智能制造时代机器人工程专业建设与人才培养模式探讨——以青岛大学为例

随着《中国制造2025》持续推进和《“十四五”机器人产业发展规划》的实施,我国社会、经济发展对机器人领域相关技术人才的需求与日俱增。为适应新时代国家和社会的需要,从2016年开始,国内高等院校纷纷开设机器人工程本科专业,对推动机器人技术的发展起到了重要的作用。文章对机器人工程专业的建设背景、建设现状等方面进行了分析,并阐述了青岛大学机器人工程专业的建设状况,提出了智能制造背景下机器人工程专业建设的实施方案,旨在为机器人工程专业的发展提供一些参考和建议。

输入饱和下AUV自适应神经网络预设性能控制

针对自主水下航行器(AUV)系统不确定性及输入饱和问题,提出了一种改进的自适应神经网络预设性能控制策略,完成对期望轨迹的跟踪。首先,引入非线性变换,使位置误差始终处在预设时变范围内,提高了控制精度,并基于反步法和Lyapunov函数设计系统虚拟控制律;然后,利用神经网络技术处理系统模型未知参数,并重构系统真实控制律,使传统反步控制策略得以简化,有效降低了计算复杂度,并在Lyapunov稳定性理论的基础上,证明了AUV系统的误差信号均有界;最后,与传统动态面控制方法进行对比,仿真结果表明所提出的控制策略控制性能更好,在考虑输入饱和情况下可有效克服不确定性对系统性能的影响,实现对目标轨迹的有效跟踪。

基于指令滤波的PMSMs全状态约束有限时间控制

针对考虑全状态约束的永磁同步电动机系统,提出了一种基于指令滤波技术的神经网络自适应有限时间位置跟踪控制方案。首先,利用有限时间控制加快系统收敛、减小跟踪误差以及有效解决系统的负载转矩扰动问题;其次,引入指令滤波技术解决传统反步控制的“计算爆炸”问题,设计有限时间误差补偿机制抑制了滤波误差的影响;最后,运用神经网络自适应技术处理系统中未知的非线性函数,引入障碍Lyapunov函数确保系统的状态量被约束在预定义的紧集内。仿真和实验结果表明,该方法可以实现对期望信号快速有效的跟踪。

超疏水抗凝冰沥青路面性能研究

超疏水抗凝冰沥青路面具有良好的排水性能及抗冰结能力,能迅速排除路面上的水分,保持路面干燥,雨天或雪天行驶时,可有效减少水雪对路面摩擦系数的影响,提高抓地力,减少事故的发生。为了进一步提高道路安全性及舒适性,介绍了超疏水抗凝冰沥青路面的性能,采用试验和现场测试相结合的方法,对超疏水抗凝冰沥青路面材料的制备、性能测试及路面性能观测进行分析。结果表明,超疏水抗凝冰沥青路面具有良好的抗结冰性能,可有效降低道路结冰风险,减少车辆滑行事故,是一种有效的技术手段。

基于改进双重无迹卡尔曼滤波算法的车辆状态估计

针对车辆行驶过程中的状态和参数估计问题,基于软件MATLAB中车辆三自由度动力学模型,分别采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法、双重无迹卡尔曼滤波(dual unscented Kalman filter,DUKF)算法及采用奇异值分解的改进双重无迹卡尔曼滤波(singular value decomposition-dual unscented Kalman filter,SVD-DUKF)算法,估计车辆在同一工况下的状态及参数。结果表明:UKF算法能保证一定的估计精度,但需时刻输入准确的车身质量等参数,在车辆行驶过程中难以实现;DUKF算法与SVD-DUKF算法有相近的估计精度,但DUKF算法采用Cholesky分解,在车辆运行过程中难以保证误差协方差矩阵为正定矩阵;SVD-DUKF算法更适合估计车辆行驶状态及参数,估计精度较高,适用性较强。

基于观测器的异步电动机指令滤波离散控制

针对异步电动机的位置跟踪问题,提出了一种考虑电压饱和的异步电动机指令滤波离散神经网络自适应控制方法。首先,构造降维观测器来估计异步电动机的转子位置和角速度;其次,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络技术逼近系统的未知非线性函数;最后,运用指令滤波技术解决传统反步法存在的“计算复杂性”和因果矛盾问题,同时引入补偿信号消除滤波误差。通过李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,设计的控制器能够有效地克服电压饱和对系统的影响,并且具有良好的位置跟踪性能。

植物修复技术治理农田土壤重金属污染的研究进展

植物修复技术作为高效、经济和环境友好的绿色修复技术,受到广泛认可,已成为重要的污染土壤修复治理技术。概述了植物修复技术的修复植物种类、修复模式,分析了当前重金属污染农田土壤植物修复技术存在的问题,并对植物修复技术在治理农田土壤重金属污染方面的研究进行了展望,为重金属污染农田土壤的绿色治理提供理论依据。

