基于亚像素定位的图像边缘检测策略研究

针对图像处理与计算机视觉技术中低对比度、边缘模糊图像的边缘检测问题,参考局部极值与梯度方向两种因素,并结合图像边缘方向趋势,提出了一种单像素边缘跟踪策略。相较于应用广泛的Canny算法,该跟踪策略无需设置全局阈值,实现方式更为简洁、高效;提取的图像边缘连续、平滑、完整,并有效地减少了图像边缘的冗余像素,进而提升了图像后续处理的效率;边缘跟踪方向抗干扰性强,具有较强的鲁棒性。为了减小检测的图像边缘与真实图像边缘之间的偏差、提高图像边缘检测的精度,参考边缘像素点的相邻区域灰度,以边缘像素点的梯度分布为依据对该像素点进行亚像素定位。经实验验证,经过亚像素优化的图像边缘检测策略可用于检测边缘模糊、对比度低的图像,检测的图像边缘完整、连续且平滑。该策略有效地消除了程序运算中引入的截断误差,提升了图像边缘检测精度,且适用于亮度5~100000 lx的高动态成像场景中。

基于动态基准的低复杂度特种车辆行驶调平控制方法

针对特种车辆行驶调平问题,提出基于动态基准的低复杂度控制方法。整车被分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的悬架节点。建立悬架节点动力学模型,将基于整车行驶动力学模型的位姿混合控制问题,转换为基于全驱型悬架节点动力学模型的单纯位移控制问题。提出并构建动态基准和基准误差,解决现有方法对车身铅垂高依赖和限制的技术瓶颈,同时提高车辆的通过性能。建立基于基准误差的扩张状态观测器,实现动态解耦,并提出一种低复杂度行驶调平控制方法。借助汽车系统仿真软件Carsim验证该方法的有效性。结果表明:与经典基于常值基准的整车型控制方法对比,在所提出方法作用下,车辆的行驶调平精度提高了一个数量级;特别是在路面激励幅度超过作动器行程的工况下,车辆的舒适性和安全性尤为改善。

舰载直升机电驱动助降装置及其关键特性分析

针对现役综合系留和转运系统(Aircraft Ship Integrated Secure and Traverse,ASIST)存在的捕获冲击力大、转运时系统能耗高的问题,设计舰载直升机电驱动助降装置。通过分析助降装置的工况得出助降装置在执行捕获与转运任务时的性能要求,据此给出电驱动助降装置传动系统的设计方案。基于功率键合图理论建立传动系统的动力学模型,并与液压驱动助降装置进行对比仿真实验。仿真结果表明:电驱动助降装置的捕获速度降低约92%,捕获时最大冲击力降低约94%,能够在21 kN的外负载作用下执行直升机转运任务,在执行转运任务时能耗降低约29%,该成果对于拓宽ASIST的使用范围、降低系统能耗具有重要意义;所引入的兼顾系统动态特性与能耗特性的建模方法,为其余复杂机械系统的动力学建模提供了参考。

Output feedback control and parameters influence analysis of active suspension electro-hydraulic servo actuator

The hydraulic servo actuator of heavy vehicle active suspension is investigated to clarify the correlation between system parameters and the control characteristics of active suspension hydraulic servo system.Accordingly, a nonlinear physical model of electro-hydraulic servo active suspension system is built.Compared with the conventional nonlinear modeling, the model in this study considers the asymmetry of working areas caused by single rod hydraulic cylinder in the suspension system.In accordance with the model, a nonlinear output feedback controller based on backstepping is designed, and the effectiveness of the controller is proved based on the experimental platform.The dynamic response curve of the electro-hydraulic servo control system under the change of parameters is generated based on the simulation model.The sensitivity of electro-hydraulic servo control performance to the change of system physical parameters is investigated, and two evaluation indexes are proposed to quantify and compare the effect of all physical parameter changes on position control system.As revealed by the results, the position control characteristics of suspension actuator are more sensitive to the changes of flow gain of the servo valve, system supply oil pressure and effective working areas of cylinder, and the two evaluation indexes are over 10 times higher than other physical parameters.

