Real-Time Workshop实时仿真研究与应用

MATLAB通过组件Simulink提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境,可以在控制领域中建模并运行仿真,却缺少实时仿真支持。MATLAB工具Real-Time Workshop可以从图形模型生成ANSIC源代码,下载此代码在实时操作系统中运行可以实现实时仿真,但是目前市场上的实时操作系统在开发工具、用户界面等方面存在诸多不足。RTX扩展Windows在提供实时性的同时又可以利用Windows丰富系统资源。利用Real-Time Workshop产生C代码,把要求实时性的代码分离出来放在RTX实时子环境下运行,可以实现实时仿真。实验验证了此方法有较好的实时性。

铁路货车钩舌检修数字孪生车间的研究与应用

为了实现对铁路货车检修车间的实时透明管控,提高车间管理的信息化和智能化水平。首先,基于数字孪生技术,提出一种数字孪生检修车间六维模型,介绍了系统核心功能和开发流程,并详细阐述了数据采集及交换、三维可视化场景构建,被检对象生成等全要素精准建模过程。其次,基于分布式MQTT构架的数据采集及交换的方法,建立多源异构数据流转节点的状态矩阵,利用嵌入式设备、采集卡、传感器,逻辑控制器与车间管控系统进行数据交换,结合检修车间设备、物料、产线等检修全过程动态模型,构建了虚实交互映射的检修车间数字孪生系统。最后,通过基于数据挖掘的钩舌检修跟踪、检修工艺甘特图等技术输出,展示了数字孪生关键技术在钩舌智能检修中的应用场景,验证了所提方法的有效性,同时为数字孪生在智能轨道交通中的应用提供参考。

基于改进YOLOv5s的智能车间工人不安全行为实时检测方法

生产安全是以人为本的智能制造基本要求,为满足智能车间工人不安全行为的实时性检测和边缘端部署需求,提出一种基于轻量化的YOLOv5s的工人不安全行为检测方法。首先,对YOLOv5s特征融合网络以及输出层进行删除;其次,对改进后网络训练得到的模型文件进行结构化剪枝;最后,使用知识蒸馏对剪枝后的网络模型进行微调。实验结果表明,改进后YOLOv5s算法的mAP@0.5高达97.8%,刷新率提升108%,所需算力下降了69.0%。所提出的YOLOv5s-2Detect网络及轻量化设计方案对智能车间工人不安全行为检测具有较高的精度,实时性与鲁棒性能够满足智能车间实际环境中工人不安全行为的检测需求。

车间智慧安全Web三维可视化关键技术研究

本文旨在探讨基于Web的车间智慧安全三维可视化关键技术和系统。首先,提出了系统总体设计方案及关键技术;然后针对生产车间三维可视化场景模型及材质构建、Web3D实时渲染等场景构建技术进行了探讨,并对系统在不同平台的运行提出了优化方案;在真实呈现生产车间场景的前提下,基于对象池化、响应式原理等技术,提出了车间三维安全态势感知特效层关键技术,探讨了生命周期和对象优化;最后,开发、测试了原型系统,并进行了试点应用,该系统为企业提供一种先进而有效的生产车间智慧安全管理解决方案。

语音报警系统在破碎车间自动化控制系统中的应用

破碎车间中控室操作人员配置较少情况下,为能够让中控室操作人员及时获取设备故障报警信息,搭建了一个统一的语音报警系统进行故障报警。语音报警系统能够将设备报警和故障信息及时通过语音播报出来,并将相应报警故障等信息进行存储,以便后期查找总结。语音报警系统在破碎车间自动化控制系统中的应用,能够避免因破碎车间中控室操作人员发现、处理设备故障不及时而造成的事故,有效提高了破碎车间报警处理率,保证了生产安全,实际应用效果良好。

数字孪生驱动的车间物流可视化监控方法

为解决数字化车间配送过程不透明、监控手段单一、实时性差、智能化管控难等问题,在分析复杂产品装配车间物流监控需求的基础上,提出一种数字孪生驱动的车间物流配送实时监控方法。构建数字孪生体系框架和运行模式,并对支持该系统实现的车间虚拟建模技术、车间物流实时状态信息处理等关键技术进行了研究。设计并开发了服务系统,实验验证结果表明:采用该监控系统显著提高了车间物流的透明度、实时性、交互性,所提方法可行。

