基于OBE理念的控制系统建模与仿真课程教学改革

依据成果导向教育(OBE)理念,本文对“控制系统建模与仿真”的课程思政、教学内容、教学方法、教学手段、资源建设和考核模式等方面进行了教学改革与探索。课程目标达成情况的直接和间接定量评价结果表明,控制系统建模与仿真课程改革实践达到了预期目标,提升了自动化专业学生的控制系统建模与仿真能力,符合工程教育专业认证及新工科背景下人才综合能力培养的素质教育要求。

控制系统建模与仿真课程的教学设计

阐述控制系统建模与仿真教学的案例设计,控制系统建模与仿真课程的教学目标,课程的教学内容设计与教学过程实践、教学评价。

喷水推进船舶操舵控制系统建模及同步控制

喷水推进是一种广泛应用的船舶推进技术。论文首先分析喷水推进操舵控制系统各个环节的功能,并对某船舶喷水推进操舵机构进行建模。然后将操舵机构实际运动采样值与模型输出值进行对比,验证了模型的有效性。同时对提出的左右操舵机构运动同步控制策略进行实验验证,结果表明,此策略的加入对左右操舵机构运动的同步性能有明显提高。

柔性驱动立筒仓清理机器人转动控制系统建模及简化

立筒仓清理机器人在旋转运动中,由于采用钢丝绳作为驱动部件,在驱动力和重力的共同作用下必然存在一定的摆动。如何对钢丝绳建模并进行合理的简化,将对防摆动控制系统的构建起到至关重要的作用。首先给出了机器人工作环境和基本结构。其次从动力学角度详细探讨了机器人建模的方法,采用有限段模型在ADAMS软件中构建钢丝绳。针对有限段模型计算速度偏慢的问题,对有限段进行进一步对比分析,得到了简化结果。最后通过Matlab/Simulink与MSC.ADAMS软件对建模与防摆动控制进行了仿真,说明了建模与简化的正确性和实用性。

电动汽车充电机控制系统建模与滑模变结构控制

在分析了电动汽车充电机控制系统各环节模型的基础上,建立了控制系统电压和电流两种充电方式下的数学模型,进而提出了分别采用基于电压和基于电流的滑模变结构控制算法(SMC)进行充电控制,以增强充电过程的鲁棒性。在此基础上,设计了以可编程门阵列(FPGA)芯片为核心控制器的充电机控制系统,给出了系统的总体结构和运行过程;控制系统中分别采用基于PID的常规三阶段式充电和基于SMC的智能充电两种充电模式,对应不同的动力电池类型,增加通用性。对SMC控制方法和不同充电模式的性能进行了仿真分析,结果表明SMC方法在充电机系统控制上具有优良的控制性能和鲁棒性能。

海洋船载电驱动绞车控制系统建模与仿真分析

研究海洋船载电驱动绞车收放过程中对水下拖曳设备性能的影响因素问题,由于海洋船载绞车在深海环境中工作,不考虑收放过程中的影响因素,会影响电驱动绞车控制精度与响应速度,导致当缆绳的破损与断裂时系统失效。为提高主动升沉补偿控制精度与响应速度,针对海洋船载电驱动绞车受母船升沉运动影响下的收放过程,开展控制系统建模与仿真研究,建立起电驱动绞车控制系统的传递函数,并深入分析了下放缆绳长度、负载重量、缆绳直径等参数对收放负载运动的影响,仿真结果表明,下放缆绳长度、负载重量、缆绳直径的变化均会引起绞车收放负载运动位移幅值、震荡周期的变化,为系统的开发提供了依据。

一种无刷直流电动机控制系统建模仿真的新方法

为了研究无刷直流电动机(BLDCM)的调速性能,在分析其数学模型的基础上,提出了一种基于Vissim的无刷直流电动机控制系统建模仿真的新方法。建模中考虑了电子开关换向对电动机的影响,分析了BLDCM相电压和中性点电压的计算方法。仿真结果表明该模型的输出波形与理论分析完全吻合,且更符合电动机实际运行情况。此方法也适用于验证控制算法的合理性,比较不同控制策略的优劣,为分析和设计BLDCM控制系统提供了有效的手段和工具。

