基于干扰观测器的机械臂连续滑模控制方法

针对多关节机械臂的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种基于干扰观测器的连续滑模控制方法。首先,对于系统扰动,设计了一种干扰观测器来对扰动进行实时估计以减少系统的不确定性;其次,基于高阶滑模控制思想对控制器进行设计,得到了连续的控制律,从而有效削弱了滑模控制中的抖振现象;同时,为了解决滑模控制需要预知不确定性上界的缺陷,采用自适应技术对控制律进行改进,避免选择较大的控制增益增加系统的抖振,给出了控制器的李雅普诺夫稳定性证明,并计算了系统的有限收敛时间;最后,以六自由度机械臂的前3个关节作为研究对象进行仿真分析,并与线性滑模控制方法和终端滑模控制方法进行对比,验证了所提出的控制方法的有效性。

非对称液压缸位移伺服系统的复合控制策略与试验研究

非对称液压缸的位移伺服系统存在两腔作用面积不等、系统模型不确定等特点,给液压缸高精度位移跟踪控制造成了巨大的困难。对此,提出以速度前馈为主与位移反馈为辅的复合控制策略。设计一种新的以控制电流和阀口压差为自变量的伺服阀流量计算模型,并根据该模型设计液压测试回路,通过测试结果辨识模型中的参数。根据伺服阀流量模型与目标位移轨迹计算速度前馈控制量。基于PI控制求出位移误差反馈控制量。最后,将速度前馈和位移反馈控制量相叠加作为伺服阀的驱动电压。通过试验得出在复合控制策略下液压缸位移跟踪的最大误差与目标位移幅值之比为2.1%,相对PID控制跟踪误差明显减小。提出的控制策略为生产实际中非对称液压缸的位移跟踪控制提供了一种简单、有效的方法。

基于物联网技术的开关柜手机监控软件的设计

传统检查高压柜各项参数的人工巡检方式在实时性、便利性、安全性等方面都存在不足。为此,结合物联网技术和移动应用开发技术,通过传感器实时采集开关柜的运行参数并通过网络传输至数据库,运用可跨平台的Uniapp前端框架和SpringBoot后端框架设计一款手机APP,向开关柜运维人员提供远程实时监测和控制功能。通过该软件,运维人员可及时了解高压开关柜的运行状况,预防潜在故障,提高电力系统的可靠性和安全性。

蘑菇采摘机器人的结构设计及优化

针对工厂化蘑菇种植中人工采摘费时、费力等问题,研制了一款蘑菇采摘机器人.首先,采用模块化设计了采摘机器人机械结构,基于D-H法推导机器人运动学正解和逆解,并进一步分析了采摘手臂的动力学性能;以采摘效率为目标建立了手臂尺寸的多目标优化模型,并用遗传算法求最优解;然后建立Adams虚拟样机模型,对优化前后的机器人模型分别进行采摘动力学仿真试验,结果表明,在电动机输出转矩相同情况下,大臂关节和小臂关节最大角速度分别提高22.9%和18.6%,单次采摘时间由1.60 s缩短到1.36 s,速度提高15%;最后研制原理样机并进行采摘试验,试验结果表明,所研制的机器人可适用于工厂化蘑菇种植模式下多层菇床中狭小、大面积作业的自动化采摘,单次蘑菇采摘时间约为2.0 s.

基于Petri网的柔性装配系统的鲁棒控制

该文集中讨论了拥有不可靠柔性装配系统(Flexible Assembly System,FAS)的鲁棒死锁控制问题,确保当故障资源恢复后系统应恢复正常生产而不会出现堵塞现象,即不仅可以在无故障资源的情况下使系统远离死锁,而且还能在有不可靠资源时保证系统的顺利生产。首先,建立拥有不可靠资源FAS的Petri网模型,模拟整个系统的运行情况和资源的故障与恢复;其次,根据系统的控制目标,通过提出的进程可被推进算法和改进银行家算法设计了一种满足鲁棒性的死锁避免策略;然后,利用两个例子验证所设计的鲁棒控制策略的有效性;最后,对比实验结果表明,所提出的死锁控制策略所得到的可达标识数为30710个,显著多于其他论文的策略,在可允许性上具有一定优越性。