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。

考虑铁损的永磁同步电机随机命令滤波控制

针对永磁同步电机在运行中产生的随机扰动问题,提出了一种考虑铁损的永磁同步电机随机命令滤波控制方法。运用命令滤波技术解决了在电机反步控制中出现的“计算爆炸”问题,引入补偿信号消除滤波误差,采用神经网络技术近似系统中未知的随机非线性函数,选择随机Lyapunov函数并分析系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现对预期设计的信号的快速跟踪,有效地解决了系统的随机扰动问题,保证了系统的稳定性。

PMSM伺服系统的自适应反步滑模控制器设计

针对负载转矩未知的永磁同步电机伺服系统的控制问题,本文提出了一种改进的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。根据反步递推原理,选取合理的Lyapunov函数和虚拟控制变量,得到一个新的负载转矩自适应估计方法。该方法采用负载转矩自适应律近似一个非线性的降阶扰动观测器,使负载转矩估计值能够快速准确地收敛到期望值。通过将自适应反步法与自适应滑模控制结合,增强了系统的抗干扰性能,采用的自适应滑模趋近律很好地削弱了系统抖振。利用Lyapunov稳定性定理,证明了系统的全局渐近稳定性,最后在LINKS-RT实验平台上对本文提出的控制方案进行实验验证。实验结果表明,该方法很好地实现了永磁同步电机控制系统的快速渐近位置跟踪控制,具有良好的抗负载扰动性能,控制方案有效实用。

基于命令滤波技术的多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂系统(cooperative manipulators system,CMS)位置和力的控制问题,本文基于机械臂动力学方程,构建了CMS模型,将反步法与命令滤波技术相结合,不仅解决了加速度不连续的问题,而且构建了误差补偿系统,提升了跟踪效果;同时,采用模糊自适应技术,处理系统中的未知非线性项及干扰项,并基于Lyapunov方法,证明系统的稳定性,为验证所设计的新的控制策略的正确性,在Matlab/Simulink模块搭建仿真实验。仿真结果表明,本文所设计的控制策略,能保证系统具有良好的跟踪效果,且误差可以在极短的时间内收敛到一个极小的值;在物体运动加速度不连续时,虽然命令滤波技术(command filtering control,CFC)和动态面技术(dynamic surface control,DSC)都可以保证物体的位置和内力跟踪到理想的运动轨迹,但是CFC的控制效果要优于DSC的控制效果。说明本文所设计的控制策略可以保证CMS的位置和内力快速的跟踪期望轨迹。该研究具有一定的实际运用价值。

全肘式四足仿生机器人爬台阶步态研究

针对四足仿生机器人爬台阶步态规划问题,构建一种全肘式仿哺乳类四足机器人步行机构与通信架构。首先,选择投影法将全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶过程的位姿向水平面转化。其次,分析机器人运动过程中重心的变化;利用水平面爬行步态静态稳定原理,对比研究全肘式仿哺乳类四足机器人多种步态的稳定裕度以及协调性,从而选择出最佳的爬台阶步态。最后,进行反复多次的对比实验,实验结果表明,所设计全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶步态具有良好的稳定性。

永磁同步电机动态面模糊离散速度调节控制

针对永磁同步电机(PMSM)高阶非线性和外部负载扰动的问题,以反步法为基础,提出了动态面模糊离散速度调节控制方法。通过欧拉公式将PMSM连续模型离散化,得到离散模型;运用动态面方法,处理子系统中的虚拟控制函数,解决传统反步法中“计算爆炸”的问题;利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性部分,并给出模糊离散控制器。仿真结果表明:控制器能够有效地调节电机转速,对外部负载扰动具有良好的鲁棒性。

永磁同步电机的线性自抗扰与滑模协调控制

为了改善永磁同步电机伺服系统的控制性能和抗干扰能力,解决滑模控制存在的抖振问题,本文设计了永磁同步电机线性自抗扰与滑模方法协调控制的策略。为了保证电流环的快速动态响应及抗干扰性能,内环采用自适应滑模控制,为了减小抖振,自适应律采用变指数趋近律;外环起动时采用滑模控制,转速接近期望值时,通过协调函数对线性自抗扰与滑模控制两种方法进行平滑过渡,达到期望值时,采用稳态性能更好的线性自抗扰控制。协调控制策略结合了两种控制方法的优点,避免了滑模抖振现象的产生,改善了电机转速的动态和稳态性能。最后在负载转矩未知时设计了观测器和新的控制器,快速准确的观测未知负载扰动,提高了受到扰动时的控制精度。仿真结果表明了线性自抗扰与滑模协调控制器的优越性,达到了预期要求。该控制具有广泛的应用价值。