“控制系统建模与仿真”课程思政探索与实践

“控制系统建模与仿真”是自动化专业的综合性课程,是对大学期间所学的控制系统理论知识的仿真与实践。传统的教学方法多数侧重用于仿真工具的使用,学生对于代码算法往往知其然而不知其所以然。为此,从授课内容、授课形式和教学评价三个方面对本课程进行思想政治教学改革。通过在思想政治方向的改革与实践,提升学生专业知识、文化素养、职业道德、创新能力;激发学生对算法设计的兴趣,发现代码之美和算法之美;强化学生工科思维素养,努力将其培育成德才兼备、全面发展的技能型人才。

国际留学研究生项目导向式课程教学探索——以“电力电子系统建模与控制”课程为例

随着“一带一路”倡议的提出,留学生教育已成为我国高校教育中的一个重要组成部分。目前国际留学研究生课程存在的教学模式传统单一、考核方式不全面等问题,导致留学研究生学习积极性不高,基础专业知识掌握不牢固,教学质量及效果未达到要求。文章探索了“电力电子系统建模与控制”课程的项目导向式英语教学模式,围绕实际工程案例讲解专业知识点,从而激发留学研究生的学习兴趣;采用期末闭卷考试和课堂项目仿真设计相结合的考核方式,提升留学研究生对专业知识的实际应用能力。通过基础知识与专业知识相辅助,理论与实际相结合的教学模式,为培养电力电子装备方面的国际高端应用型技术人才奠定基础。

逻辑控制系统的一种建模方法

UML(统一建模语言)未能有效解决面向对象系统建模问题。该文以电梯系统为例,构建一种面向对象的逻辑控制系统建模新方法。定义该类系统建模过程需要使用的新概念。阐述该建模方法应用的全过程,给出电梯系统控制的三个决策算法的详细结果。其中优先方向决策算法是首次提出并分析该算法的必要性。用规范化、形式化步骤将电梯系统的问题域规则转化为解答域规则。由建模结果的完整性,一致性,可修改性,说明方法的有效性。该文方法对电子工程领域建模具有参考价值。

基于KOCNCES的智能重构制造控制系统动态建模与分析

为了提高制造控制系统的智能重构能力,提出了扩展功能块的新概念.在分析了智能重构与智能控制的并行执行过程基础上,探讨了基于知识表达的面向对象着色NCES(KOCNCES)建模方法,并给出了检测各虚拟制造设备(VMD)功能块对象KONCEM模型的死锁检测算法,以及检测整个控制系统KOCNCES模型的死锁检测算法.利用这些算法对机器人VMD功能块对象的KONCEM模型及一个柔性制造系统(FMS)的控制系统的KOCNCES模型进行了死锁分析.分析结果验证了该建模方法及死锁检测算法的有效性.

机械工程国际班动态系统建模与控制类课程教学实验平台的实践与思考

调研分析了北京理工大学机械工程国际班动态系统建模与控制类课程以及实验教学环境的现状并论述其建设的必要性。阐述了该平台构成及建设内容及目标、建设情况以及下一步工作设想。

高压饱和空气发生装置饱和室控制系统数学建模

对高压饱和空气发生装置中的饱和室进行控制系统的数学建模研究,利用热力学及传热学数学公式,推导出饱和室气体的压力--流量控制系统和温度控制系统的传递函数,并根据对模型的分析给出控制方案,作出matlab仿真图,通过仿真试验证明采用此传递函数的控制策略能够获得良好的控制效果.

