基于RBF神经网络的低对比度图像自适应增强算法

针对低对比度图像增强问题,提出了一种将直方图修正与RBF神经网络相结合的图像对比度增强算法。首先由原始图像获得与其邻域存在对比度的像素的条件概率直方图,通过调整两个增强参数可以改变条件概率直方图和均匀分布直方图的权重,生成新的直方图对图像进行增强。采用RBF神经网络建立图像特征与两个增强参数之间的非线性映射关系。根据图像本身的特征快速获得增强参数,从而实现图像的自适应增强。该方法计算量小,实时性强,应用范围广,有较强的自适应性。

红外热成像技术在铜电解电流分布测量中的应用

针对铜电解槽中阴极棒电流值无法实时测量的问题,应用红外热成像技术采集电解槽阴极棒的红外图像。对原始图像进行处理与分析的基础上,获取阴极棒的表面温度值。其次,通过理论分析与数据验证,结合COMSOL仿真软件数据建立了温度与电流之间的函数关系模型,进而求出电流值。对比实测电流值与模型电流值,结果表明:电解槽的总电流误差均在±5%以内,各阴极棒的电流误差基本在±12%以内,仅个别阴极棒电流误差偏大。该方法不仅实现了对阴极棒电流值的在线监测,而且对极间短路故障的检测提供了依据。

铝电解槽阳极电流检测方法的研究

提出一种通过测量有限长矩形导体周围磁场来计算导体内电流的方法。该方法基于毕奥—萨伐尔(Biot-Savart)定律,通过MATLAB仿真,建立了能对有限长矩形导体周围磁感应强度求精确解的三重积分模型,并拟合数据得出形状系数的简化解析式。在此基础上,提出了一种能够消除干扰磁场的方法并给出了数学表达式。最后,推导出电流计算模型。理论验证和现场数据分析表明,该方法可以实时监测阳极电流分布。

铝电解槽阳极数据分析

分别采用因子分析法和功率谱估计法对500kA铝电解槽阳极磁场数据和阳极电流信号进行分析,提取同一电解槽不同阳极导杆电流的频谱特征,并将分析结果与因子分析的磁场结果进行对比。结果表明,同一电解槽两侧的磁场呈不同分布状态,与立柱母线同侧的A侧磁场强度数据波动幅度大,其中靠近立柱母线的两根阳极导杆磁场强度较小;立柱母线对面的B侧磁场强度分布均匀。A侧阳极电流信号功率谱曲线2个主谱峰对应的频率分别为0.012Hz、0.023Hz,B侧阳极电流信号功率谱曲线主谱峰对应的频率为0.000 1Hz。

多粒子群优化算法的远红外图像对比度增强

研究红外图图像增强优化处理问题,针对标准粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)在远红外图像对比度增强处理过程中计算速度慢、算法进化到后期收敛速度慢和早熟问题,通过分析标准粒子群算法粒子的运动行为,提出了一种改进的粒子群优化算法和非完全Beta函数相结合的自适应图像对比度增强的算法。在传统的粒子群优化算法的基础上,改进的算法融入了"多粒子群"和"进化论"等理论方法,利用多个粒子彼此独立的搜索空间最优解,提高了全局搜索能力;且在迭代过程中,适时调整加速因子,便于算法在迭代后期找到全局最优解。通过对远红外图像进行仿真,结果表明,改进算法在计算速度和收敛性方面均优于标准粒子群算法,不依赖于图像具体内容,具有较好的通用性和推广价值。

基于SimpliciTI协议的铝电解槽电流分布采集系统的设计

针对铝电解槽电流分布采集系统的布线方便和低功耗要求,提出了一种采用新型芯片CC430F5137单片机设计的电流分布采集系统;系统主要由现场数据采集设备和终端数据处理设备组成;详细阐述了单片机控制模块设计、数据采集模块设计和无线通信模块设计,结合铝电解槽电流分布的测量要求,给出了系统硬件设计框图、软件流程图和详细的SimpliciTI用户层通信协议;多次实验表明,各模块设计合理,系统运行稳定;该方案简单可行,具有较好的应用推广价值。

单片机原理及应用课堂与实践教学改革与探讨

单片机原理及应用作为我校专业必修课,主要讲解MCS51系列单片机的基本结构、总线扩展、定时器/计数器、串行接口、人机接口及ADC/DAC扩展等主要知识点,是一门强调实践为主、注重学习方法的专业课程。经过多年的教学磨炼和实际工程应用提升,单片机原理及应用教学团队成员更加注重培养学生系统思维方法,从课堂教学内容及例题呈现方式、实验内容更新、课外实践内容改革及课外竞赛等方面开展了大量工作,达到了丰富授课内容、提升学习兴趣、注重创新能力培养的预期效果。

一种FIR神经网络的在线学习算法在系统辨识中的应用

通过在指标函数中增加遗忘因子,提出一种FIR神经网络的在线学习算法.该算法具有随训练的样本进度即时更新权值的在线训练能力,与同类方法相比,因没有复杂的矩阵计算,使计算时间大大减少.编制了算法程序,对真实的六机架热连轧机试验数据进行了辨识,所耗用的计算时间远远小于实际数据的采样时间,验证了该算法的在线辨识能力.