基于命令滤波技术的水下机器人位置跟踪控制

为解决考虑输入饱和的自治水下机器人的位置跟踪问题,本文采用自适应神经网络命令滤波控制方法,设计了对自治水下机器人进行位置跟踪控制器。利用反步法构造考虑输入饱和的控制器,使用神经网络系统逼近自治水下机器人系统中的非线性项,同时采用命令滤波技术解决计算爆炸问题,引入误差补偿机制,降低滤波误差带来的影响。通过选取合适的李雅普诺夫函数求出自适应律,证明闭环系统的所有信号有界。仿真结果表明,该控制器可以使水下机器人系统中的位置跟踪误差收敛到一个足够小的邻域内。该研究具有一定的实际应用价值。

二代基因测序技术确诊嗜肺军团菌肺炎1例及文献回顾

嗜肺军团菌肺炎是以肺部感染为主要临床表现,可合并免疫功能低下等基础疾病,诊断困难,死亡率高。2020年12月山东大学第二医院重症医学科收治1例发热患者,该患者合并粒细胞缺乏症,且长期应用免疫抑制,出现以肺部感染为主要表现,病情迅速发展为呼吸衰竭。然而患者病原体未能明确,早期经验性治疗效果不佳,采用肺泡灌洗液二代基因测序技术(metagenomics next generation sequencing,mNGS)检查,发现嗜肺军团菌为致病菌,调整为大环内酯类联合喹诺酮类抗感染方案,随后患者体温出现平稳期,但因启动针对性治疗的时间延迟,最终病情难以控制而死亡。因此,对嗜肺军团菌肺炎的早期识别及治疗显得尤为重要。

基于状态约束的直流电动机有限时间位置跟踪控制

本文提出了一种基于状态约束的直流电动机神经网络自适应有限时间控制方法.首先采用障碍李雅普诺夫函数对直流电动机的状态量进行约束,确保直流电动机的角位置和角速度限制在给定的约束区间内,引入神经网络逼近系统中未知的非线性函数.此外,通过引入有限时间控制技术,提高了系统的收敛速度和控制精度.仿真结果验证了该方法能够实现对直流电动机快速有效的位置跟踪控制.

基于Z源逆变器的永磁同步电动机无源性控制

针对永磁同步电机驱动控制中逆变器升压电路结构及控制复杂的问题,本文设计了基于Z源逆变器的永磁同步电机无源性控制方案。基于能量成形和阻尼注入的无源性控制原理,构造了Z源逆变器和永磁同步电动机的欧拉-拉格朗日模型。为了克服传统永磁同步电机驱动控制系统中电压传输比有限的问题,利用Z源逆变器能够完成电压升降及逆变的功能特点,减小了电源电压波动对电机调速系统的影响,仿真结果验证了该方法的有效性。该方案实现了基于Z源逆变器的PMSM速度跟踪控制,很好地保证了该系统的稳定运行,具有良好的应用前景。

Zn-Co/ZSM-5催化臭氧氧化处理精细化工废水

以碱处理后的ZSM-5为催化剂载体,采用等体积浸渍法负载Zn和Co金属活性组分,制备了Zn-Co/ZSM-5催化剂,运用XRD、XRF、BET、SEM、FTIR等技术对其进行了表征,并将其用于催化臭氧氧化处理精细化工废水。结果表明,在550℃下焙烧制得的Zn-Co/ZSM-5催化剂的催化性能较好,具有良好的孔道结构,活性组分在ZSM-5分子筛表面均匀分布。当废水中臭氧通量为2.0 L/min、臭氧质量浓度为4 mg/L、Zn-Co/ZSM-5投加量为0.4 g/L时,60 min后废水的COD去除率可达96.1%。该催化剂使用6次后仍具有较好的催化性能,金属组分溶出较少。

混合碱处理HZSM-5分子筛及其催化丙烷脱氢反应性能

采用不同浓度比的四丙基氢氧化铵和乙酸钠混合碱(TPAOH/CH_3COONa)溶液处理HZSM-5分子筛,对处理前后的HZSM-5分子筛负载Pt,制备Pt/HZSM-5催化剂用于丙烷脱氢反应。利用XRD、XRF、SEM、BET、NH_3-TPD、H_2化学吸附和TG等手段对处理前后的HZSM-5分子筛进行表征,考察了不同浓度比的混合碱溶液对HZSM-5分子筛的晶体结构、表面形貌、孔结构、表面酸性及丙烷脱氢性能的影响。结果表明:混合碱溶液处理HZSM-5分子筛,能够形成微孔-介孔多级孔结构,并能调变分子筛的表面酸性;当TPAOH/CH_3COONa浓度比为0.075时,丙烷初始转化率和丙烯选择性均达到最高值,分别为34.0%和99.1%。