基于大数据技术的造纸车间设备运行指标实时监测方法

电商贸易发展速度的加快,使得纸张需求量急剧增加,造纸车间规模也随之扩大,设备数量、种类、结构复杂度等均呈现上涨的趋势,为设备管理与控制提出了较大的挑战。为了保障设备运行的稳定性,提出基于大数据技术的造纸车间设备运行指标实时监测方法研究。选取适当的造纸车间设备运行指标,以此为基础,应用多种传感器采集运行指标数据,采用线性插值算法填充缺失数据,基于滑动窗口获取候选异常数据集合,引入大数据技术——改进PSO-PFCM算法对异常数据候选集合进行深度挖掘,完成运行指标异常数据的检测,实现设备运行指标的实时监测。实验结果表明:在不同实验工况下,提出方法可以准确地、无遗漏地监测出运行指标异常数据,充分证实了提出方法具备较佳的运行指标监测性能。

数字化车间目标轻量级语义分割

为了满足数字化车间中生产制造实时的需求,提出一种同时满足准确性与实时性的多金字塔池化轻量级语义分割网络(MPPSNet),旨在实现数字化车间目标的语义分割。MPPSNet网络以改进MobileNetv2作为编码器,能有效减少网络的参数量,提高整体网络运行的实时性;以多金字塔池化网络作为解码器,融合多层特征信息,提高网络的准确性。经过测试,MPPSNet在公开数据集VOC2012上的效果优于FCN8与BiSeNet,基于自建的车间目标语义分割数据集,对人、机床、移动机器人3类车间目标检测的平均交并比(MIoU)指标达到71.8%,整个网络的参数量为2.55 M,能够满足数字化车间目标图像实时准确分割的需要。

基于数字孪生的船舶分段自动化喷涂车间监测系统

针对大型分段船体自动化喷涂车间喷涂作业时产生大量毒害气体以及固体颗粒物,难以进行实时喷涂情况的监测,以及喷涂现场实例数据与工艺系统性能不匹配导致成膜质量差等问题,提出基于数字孪生技术的智能监测方法。建立数字孪生五维模型的系统架构及孪生模型,采用模型数据驱动技术,提出针对喷涂膜厚的数字孪生建模新方法。通过实验-仿真比对验证,该数字孪生系统能够高度还原喷涂膜厚及其均匀性。结合喷涂过程循环迭代的特点,通过累积、处理现场数据,可在加工前、加工时、加工后对喷涂工艺参数进行迭代优化,提高喷涂效率与喷涂质量。

基于UWB的离散智能车间可视化监测平台的研究及应用

监测平台集成数据采集、数据分析以及监督提醒等功能,能够帮助决策者快速了解离散制造车间的生产状况,合理调配资源,提高车间的整体生产效率。但是,离散制造车间存在制造系统复杂、生产要素多、变化快以及资源调度难等问题,增加了管理难度,因此设计了基于超宽带(Ultra Wide-Band,UWB)的实时可视化监测客户端。客户端可实现状态查询、仿真追踪及数据统计3个功能。首先,使用3D Max软件建模渲染,建立车间内重要设备的模型,把模型文件转换为FBX(FilmBoX)格式导入Assets,通过Unity3D搭建离散制造车间的场景模型,实现车间场景的建模;其次,通过SQL Server软件存储处理UWB硬件设备采集的位置和时间数据,编译C#脚本代码调用数据,驱动人员、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)及天车模型运动,实现车间场景的实时可视化监测;最后,使用C#语言编译客户端,客户端实时监测平台,集实时位置显示、资源数据分析以及危险预警报警于一体,通过实时化、数字化及图形化的展示,对整个生产过程进行监测、调度和优化,实现车间现场的实时管理。设计的客户端界面具有简洁直观、反应迅速以及使用方便的优点。多功能集合方便管理者查看各类信息,能够快速分析出生产环节存在的问题,把多余资源分配给有需求的单位,极大地提高了整个车间的生产水平,给车间的现代化管理提供了实际可行的方案。

基于Matlab和Vx Works的无人机飞控系统半物理仿真平台研究

介绍了一种新的基于Matlab/RTW(RealTimeWorkshop)和VxWorks实时操作系统的仿真方法,构建了基于Simulink的某型无人机飞控系统仿真模型,可自动生成优化的嵌入式实时仿真代码、在线调整模型参数并监视仿真数据。与传统的手工编写和修改仿真模型代码的方法相比,加速了半物理仿真平台的研制。通过使用该平台对某型无人机飞控系统进行了大量的实时半物理仿真,优化了控制律。

基于RTW的三电平双PWM变换器控制系统设计

以DSP为核心的电力电子与电力传动控制系统软件编写复杂,不便于实验,为此提出了一种基于Matlab/Simulink及实时代码生成工具RTW(Real-Time Workshop)的电力电子与电力传动控制系统软件的设计方法。首先在Simulink下搭建控制系统模型,进行相应仿真完善,验证控制算法,根据目标DSP型号添加相应DSP内核、外设并设置控制参数,然后直接将模型转化为相应DSP的C源代码,在相应的硬件平台支持下即可完成相关实验。介绍了仿真及生成代码模型在构建时的流程和关键问题,并按照该方法对一种以TMS320F2812为控制系统核心的新型中点箝位三电平双PWM变换器控制策略进行了仿真和实验。结果证明在该方法下完成的仿真和实验结果基本一致。

