面向一流学科自动控制理论课程实验教学改革与实践

针对当前自动控制理论课程配套实验环节无法满足“双一流”建设要求的问题,开发了自动控制理论课程虚拟实验平台。依托自动化专业一流学科建设平台,利用虚拟现实和网络信息技术,依据实验室的真实环境和设备,建立了完整的空间、设备模型,构建了模拟实验环境和实验设备的虚拟三维场景。该虚拟实验平台提高了学生的实际参与度与自主性,实现了“以学生为中心、以产出为导向”、以网络信息技术为支持的实验教学改革,对自动化专业宽口径、应用型、复合型的创新人才的培养具有一定意义。

基于电机的“自动控制原理”实验教学

针对ACCT-Ⅲ实验箱开展“自动控制原理”实验教学缺乏具体的被控对象的问题,设计以电机为被控对象的实验教学,内容包括建立电机电流和速度数学模型,设计电流、速度闭环PID控制系统,控制系统Matlab仿真,实际伺服电机平台实验等。该实验教学从实物建模、模型仿真、控制器设计到控制系统仿真与实物验证,以项目设计理念为指导,让学生更好地理论与实际相结合,达到知识的内化,提高了教学质量。

自动控制类专业教学实验室建设探索

自动控制原理实验室是面向全校自动控制类专业共享开放的专业基础课程实验室。通过对实验室现状进行分析,制订实验室建设的总体方案,主要按照验证性实验、综合创新性实验和其他辅助实验等三个维度进行建设。搭建综合创新性实验平台,解决目前缺乏高质量综合创新性实验平台的问题,进一步支撑综合创新性实验和竞赛、实践、科研训练等培养环节;建设辅助实验平台,支撑实验教学等环节多种控制对象仪器设备的数据交互、运行监测,以及学生实验操作的实时评价考核、原始实验数据查询和自动打印实验报告等智能化功能。自动控制类专业教学实验室的建设很好地支撑了课程的教学改革和目标达成度,效果较好。

新工科思维在实验课中的应用与实践--以“自动控制原理实验”课程为例

文章以“自动控制原理实验”课程为例,探讨了新工科思维在实验课程中的应用与实践。文章比较了传统教育和新工科思维的区别,强调了后者在跨学科技能、创新和实际应用中的重要性。文中介绍了将新工科思维融入实验课程的方法,并讨论了这种方法如何有效提升学生的问题解决能力、团队合作和创新能力。最后,文章对这种教育方法在适应社会发展需求方面的前景进行了展望。

多维度多角度探究自动控制原理实验课程思政元素

本文从实验内容、教学环节、评价体系等维度多角度深入挖掘自动控制原理实验课程中的思政元素,旨在实现实验教学与思政教育的有机融合,培养具有良好思想观念和价值观的高素质工程型人才。

基于柱形容器缠绕特性的控制稳定性分析

针对玻璃纤维缠绕机在工作中由于张力不稳定导致的线型变化,以及在高速缠绕模式下的张力调节不稳定的问题,设计了自适应模糊PID控制策略以及适用于高速缠绕工况的滑模控制策略。首先,针对缠绕工况建立缠绕动力学模型、张力控制模型;其次,引入模糊PID控制策略和滑模控制策略分别对不同工况下的缠绕特性进行MATLAB-Simulink仿真,寻找最优控制策略;最后,基于被验证的最优控制策略进行实验。结果表明,在模糊PID控制的调节下,不同速度变化下的缠绕张力相对于无控制得到较好改善,提高了柱形容器在缠绕时的线性稳定性和张力稳定性。模糊PID控制对缠绕时的张力调节精度优于滑模控制,为大型管道缠绕设备提供了新的研究思路。

基于MATLAB GUI的自动控制原理仿真实验平台设计

为满足自动控制原理课程线上线下混合式教学的需要,通过MATLAB GUI编程设计了自动控制原理实验仿真平台.该仿真平台包括了6个基础实验和4个综合实验,从时域、频域、根轨迹及状态空间对系统进行分析,并对系统进行了PID整定、根轨迹及频域法校正,可获得系统的时域、频域及根轨迹性能参数及图形.控制系统参数的自动获取及直观的图形显示,使学生更好理解控制系统的原理,有助于提高学生的控制系统设计及应用能力.