光学卫星辅助的SBAS-InSAR技术在大范围地表形变监测中的应用

工程施工对自然地貌的破坏易引发地质灾害,采用多时相合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术对地表进行形变监测可以有效预测这些灾害。然而传统的InSAR方法只能提取三维形变信息,无法分析土壤水文、植被覆盖等与形变诱因相关的地质情况。因此,使用光学遥感卫星GF-2的多光谱数据辅助多时相的哨兵-1A雷达卫星升轨影像作为数据源,采用基于角反射器的小基线集InSAR(small baselines subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,对长庆油田第三输油管线附近进行了地表形变分析和灾害识别。应用该方法预测出41处地质灾害隐患点,灾害覆盖率为100%,识别整体精度达到92.86%,监测精度优于1 cm,验证了方法的有效性。

时滞影响下自主车辆队列的稳定性分析

自主车辆队列可提升交通容量与行驶安全性、降低燃油消耗与污染排放。但车辆通信过程中存在时滞,会严重影响系统控制性能与稳定性。为此,针对含时滞的自主车辆队列,建立基于分布式控制器的自主车辆队列闭环控制系统,并提出一种稳定性分析方法。首先,将整个车辆队列闭环控制系统解耦为若干子系统,并在此基础上对子系统进行稳定性分析,提出了基于直接法的精确时滞稳定边界求解方法,得到了系统稳定的充要条件。最后,通过数值仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。

车磨复合数控系统的编译器与衔接速度算法的研究与实现

针对复合型车磨数控系统的特点,本文介绍的编译器在传统NC程序编译的基础上增加了编译缓冲、指令分流、并行编译、构建编译、语句编译等功能,有效地提高了NC程序的编译效率;同时,本文阐述了车磨复合数控系统在切削加工过程中,采用高速衔接方式时编译器的衔接速度算法,与传统的连续平滑过渡模式或减速到零模式相比,该算法极大地提高了系统的加工效率和精度。试验结果表明,该编译器具有良好的可移植性和较强的译码功能。

激光切割自动上下料与视觉定位加工系统的设计

钢铁冶金板材企业对钢卷试样进行制样过程中,通常采用人工搬运对激光切割台进行上下料和手动激光切割制样,存在劳动强度大、作业效率低、样件无法实现数字化跟踪等问题。设计并实现激光切割自动上下料与视觉定位加工系统,介绍总体结构设计和关键机构设计。根据工艺作业要求,开发了整体控制系统解决方案。实际应用表明,该系统大大降低了人工强度,提高了激光台利用效率,实现了样件跟踪数字化。

堤坝管涌水下测距定位系统

当前堤坝管涌定位系统在堤坝渗漏检测方面表现优异,但无法测量水位深度。在原有堤坝管涌设备的基础上,采用STM32F4为控制核心的水声换能器作为接收端,设计了一个堤坝管涌水下定向测距定位系统。以设计中配置了STM32F4的TIM2发出的方波作为激励信号源,然后经过调理电路进行电压放大和功率放大,驱动发射端水声换能器向水中发射信号。发射信号经过一定距离的传播后,接收端换能器接收信号并进行幅值比较,确定峰值时刻的采样地址,最后根据采样点个数与点数之间的间隔实现对堤坝管涌仪的水下定向测距定位。在测量不同距离方面,提出了一种自适应脉冲算法,解决了单个脉冲测量不同距离误差较大的问题。现场测试结果表明,本系统在水下的定位误差范围在4%以内,可用于小型水库大坝管涌定位探测,为大坝管涌定位提供了一种新方法。

亚米级宽幅卫星边缘视场影像的DSM生成研究

宽幅卫星影像常用于小侧摆角条件下拍摄制作大面积的正射影像成果,针对其具有大视场角的特点,提出了大视场角边缘视场结合小侧摆角构建立体像对制作DSM成果的方案。方案分析了宽幅卫星影像特点,选取边缘视场标准景分幅影像结合拍摄侧摆角构建卫星立体像对,阐述了数据处理技术流程。通过“吉林一号”宽幅系列卫星影像进行了DSM成果制作实验,并开展了不同太阳高度角条件下拍摄获取的影像制作的DSM成果纹理质量对比实验。实验结果表明,该方案可实现基高比大于0.5的立体条件,并获取高精度DSM成果,精度可满足1∶10000比例尺的DSM制图要求。此外,对比实验表明,太阳高度角越大,DSM成果纹理越清晰。