电液主动悬架灵敏度分析与自适应跟踪控制

应急救援车辆载重量大、行驶路面复杂,电液主动悬架输出力的响应和控制精度对衰减振动至关重要。建立了电液主动悬架单元数学模型,给出了系统的轨迹灵敏度方程,并得到力阶跃响应对应各主要参数的灵敏度,为悬架性能优化提供理论依据;针对电液主动悬架负载质量大的特点,结合灵敏度分析结果,设计模型参考自适应控制器。最后,通过实验对自适应控制效果进行验证,结果表明所提出的控制方法可有效提高电液主动悬架单元的跟踪性能和对输出力的控制精度,助力整车主动悬架系统实现各种先进控制算法。

主动悬架系统事件触发自适应渐近跟踪控制

针对含有未知路面输入的二自由度1/4车辆主动悬架系统高度控制问题,提出一种事件触发自适应神经渐近跟踪控制方案。利用径向基函数神经网络对未知模型动力学和虚拟控制律导数构成的综合不确定项进行逼近,采用最小学习参数化技术对神经网络权重进行压缩,设计单参数自适应律。在控制律和自适应律中构造积分有界函数,以保证跟踪误差的渐近收敛。设计控制器至执行器通道上的事件触发控制律,构造一种变量阈值的事件触发条件。通过Lyapunov直接法和Barbalat引理证明闭环系统的渐近稳定性。最后,通过仿真验证方案的优越性。

主动油气悬架电液伺服系统的自适应滑模控制

在主动油气悬架的基础上,针对电液伺服阀的工作特性以及外加未知扰动的情况,采用自适应滑模控制的方法进行控制器设计。该方法针对悬架系统的不确定刚度进行自适应控制,较好的解决了参数不确定性对系统的影响,采用滑模控制的切换控制方法来提高系统对干扰的抑制作用,利用饱和函数代替符号函数的方法来减弱系统抖振带来的不利影响。最后通过仿真对比,主动悬架的车身垂直加速度、悬架动行程和车轮动载荷三项指标较之被动悬架都有了较大改善。

基于内模控制的主动悬挂电液伺服作动器位置控制研究

针对负载质量和负载力等参数不确定的主动悬挂电液伺服作动器位置控制系统,采用内模控制方法对其进行位置控制。根据系统特性建立了电液伺服作动器位置控制系统线性化数学模型,并基于此模型设计了内模控制器。为验证内模控制器的控制效果,进行了与PID控制的对比仿真分析和台架试验。以阶跃信号为输入信号进行了仿真分析,仿真结果表明,系统在内模控制下的单位阶跃响应快速、平稳、无超调,动态特性优于PID控制,且当系统受到外部干扰时,内模控制比PID控制能更快速、平稳地恢复至稳态值。台架试验包括改变正弦输入信号频率和改变负载质量两种试验方案。结果表明,当正弦输入信号频率由0.1 Hz增加至2 Hz时,基于PID控制的系统跟踪性能明显恶化,而基于内模控制的系统跟踪性能并无明显变化;当负载质量发生变化时,基于内模控制的系统跟踪误差变化幅度明显小于PID控制。基于内模控制的电液伺服作动器位置控制系统的跟踪响应性能优于PID控制,满足主动悬挂系统的使用要求。

数字型液压变压器结构设计与压变特性研究

通过采用多个齿轮泵/马达单元和控制阀组等基础元件,设计了一种数字型液压变压器。数字型液压变压器具有数字元件的离散、简单和易控等特性,将多个不同排量的齿轮泵/马达单元进行组合,各个齿轮泵/马达之间同轴连接,每个齿轮泵/马达单元的进口、出口分别安装有电磁开关阀,采用节流阀模拟数字型液压变压器负载,通过控制齿轮泵/马达单元进口、出口控制阀组的得失电状态,实现数字型液压变压器变压比根据二进制数字控制而变化的目标。利用AMESim仿真软件对数字型液压变压器的变压过程进行仿真分析,基于试验平台对数字型液压变压器进行了验证。结果表明,所提出的数字型液压变压器可以通过数字控制进行变压,验证了其变压原理的可行性。