基于Linux的Qt串口服务器设计

串口通信广泛运用在工业自动化,串口与TCP/IP网络的结合能够实现远程控制以及数据采集等功能。本文基于Linux环境,利用Qt Create设计了串口服务器,实现了串口到以太网的数据转发功能,并给出了程序的设计要点。最后利用交叉编译器将其移植到嵌入式系统平台上。

基于无线网的铝电解槽电流分布在线监测系统设计与实现

阳极和阴极电流分布是铝电解生产过程中非常关注的工艺技术参数,但是当前采用的检测手段简陋,分析手段简单,不能满足电流分布在线监测的需要.基于等距压降测量原理,成功融入先进的无线传感器网络技术和动态网页技术,开发出电流分布在线监测仪以及配套的数据接口软件和数据分析软件,实现了铝电解槽电流分布的在线监测和实时分析.该系统改变了当前铝电解行业参数测量、数据存储和数据分析的工作模式;为深入研究铝电解生产过程、把握电解槽运行状态提供了工具;提高了一线工人的数据测量效率,消除了传统方法数据录入过程中出现的数据差错问题,提高了数据的使用效率.实际运行效果证明该系统具有很好的推广价值.

感应电机效率优化的自适应反步控制研究

针对感应电机的效率优化问题,推导出最优转子磁链表达式,在电机参数变化和负载扰动情况下,提出一种基于自适应反步法的感应电机效率优化控制方案,保证感应电机驱动系统的控制性能,提高系统的稳态运行效率。在转子磁链和电机转速不可测时,能够实现跟踪误差在原点全局稳定。采用跟踪微分器(TD)得到给定转子磁链和转速的微分。仿真和实验结果表明,在保证驱动系统本身控制性能的前提下,该方法实现了系统稳态运行高效率,与传统的PI调节器矢量控制方式相比,提高了轻载时系统的动态响应速度,具有实用价值。

新型抗饱和PI控制器及其在异步电动机调速系统中的应用

提出了一种新型抗饱和PI控制器的设计方法,通过引入反向计算系数减小了积分饱和对系统的影响,给出了新型抗饱和PI控制器的系统框图,并且证明了该算法的稳定性。为了提高异步电动机调速系统的动态性能,把这种抗积分饱和的PI控制器应用到了PWM逆变器供电的异步电动机矢量控制系统中。利用Matlab软件进行了仿真实验,仿真实验结果验证了这种算法的有效性,表明这种新型PI控制器可以有效地降低调速系统的超调量,缩短系统的稳定时间,同时还可以提高系统对负载扰动的鲁棒性。

基于铝电解槽等效电路仿真的气泡对槽电压波动的影响(英文)

建立一种研究气泡对槽电压波动影响的方法,该方法将整个电解槽等效为一个电阻电路,并利用Matlab/Simulink仿真软件建立等效电路的仿真模型进行动态仿真研究,从而获得不同气泡状态下槽电压和阳极电流的时间序列数据,利用频谱和统计分析方法对这些数据进行分析。结果显示,较高的气泡释放频率对槽电压波动的影响更大,当一组阳极表面气泡覆盖率超过80%时,槽电压可能超出正常的波动范围。仿真结果证实了在实际生产中计算机监测到的阳极效应主要是全槽的阳极效应。

热连轧机板形板厚解耦控制的逆系统方法研究

提出一种解决热连轧机板形板厚解耦控制的逆系统方法 ;考虑热连轧机板形板厚的耦合性 ,在控制系统中加进一个“逆系统”,解耦线性化后 ,按照系统要求进行控制系统设计 ;在建立了热连轧机的非线性全量模型和线性增量模型基础上 ,分别构造了板形板厚解耦控制的非线性逆和线性逆解耦控制器 ,并用 C语言编写了 6机架仿真程序。

铝液界面波动对铝电解槽阳极电流及槽电压影响的仿真研究

基于电化学的相关理论,将铝电解槽等效为电路模型。利用Matlab/Simulink仿真软件,建立了铝电解槽的等效电路仿真模型,研究了阳极炭块下铝液的波动引起极距变化所造成的阳极电流和槽电压的变化。仿真结果显示,正常生产条件下,阳极炭块下铝液的波动情况对流过该支路的电流变化起着主导作用,其它支路阳极炭块下铝液的波动对其影响较小;槽电压的波动频率能够完全反映出各个支路电流的波动频率。

AGC板厚控制系统中对时滞非线性问题的有效控制方法

针对在AGC板厚控制系统中存在时滞、时变、大惯性、非线性等问题,提出了采用自适应集中延时神经网络辨识、最优预报和模糊免疫PID控制相结合的控制方案,有效地提高了系统的控制精度和动态性能.经MATLAB仿真实验表明,各项指标均好于传统的控制方式,取得了令人满意的控制效果.

基于可编程级联数字低通滤波器的定子磁链估计器

为了提高定子磁链估计器的性能,提出了一种新的基于可编程级联数字低通滤波器的定子磁链估计器。介绍了可编程级联数字低通滤波器的基本结构,分析了其频率特性,给出了定子磁链估计器的结构框图和参数自适应律。这种定子磁链估计器能够有效地消除初始估计误差和离散化误差对估计结果的影响,减小由直流分量引起的估计误差。利用Matlab软件进行了仿真实验,给出了仿真实验结果,仿真实验验证了这种定子磁链估计方法的可行性。