自主车辆队列控制系统的稳定性分析

车辆队列控制可提升交通容量与安全性、降低燃油消耗,但车辆通信过程中时延不可避免;为此,针对含通信时延的车辆队列系统,开展内部稳定性和队列稳定性分析研究;首先,利用矩阵相似变换,将高维车辆队列闭环控制系统降维拆分为若干等价的低维子系统,极大地降低了内部稳定性分析的解析难度和运算量;在此基础上,利用直接法求解了车辆队列子系统特征方程的临界虚根,从而推导了准确的时延边界,获得了车辆队列系统内部稳定的充要条件;然后,为了保证干扰沿车辆队列向后传播时不扩散,通过频域分析车辆间误差传递函数,给出了系统的队列稳定性条件,以及时延和控制器参数的指导原则;最后,通过仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。

改进DeeplabV3+模型的河流水体提取

为了探究深度学习DeeplabV3+模型在河流水体提取的潜力,分别构建了ResNet-50、ResNet-101、ResNet-152、Xception共4种不同骨架网络的DeeplabV3+模型,开展河流水体提取研究。通过河流水体提取结果对比分析,确定了最优骨架网络模型为ResNet-50,在此基础上提出了改进的DeeplabV3+模型,并与最邻近分类法、随机森林分类法、支持向量机分类法、原始DeeplabV3+模型法等分类方法的分类结果进行比较。结果表明:改进的DeeplabV3+网络模型能有效提取河流水体目标,增强小面积河流水体识别能力,减少河流水体漏分现象,提高河流水体提取效果。改进后的DeeplabV3+网络模型在高分辨率遥感影像河流水体提取方面具有可行性,为后续该领域的进一步研究应用提供了参考。

时序InSAR技术在珠三角地区地质灾害隐患识别中的应用

针对珠三角地区广泛分布的地表水、植被易造成合成孔径雷达干涉(interferometry synthetic aperture Radar,InSAR)技术失相干和多云多雾多雨高湿的气候易造成严重的InSAR大气延迟“噪声”的问题,以珠三角东南部的深圳市龙岗区为研究区,采用干涉相干性最优原则生成小基线集技术(small baseline subset InSAR,SBAS InSAR)干涉像对连接图,使用35景Sentinel-1A影像获取了2019年9月—2020年11月龙岗区的地表形变信息,而后与永久散射体InSAR技术(persistent scatterer InSAR,PS InSAR)反演结果进行对比,最后分析、推断了地表形变成因。结果表明:①SBAS InSAR和PS InSAR反演的地表形变场基本一致,SBAS InSAR在大形变量区域的相干点密度远大于PS InSAR,说明干涉相干性最优原则的SBAS InSAR反演结果准确、可靠,反演完整形变场更具优势;②龙岗区及周边的地表形变成因主要有持续强降雨触发的岩溶塌陷或斜坡失稳,工业采排水导致的地下水文地质环境变化,地下施工引发的采空沉降,新建高层建筑施加的地基静荷载等。研究技术路线可为珠三角地区地质灾害隐患InSAR早期识别的自动化、工程化应用提供借鉴。

基于Proteus的手机控制多功能光电系统设计

为研究信息电子技术虚拟仿真的技术特点,掌握电路仿真与设计软件Proteus的使用,设计了一款基于Proteus的手机控制多功能光电系统。该系统由手机模块、蓝牙模块、单片机处理器模块、NE555时基电路等模块组成。该实验系统直观地展示了虚拟仿真的技术特点利于学生掌握,有利于培养学生综合运用知识能力,激发学生的创新实践动手能力。