定量泵负载敏感系统卸荷压力冲击抑制研究

定量泵负载敏感系统在快速卸荷时容易出现压力冲击现象,对系统的可靠性和寿命产生较大危害。三通压力补偿阀是定量泵负载敏感系统中关键的调压元件,本文以三通压力补偿阀为切入点,建立定量泵负载敏感系统功率键合图模型,基于键合图模型推导系统的状态方程,建立Matlab动态仿真模型,探讨系统卸荷压力冲击的抑制方案。基于系统仿真模型,首先对系统卸荷压力冲击的仿真与试验进行对比,验证了仿真模型的正确性;然后,针对三通压力补偿阀的系统压力腔阻尼、阀芯直径、Ls腔阻尼、阀口锥角等关键参数,对卸荷压力冲击影响规律进行仿真;最后,基于关键参数对卸荷压力冲击影响规律的分析,提出了一种“小阀芯、双阀口”型三通压力补偿阀结构优化方案,并对其卸压冲击抑制效果进行了仿真和试验。结果表明,该方案可以有效抑制卸荷压力冲击,优化后系统卸压冲击压差比原系统降低了89%,卸荷压力降低了20%,进一步实现了节能。

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明,所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区,提高了系统动态性能和位置跟踪精度。

重型载运车辆底盘集成控制研究综述

重型载运车辆是我国道路运输的主要装备。受路面环境和任务工况影响,重型载运车辆在坡道、泥泞、凹凸不平等非结构化路面的行驶速度低,侧滑与侧翻事故时有发生。底盘动力学集成控制技术是提高车辆机动性、平顺性、安全性及操稳性的有效手段。本文着重分析了主动悬挂控制技术、转向控制技术、驱/制动控制技术及底盘集成控制技术等方面的最新研究成果,并针对重型载运车辆的特点,总结了现有研究的不足并对未来的发展方向进行了展望。

应急救援车辆主动悬挂系统能耗与发动机的功率匹配控制

针对主动悬挂系统能耗与发动机运行参数不匹配而导致的液压主动悬挂系统压力和流量频繁波动、发动机载荷过高导致熄火等问题,提出了主动悬挂系统能耗与发动机功率匹配的控制方案。分析了保证主动悬挂系统与发动机匹配运行的条件,为使主动悬挂系统运行的最大功率小于发动机当前状态下的剩余功率,提出了根据驱动主动悬挂系统的平均流量对变量泵排量控制信号进行动态补偿的控制策略,应用模糊PID控制方法设计了功率匹配控制器。试验结果表明:相较于原主动悬挂系统,应用所提出控制方案的主动悬挂系统所消耗的平均功率降低了42%,发动机扭矩百分比平均值下降了39.6%,主动悬挂系统能耗和发动机载荷明显减小。

基于多传感器信息融合的车辆高精度定位技术

为解决多轴应急救援车辆在复杂环境行驶时的定位误差问题,设计了一种基于多信息融合的组合定位系统,该定位系统主要由前端里程计和后端优化模型组成。首先完成三轴车运动学建模,推导出基于惯性测量单元的运动学预测方程和基于全球定位系统的运动学观测方程,通过Kalman滤波器进行状态更新,完成前端里程计的构建;然后设计了基于迭代最近点匹配算法的外参标定工具,并构建了特征点云匹配模型,完成后端模型优化;最后进行了仿真与实验,研究结果表明,该系统定位误差为±3.45 cm,角度误差为±0.10°,准确性、稳定性均得到了很大的提高。

聚丙烯/改性金云母复合材料的研究

通过熔融共混法,分别将未处理、经庚二酸(PA)处理和经PA/Ca(OH)_2复合处理的金云母与聚丙烯(PP)制备了PP/金云母复合材料。研究了改性金云母对PP结晶行为及力学性能的影响。结果表明:经PA处理后的金云母的粒径更小,分布更窄。加入处理过的金云母的复合材料中β晶的含量显著提升。添加改性金云母复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度提升效果显著。加入处理的金云母后,PP球晶尺寸明显减小,球晶形态发生变化。