自控原理实验互联网虚拟仿真综合教学探索

自控原理实验课是自动控制及其相关专业的一门重要专业基础实验课,是帮助学生理解理论知识和培养学生动手能力的一个重要的教学环节。随着互联网的普及和虚拟仿真技术的发展,为了增强实验教学培养的效果,该研究提出了一种基于互联网学习平台软件和飞行控制虚拟仿真实验平台的自控原理实验教学模式。实验前,通过丰富的线上预习资源帮助学生为实验课做好充足的准备。面授实验教学中,结合传统电子线路模拟仿真实验箱和具有工程应用背景的虚拟仿真实验平台来实现多元化多层次教学,激发学生的学习兴趣和探索创新的动力。实验后通过综合评价反馈机制改进教学内容和方法。整个教学体系闭环高效,使实验教学质量得到有效提高。

基于有限状态机的煤矿辅助运输转载自动化控制研究

为实现辅助运输过程中转载容器装载和转载工作的少人化、智能化,提出一种采用煤矿辅助运输转载机器人实现容器自动化转载的控制方案。概述煤矿辅助运输转载机器人组成及工作原理,分析机器人转载过程,确定了辅助运输转载自动化需要对单轨吊车、转载机械臂、平板车、锁具的工作时序进行控制,在MATLAB中建立系统状态机,将单轨吊车、转载机械臂、平板车、锁具作为子系统,系统状态机根据用户指令结合当前各子系统的状态,协同控制各个子系统的工作时间和顺序,保证了煤矿辅助运输转载的安全进行;最后在ROS中建立辅助运输转载仿真环境,通过系统状态机控制机械臂进行多次抓取实验,实验结果表明转载容器在20次不同位置抓取实验中,抓取成功率均在80%以上。

工业控制系统网络安全靶场建设关键技术及解决方案探讨

两化融合为全球带来了高效、高质量的生产力大变革,但变革中同时有风险;随着生产体系融合进程的加快,且工业4.0的智能化不断提高,工控系统的安全风险也日益增多。由于场景内、外网之间更多联系的通畅,不断打破传统工控系统封闭、可信的运行环境,同时将大量传统网络安全威胁引入生产网,对工控系统信息和功能安全造成重大影响。传统的网络安全设备防护已经无法完全满足工控系统生产网络的安全防护建设要求,传统的工业企业工控网络安全人员稀缺是最主要的问题之一。本文将传统网络安全靶场与工控场景相融合,建设适用于工业企业工控生产网环境的工控网络安全靶场,意在解决工控企业没有相关的仿真环境去实现人员培养、安全技术验证、攻防对抗等场景的问题,助力工业企业提升自我安全防护、研究及培训能力,为工业企业数字化转型、工业4.0建设保驾护航。

民机自动飞行控制虚拟仿真实验设计与实现

围绕现代民航机务维修工程行业人才培养的需求,突出学科优势与专业特色,设计开发了民机自动飞行控制虚拟仿真实验。针对民机运行中典型的姿态、轨迹自动控制过程开展虚拟仿真实验,再现飞行真实场景,还原自动控制中姿态变化、飞行轨迹、运动参数、舵面偏转的动态过程,探究控制参数对自动控制性能的影响规律,实现抽象概念形象化、理论问题工程化、动态过程立体化、变化规律明晰化,有效解决民机自动飞行控制可视化实验难以开展、成本高昂的局限性,为电子信息工程专业的虚实结合教学实践体系提供了重要支撑和补充完善。

自动移液系统的设计与实现

针对化学分析和生物医学实验中的移液过程仍然需要人工操作,导致效率低下且样品容易受到污染的问题,提出一种基于ESP32主控方案、步进电机组、移液枪、扫码器和安卓上位机的全自动移液系统。采用双主控模式实现扫码部分和移液部分控制的分离,并独立接收安卓上位机下发的指令,在完成扫码和移液操作后分别上报二维码信息和移液信息。安卓上位机实现对整个嵌入式系统的逻辑控制和人机交互,是自动移液系统的信息中心,其将接收到的二维码信息和移液信息整合成一条完整的工单,在人机界面中展示并保存。实验测试结果表明,所设计系统运行稳定,二维码识读快速、精确,移液精度能够达到要求,实现了移液和扫码的自动化,极大地提高了移液过程的效率,同时降低了人工操作污染样本液体的风险。

单机架可逆轧机组合负荷分配算法的应用

在单机架可逆轧机生产过程中,道次数和各道次厚度分配是模型其他工艺参数计算的前提。结合首钢京唐18辊单机架可逆轧机过程控制系统的开发项目,主要完成如下工作:开发了系统的压下分配模型,为操作人员提供三种负荷分配模式(历史规程、经验规程和自动计算),通过调整压下分配策略,使模型符合现场生产规律;结合生产实际数据,对比三种负荷分配模式的计算结果,分析各自优缺点,从而为现场生产提供指导;通过C#开发控制界面,为操作人员提供选择负荷分配模式的人机交互界面,提高系统的友好性。

基于ISO 11783的拖拉机导航控制系统设计与试验

基于ISO11783标准构建了拖拉机自动导航控制系统,系统包括5个电子控制单元(ECU),其中转向ECU节点可以根据从总线上接收到的转向指令来控制前轮转向。对自动导航控制系统的网络服务性能进行了分析,并进行了使用该系统的拖拉机直线路径跟踪试验。试验表明,基于ISO 11783的拖拉机自动导航控制系统能满足实时性要求,并能较好地实现路线跟踪,直线跟踪最大横向偏差为11 cm。