基于RTWEC的控制算法自动代码生成技术

研究基于实时工作间嵌入式代码生成器(Real-time workshop embedded coder,RTWEC)的航空发动机复杂控制算法自动生成可执行代码技术,介绍原理及其应用方法.针对某型航空发动机控制器多变量控制算法的手动编程和自动生成代码进行电子控制器半实物仿真并比较分析.结果说明该方法简单、易行,有效降低了程序编制、查错和调试的工作量,缩短了研制周期,可以广泛用于控制器复杂算法从设计仿真到具体实现的开发过程.

微电网中电能质量问题及解决策略

介绍了微电网的电能质量问题及新型有源电力滤波器(APF)的控制原理,利用Matlab实时代码工具箱RTW建立了新型APF的仿真模型,通过该模型自动生成C语言代码,并将该代码实际应用于微电网系统内实际运行,验证了新型APF的控制原理;结果表明将该APF应用于微电网对微电网电能质量的改善具有较大的积极作用。

基于Simulink的嵌入式网络化控制仿真实现

实现了基于Simulink/Real-Time Workshop(RTW)的嵌入式网络化控制仿真系统,构建了以ARM7TDMI型CPU为核,运行uClinux操作系统的嵌入式平台。建立了广域网范围的网络环境,通过延时测量实验获得了网络延时统计特性,并针对该网络环境下的分布式控制系统的前向通道和反馈通道分别提出了延时补偿方法。同时系统还为用户提供了离线仿真,和通过网络在线指导现场控制的网络远程监控功能。最后以直流电机为被控对象,在广域网环境下进行了网络化控制系统实验,验证了该系统的有效性。

基于实时Windows目标的快速原型技术

为了避免传统开发中的重复设计,缩短产品开发周期,降低生产成本,提出一种基于实时Windows目标快速控制原型平台的单机版方案,将Simulink创建的仿真模型自动生成代码下载到实时内核中运行,驱动外部设备,实现对真实被控对象的实时控制。在分析了任务定时和I/O接口之后,结合基于现场总线的一类网络化串级控制系统实例给出了实时仿真系统的开发流程和控制方法。实时仿真测试结果表明,相对于传统的控制设计,平台在实时处理能力、可扩展性和稳定性等方面都有比较明显的优势。

基于Matlab和Visual Basic仿真软件开发

Matlab/Simulink是功能强大的建模仿真工具,Visual Basic语言具有很好的图形界面功能。充分发挥两者各自的优势,可以迅速便捷的开发仿真软件。应用Matlab/Simulink建立过程动态模型,通过Matlab的Real-Time Workshop将模型文件转化为Visual C++工程,在此基础上做二次开发并将VC工程编译成可执行程序,与Visual Basic实现交互,实现仿真软件的开发。

利用C-API的基于RTW实时仿真系统在线调参

针对外部模式不足,基于实时工作箱(RTW)实时仿真系统,采用访问C文件应用程序接口(C-API),修改主程序并访问model_pt.c文件中的参数信息,可在线调整参数。其过程是:内嵌参数、生成model_pt.c文件、访问参数结构,并在目标机端主程序的仿真循环中添加代码接收数据包并解析得到参数序号和新值。

基于Matlab的复杂控制系统软件开发

引入Windows实时操作系统,提出一种基于Matlab的复杂控制系统软件开发方法。研究Matlab/RTW自动生成代码到目标软件应用过程中代码的提取、修改和移植等关键技术,实现复杂控制系统从全数字仿真到半物理仿真,再到产品级嵌入式控制软件的一体化开发流程。某微型涡轮发动机电子控制器的仿真结果验证了该开发方法的可靠性和高效性。

基于RTW的驱动代码快速生成技术研究

虽然基于模型的设计逐步取代基于文本规范的传统的嵌入式软件开发模式,但是目前RTW(Real-Time Workshop)代码生成工具仅仅将控制算法模型自动转换为源代码,对于实时系统的开发来说,目标芯片的驱动代码还需要用户手动编写,然后添加到控制算法的模型源代码中。针对上述问题,提出基于RTW的驱动代码快速生成技术,它能有效地实现在生成代码的同时将驱动程序嵌入到控制模型的源代码中,真正实现由仿真模型到目标芯片应用程序的代码自动生成。最后以汽车电子主流芯片MPC5634的代码生成为例,结果表明了该技术的实用性和高效性。