多主体协同的工程专业学位研究生培养模式探索与实践

分析了工程专业学位研究生教育存在的问题,认为多主体协同是打通高校、企业和政府之间合作壁垒,实现工程教育理论与实践深度融合的必由之路。构建并实施了“一个目标、三位一体、三层融合、五个共同”的工程专业学位研究生“1335”培养模式,介绍了该模式在完善实践基地建设、提高研究生实践创新力、服务产业战略需求和区域经济发展等方面取得的成效。

基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略

为了提高液压系统控制精度,通过分析几种常用驱动策略下阀芯的动态特性以及进油口压力对动态特性的影响,提出了一种可适应进油口压力变化的多级电压激励驱动策略,与常用的双电压激励策略相比具有更好的动态特性,阀芯开启、关闭时间分别降至2. 2、1. 7 ms,线圈热功率降低了68. 5%。设计了一种通过PWM调制、可输出0～60 V之间任一电压的驱动电路。采用BP神经网络对PID参数进行整定,可实现液压缸位移的精确控制。在自适应电压激励与BP神经网络联合控制策略下,恒流量液压系统液压缸位移误差在-0. 3～0. 3 mm之间,变流量液压系统液压缸位移误差在-0. 5～0. 5 mm之间。

基于视觉的吊装机器人卷扬随动控制研究

海洋浪涌对海洋物流吊装机械工作安全及可靠性有很大的影响。目前海浪运动补偿多基于IMU或MRU等船舶专用传感器,其成本较高。采用组合标识,提出基于视觉的吊装机器人卷扬随动控制方法。首先,对机械臂进行运动学分析以及手眼标定,采用视觉标识对复杂环境下的目标进行检测,采用主方向定位以及DLT算法对标识进行定位;然后通过建立卷扬系统模型,在速度环上采用伪微分反馈复合控制算法,使用基于双S形曲线运动规划加减算法进行目标运动跟踪、路径重规划,并采用加减速方法生成运动轨迹。通过搭建试验平台,模拟海上工作环境并进行静态目标和动态目标跟随试验,验证了卷扬升降控制的可行性以及随动控制策略的有效性。

温度对碳球形貌及超级电容性能的影响

以三氯乙烷和二氯乙烷为原料,金属钠为还原剂,在溶剂热条件(100～150℃)下使氯代乙烷中的碳氯键和碳氢键发生断裂制备了碳纳米球,并对制备的碳纳米球进行了表征. X射线衍射结果表明,样品为类石墨结构,衍射信号宽且弱,表明样品的结晶性较差;拉曼光谱分析结果也表明样品具有较高的无序度.样品的SEM与TEM分析结果表明,在较高的反应温度下,碳球具有更好的单分散性,碳球的粒径随温度的升高而增大;选区电子衍射结果表明碳球内部为无定形的类石墨结构.以碳纳米球为负极材料的锂离子电池测试结果表明,50周循环后比容量为941 mA·h/g,库仑效率接近100%,放电容量保持率为103. 7%,具有良好的循环稳定性.测试了不同温度下制备样品的超级电容器性能,发现120℃下制备的碳纳米球具有较高的比电容和较低的内阻值,比电容高达130 F/g,经过1000周循环充放电后比电容衰减比例低于14%,具有较高的稳定性.

FOUR-PARAMETER AUTOMATIC TRANSMISSION TECHNOLOGY FOR CONSTRUCTION VEHICLE BASED ON ELMAN RECURSIVE NEURAL NETWORK

From the viewpoint of energy saving and improving transmission efficiency, the ZL50E wheel loader is taken as the study object. And the system model is analyzed based on the transmission system of the construction vehicle. A new four-parameter shift schedule is presented, which can keep the torque converter working in the high efficiency area. The control algorithm based on the Elman recursive neural network is applied, and four-parameter control system is developed which is based on industrial computer. The system is used to collect data accurately and control 4D180 power-shift gearbox of ZL50E wheel loader shift timely. An experiment is done on automatic transmission test-bed, and the result indicates that the control system could reliably and safely work and improve the efficiency of hydraulic torque converter. Four-parameter shift strategy that takes into account the power consuming of the working pump has important operating significance and reflects the actual working status of construction vehicle.