基于Matlab仿真的自动控制原理实验教学改革

针对自动控制原理实验教学中存在的问题,进行了实验内容的优化和模式的改革。在内容方面,基于Matlab仿真进行科学运算数据,绘制仿真曲线,设计控制器或校正器。在实验中建立控制系统,易于修改参数,直观及时得到实验结果。在实验模式方面,将实验分为基础理论型,验证结论型和项目设计型等三种类型。在实验教学中,教师角色转变,以学生为中心,注重实验原理,注重提出问题。重视学生的实验过程,遵循学生的认知习惯,注重学生的动手能力。该实验教学模式能够明显提高学生的控制系统仿真和设计能力,具有较好的操作性和适用性。

水稻插秧机自动作业系统设计与试验

为适应现代农机自动作业发展需求,实现插植作业和速度的自动控制,设计了水稻插秧机自动作业系统。以井关PZ-60型水稻插秧机为试验平台,研究了具有CAN(Controller area network)通信接口和手动优先的手自一体插秧机速度与插植机构控制方案,设计了插秧机专家PID速度控制算法和PID插值机构控制算法以及插秧机自动作业联合控制策略。联合导航控制系统分别在水泥路面、泥底层平坦和不平坦的水田进行了速度控制试验,结果表明,速度平均误差分别为3. 25%、5. 40%和8. 01%,速度平均误差不超过10%的概率分别为98. 6%、90. 1%和68. 0%;泥底层平坦水田联合控制试验结果表明,插秧机联合控制与人工操作相当,效果良好。插秧机自动作业系统满足插秧机在无人驾驶时自动作业的需求。

自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制

为实现补苗装置精准定位控制,解决自动移栽作业过程中因穴盘缺苗和取苗投苗失败而导致的漏栽问题,采用自适应Fuzzy-PID控制算法来实现钵苗输送的步进定位控制。构建了步进电机角速度控制传递函数的数学模型,设计了自适应Fuzzy-PID控制器及其模糊规则,通过MATLAB的Simulink模块建立了基于模糊PID控制器的步进电机系统角速度控制模型,以阶跃信号作为激励信号,自适应模糊PID控制和PID控制的仿真试验表明:PID控制的响应时间为7 s,出现超调量为0.1的振荡,通过调整PID控制器参数增大比例系数,系统响应时间缩短为2.2 s,系统响应速度明显加快,且未出现振荡环节;自适应模糊PID的响应时间为0.12 s,步进电机系统快速到达阶跃响应的稳态值,步进电机角速度控制稳定,角速度响应快,满足钵苗输送的定位要求。自动补苗试验结果表明:在植苗频率为40、50与60株/min时,补苗成功率分别为100%,100%、95.8%,且只要光纤传感器检测到漏苗信号,基于自适应Fuzzy-PID控制的步进电机系统快速响应,补苗控制系统都能准确及时地进行自动补苗。该研究可为解决自动移栽机田间作业的漏栽问题提供参考。

大型5HFS-10负压自控粮食干燥机的设计与试验

为了降低一次能源的消耗和提高玉米等粮食干燥产能,结合寒区高水分玉米干燥特性,以负压干燥原理为基础,设计了一种负压自控粮食干燥机。该机采用负压多级顺流缓苏结合的干燥方式,将并联式扩张口型风机和变径角状管相结合,协调冷风配额调控机构,应用多传感器实时采集在线工作参数,配合自适应调控系统,实现大宗粮食的智能保质干燥生产。该文详细进行了干燥参数和技术经济指标的计算,可为负压干燥机的设计和综合评价提供。生产试验表明,该机工作性能优良,节能显著,烘干品质好,单位质量成本低,自动化程度高。有效控制干燥机出粮水分偏差小于等于±0.5%w.b,与传统正压送风式干燥机相比,节省能耗20%以上,降低生产成本12%以上。该干燥机各项作业性能指标完全符合农场集约化和规模化干燥作业要求,可为开发节能粮食智能化干燥机型提供参考。

基于MATLAB的“自动控制原理”虚拟实验仿真平台

实验教学是理论教学的延伸和补充,搞好实验教学是整个自动控制理论教学过程中的重要环节。该文从传统实验着手,首先分析了建立虚拟实验仿真平台的必要性,其次阐述了虚拟实验仿真平台的基本结构与功能,以及关键模块的软件实现方法;最后分析了运用软件进行自动控制的虚拟实验的优越性。

一种新的热量信号构造方法及实验研究

提出一种利用锅炉风量和排烟氧量计算热量的方法。对国内大量煤质特性进行分析后发现,单位质量煤燃烧消耗的空气量与发热量之间存在近似线性的关系,由此关系可以推导出利用风量和氧量计算热量的方法。在1台660 MW机组上进行实验,结果表明,该信号具有足够的静态精度,比DEB热量信号具有更好的动态特性,同时也能实时反映燃料发热量的变化,非常适合作为控制反馈信号。仿真实验证明,用此信号设计协调控制系统可以大幅改善控制品质,同时能有效地克服燃料发热量变化的影响。