执行器故障下临近空间飞行器容错控制重构

临近空间飞行器飞行条件复杂、气动环境恶劣,极易导致飞行器舵面出现故障,容错控制是保证飞行器安全运行的关键,对此提出了一种基于观测器-控制器的有限时间高精度容错控制重构策略.首先,为提高容错控制的精确性,在故障影响下飞行器姿态模型基础上,设计了双层快速自适应滑模观测器,实现对包含故障、干扰等在内的综合干扰有限时间估计,避免了传统自适应增益的过估计,从而有效提高观测器估计精度;进一步基于观测器估计值设计容错控制器,获得故障影响下的期望控制力矩,实现飞行姿态的有限时间容错控制.其次,针对故障时气动舵面实际提供的控制力矩难以满足期望值的问题,引入推力矢量喷管作为补充执行器.考虑故障舵面特性,采用基于二次规划的最优控制分配策略,将期望力矩合理分配到气动舵面及矢量喷管上,通过矢量喷管补偿故障舵面力矩损失,实现执行器故障下控制重构.最后,通过数值仿真验证了所设计观测器的优越性,并验证了所提出容错控制重构策略的有效性.

基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究

脉冲步进指令控制的传统步进电机具有开环定位的特点,无需位置传感器。而开环控制的缺点在于当发生过载时容易导致失步,为了降低失步发生的概率,步进电机通常以最大电流工作,这会影响其工作效率。针对上述问题,提出了一种基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的优化步进电机驱动电流的控制算法,该算法结合步进电机的特性及其步进指令脉冲,适用性强,计算过程简单,无需额外设置步进电机的机械或电气参数。利用混合式步进电机的实测数据进行了数据仿真实验,证明了所提出算法的有效性。

柔性蒙皮变体机翼多电机分布式驱动系统研究

针对可变弯度柔性波纹蒙皮后缘模型结构,采用了多电机驱动技术,设计并制备了机翼模型、驱动及测控系统;采用改进的偏差耦合算法,实现了驱动系统中3台电机的角度同步控制;完成了系统软、硬件的设计,并对后缘结构模型驱动系统进行了空载、地面加载及风洞等多组实验研究,结果表明:测控系统可以实时控制电机间的角度偏差在允许的误差范围内,在有无载荷情况下驱动系统工作无显著差异;承受风洞载荷情况下,柔性后缘结构偏转速度可达1.7°/s,超调量小于0.3°,电机启动阶段角度差小于20°,匀速运行阶段角度差小于10°。

利用InSAR与光学遥感识别削坡建房诱发灾害风险

针对广东省山地植被覆盖茂密、地质灾害规模小等特点,将短基线集干涉测量SBAS-InSAR技术与长时序光学遥感影像相结合,展开削坡建房风险隐患早期交叉识别研究。首先,利用600余景升轨Sentinel-1A影像获取风险区时序变形速率,结合机器学习算法自动化提取形变区;然后,利用时序光学影像提取地质灾害风险区边界;最后,建立适于该研究区的滑坡隐患形态和变形解译标志,完成削坡建房风险综合遥感识别和地面调查工作。本次遥感调查工作从9县形变区中筛选出519处潜在地灾点,野外调查验证识别出有明显变形破坏特征的图斑共计96处,识别正确率为18.5%。实验结果表明,利用SBAS-InSAR技术获取的斜坡变形趋势和光学影像解译识别的斜坡变形迹象基本吻合。该方法从形变、纹理等多维信息角度识别削坡建房诱发风险隐患点,为广东地区地质灾害防治和应急提供了重要的科学依据。

光学和SAR遥感数据在赵村水库水体监测中的应用

为了解决传统水库监测管理手段效率低下的问题,采用光学影像和SAR影像数据对水库水体进行提取,实现对水库水域面积的动态监测。对比分析了多种水体提取方法在赵村水库的适用性,并结合现场调研的实际情况,分析了降雨量、水域面积和水位之间的关系。此外,利用数字高程模型对水库淹没区进行了模拟计算,得出了不同坝高设计下的淹没区域面积,并结合遥感影像进行了可视化展示。研究结果表明,光学影像和SAR影像数据相结合的方法可以准确提取水库水体信息,结果与实地调研数据相符,可为后续的水库监测预警工作提供有效的数据支持。