基于模型的DPF再生系统控制策略研究

以YN27型柴油机的颗粒捕集器(DPF)再生系统为研究原型,在相关氧化型催化器(DOC)和DPF化学反应特性标定试验的基础上,借助Simulink搭建了再生系统控制模型,基于AVL Boost搭建了被控模型。首先对发动机和后处理系统模型进行了参数标定以确保被控模型的准确性,然后结合Simulink对DPF再生控制策略进行了模型验证。在全球统一瞬态试验循环(WHTC)工况下的仿真结果表明,使用该策略搭建的控制模型可以准确的判断再生时机,流经DOC后的气体成分中CO和C_3H_6等碳氧化物含量较低,且DPF中的碳烟颗粒在仿真时间为800 s时接近完全再生,可以达到工程应用要求。

碱性水电解制氢系统建模综述及展望

本文中以建模为重点对碱性水电解制氢系统的现状与展望进行综述。首先,对水电解制氢多种方式进行了对比分析,并重点阐述了碱性水电解制氢系统现状:碱性水电解制氢技术存在投资成本低、寿命长、规模大的特点,是现阶段实现“碳达峰”目标的重要手段。接着,在碱性水电解制氢系统建模方面定量地深入分析了电解槽能耗、气体纯度和温度与系统控制的影响机制。本研究为碱性水电解制氢技术的发展提供理论和技术支撑。

基于Fuzzy模型的交流伺服系统自适应PID调节器的设计

为了提高交流伺服系统在实际应用场合中的控制精度和性能特性,提出了模糊自适应PID控制器。模糊自适应PID控制,将传统的PID控制和模糊控制结合起来,可以发挥两者的优势,得到更优良的控制性能。基于Matlab/Simulink平台搭建了系统的仿真模型,内环采用PI控制,外环采用模糊自适应PID控制,并对模糊自适应控制中的模糊隶属函数进行了优化。在仿真平台上进行了突加负载实验,仿真结果验证了这种方法的可行性,同时,也可以获得较好的性能。

基于能量解析法的Airball Demo建模和硬件实现

从能量守恒原理入手,建立了以Air Ball高度为被控制对象,以风机PWM为输入的数学模型,推导了风机PWM占空比与悬浮小球高度间的数学关系。在MATLAB/Simulink进行了仿真测试,将建立的Simulink仿真模型生成到AS(Automation Studio)中,通过仿真器AR000得到系统阶跃响应曲线。而后,在AS环境下建立基于贝加莱PCC的控制工程,编写PWM程序,给Air BallDemo硬件模型加载阶跃电压,实测Air Ball硬件模型的阶跃响应曲线。仿真和实测阶跃响应曲线的数据证明,采用能量解析法建立的模型基本能反映实际悬浮球的运动特性,且具有计算量小,调节时间短的优点。

基于六脚机器人控制系统设计研究

近年来智能机器人渐渐融入我们的生活,传统机器人的行为是依赖一套动力学指令来控制,在机器人学中,进化式机器人一直是个重要的研究议题,主要是由机器人和机器人所在的环境两大因素所构成,在工业4.0和大数据时代,机器人的研究目标是让进化式机器人能够自主开发一套行为来达成指派的任务,本文运作在六足多关节仿生机器人上。文中采用类比生物的运动控制结构,利用其阶层概念延伸至六脚机器人的控制系统,设计一个具有阶层结构的六脚机器人运动控制系统,并以此平台发展其运动控制行为,实现六脚机器人的有效控制。

伺服控制参数对摩擦误差影响的研究

为了从伺服控制参数角度分析由摩擦所造成的误差,对实验平台进行建模并根据辨识实验结果建立了精确的摩擦模型。通过理论分析及仿真,研究了不同伺服控制参数条件下,系统换向点处摩擦误差在频域与时域上的变化。总结了伺服控制系统各参数对换向点处摩擦误差的影响规律,其结果可以作为伺服控制系统参数调整及优化的参考,具有一定理论及实用价值。

基于RTDS的高压直流输电控制功能研究

为了对高压直流输电系统实时仿真并对控制功能进行研究,基于实时仿真平台RTDS搭建了高压直流输电控制保护详细仿真模型,通过进行启停控制、阶跃响应、功率控制、无功控制、交流系统故障等试验,研究了直流输电基本控制功能,验证了模型的准确性和有效性,控制系统能准确和快速响应,表明了该模型可用于直流运行特性和交直流交互影响研究。