CAT-1偶极场超导磁体的悬浮控制与仿真

“天环一号”(China Astro-Torus 1,CAT-1)是一个悬浮偶极场磁约束装置,主要用于偶极场等离子体物理实验研究,要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5 h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统,为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮,完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真,基于Routh-Hurwitz稳定判据,研究了PID(Proportion-Integral-Derivative)控制策略对稳定控制影响,确定了稳定控制参数选取的范围:理想条件下PD(Proportion-Derivative)控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明:基于PD控制能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置,采用合适的启动方式可极大地降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供了关键技术支撑。

网联自动驾驶货车编队规划与控制研究综述

物流运输联盟内开展货车编队运行,有望成为未来物流运输降低运营成本的新形态。本文以网联自动驾驶货车编队规划与控制为研究对象,通过文献检索来分析网联自动驾驶货车编队的关键技术与研究现状。从市场应用角度,分析目前实现货车编队市场应用面临的挑战,以及相关利益方之间的成本分配问题。从技术方法视角,围绕网联自动驾驶编队规划与运作控制问题,解读相关技术内涵与实现方法。通过评述网联自动驾驶编队技术研究现状,总结该领域未来研究方向,旨在为研究者掌握该方向发展脉络提供参考。

基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统设计

为了简化工业机器人控制系统结构,降低工业机器人运动控制器硬件成本,提出了一种基于x86平台和Ether CAT总线的实时工业机器人运动控制器设计。借助Windows可扩展内核的特性,使用RTX64作为控制系统的实时内核,并使用Kingstar Motion作为Ether CAT主站,搭建了一个工业机器人的实时控制系统。使用共享内存实现实时系统和Windows内核的数据交换,实现了在Windows内核中对实时内核程序的指令下达和状态查看,在RTX内核中使用多线程方式实现了对驱动器多种不同类型数据的处理。实验表明,该控制系统具有良好的实时响应性能,能够满足工业机器人的控制要求。

基于TwinCAT的数字伺服控制系统设计

为研制高频响、可记录数字伺服控制系统,以倍福的微型工控机和AD,DA模块为主要硬件,以Twin CAT为实时操作系统,以倍福的可编程控制器(PLC)为数字伺服控制编程语言,基于C#开发数字伺服控制系统界面。所设计的双路伺服控制系统具有良好的实时性、稳定性,数据更新周期为50μs,输入输出延迟为150μs,可不丢点记录各通道数据。内含扫频信号源,波形包括方波、三角波、正弦波,也可以用来测试系统频响。基于Twin CAT开发的数字伺服控制系统频响高,工作稳定,可用于各类液压伺服控制系统,也可用于系统特性测试。

面向自动控制的日光温室卷膜控制决策方法研究

为使温室环境管理由人工经验管理变为自动化管理,选取温室番茄产量在同地区较高的温室作为研究对象,实时监测温室内温度、湿度和卷膜开闭状况以及室外气象数据,建立室外气象数据、室内温湿度及卷膜开闭之间的关系。将室外气象数据作为输入,室内温湿度及卷膜开闭度作为输出,利用Cat Boost(Categorical Boosting,Cat Boost)算法分别构建温、湿度预测模型和卷膜决策模型,并与随机森林算法(Random Forest,RF)和极端梯度提升算法(Extreme Gradient Boosting,XG Boost)的预测结果进行对比分析。最后基于决策模型设计搭建卷膜控制系统,并于典型晴天、阴天和雨天进行试验验证。结果表明:基于Cat Boost的日光温室内环境(室内温度和室内相对湿度)预测值与实测值的均方根误差分别为0.91℃和4.73%,有更好的模拟效果、精度更高,其卷膜决策模型准确率达到92.1%;基于Cat Boost的卷膜决策模型设计搭建的卷膜控制系统可以准确预测卷膜状态的变化,并进行精准控制,具有较强的实践价值和推广意义。

柔性测控系统在快组式液压试验台CAT中的应用

常见快速组合式液压试验台测控系统通用性较差,无法配合其高度开放的硬件实现设计性、创新性液压试验。采用虚拟仪器实现液压试验台柔性测控系统改造,使之适用于拼装的任何液压试验回路,改造过程中针对数据采集卡定时/计数器个数有限的问题,提出了基于"软定时/计数器"的方法精简数据采集卡设备。改造后的测控系统对数据采集硬件要求低,具有高度通用性、灵活性和扩展性的特点。

基于SCSO-BP神经网络的卫星姿态控制系统故障预测

近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始权重和偏置为随机生成,设置不当容易导致网络在训练过程中陷入局部极值,进而影响预测性能。为了提高BP神经网络的预测性能,提出了一种将沙猫群优化(Sand Cat Swarm Optimization,SCSO)算法与BP神经网络相结合的预测方法。在训练过程中,首先通过SCSO算法对BP神经网络权重和偏置进行预训练,在此基础上,利用精调后的BP神经网络对卫星姿态控制系统周期渐变故障数据的未来趋势进行预测。实验结果表明,与原始BP神经网络预测方法相比,SCSO-BP预测方法能够有效减小预测误差,具有更好的预测精度。

压力控制阀CAT系统研究

压力控制阀主要用来控制液压系统中液流压力。本文分析了压力控制阀的各种静态性能指标和动态性能指标,并根据压力控制阀性能测试要求,设计出了测试液压系统回路和CAT测试系统。该测试系统采用上下位机分级式结构,实现抗干扰和数字滤波功能,系统稳定可靠,具有较强的实用性。

基于TwinCAT和C#的主减速器试车台测控系统

为提高某型直升机主减速器试车台的自动化程度,设计了一套基于分层结构模型的试车台测控系统。系统底层设备驱动以CANopen及Profibus-DP现场总线为接口;基于Twin CAT soft-PLC控制技术进行数据采集、安全保护及试车控制;采用C#语言基于.NET平台进行HMI设计;提出了基于SQL Server的多数据库解决方案。详细阐述了系统所具有的远程访问、XML文件存储、数据采集、系统标校和数据库备份等特色功能的实现方法。现场实际运行结果表明,该系统操作简单、维护方便,运行高效、稳定,完全满足某型直升机主减速器的试车需求。

基于EtherCAT总线的人形机器人控制系统设计

针对传统人形机器人控制系统存在的软硬件模块化程度低、通讯非实时、控制功能有限的问题,在分析空间站对人形机器人控制系统功能需求的基础上,以四核嵌入式控制器为操作平台,搭建了基于Ether CAT总线的人形机器人分布式实验控制系统,实现了机器人任务规划与决策、数据管理和系统通信等功能,具有灵活高效的网络拓扑结构、模块化的软件架构。实验表明,该系统保证了信号采集的实时性和可靠性,控制的稳定性和高精度。

浅谈舞台机械CAT控制系统在江苏大剧院戏剧厅的应用

介绍江苏大剧院戏剧厅舞台机械计算机辅助剧院(CAT)控制系统的架构、配置,以及模块化、冗余的设计方法。

大型客机CAT Ⅲ级自动着陆机载设备需求

CAT Ⅲ自动着陆在恶劣天气进场着陆时具有较高的安全性和可靠性,对此类运行机载设备的研究具有重要的意义。本文首先从基本概念及原理出发介绍了进场着陆等级的划分、故障—性能下降和故障—工作两类自动着陆系统以及完成自动着陆的机载自动飞行系统及设备,然后指出决断高度DH和跑道视程RVR对CAT Ⅲ自动着陆机载设备的限制,最后介绍了机载自动着陆系统精度、性能、完好性及有效性四方面的适航性要求,只有通过了适航验证的飞机才可以运行CAT Ⅲ自动着陆。

基于AC810 PLC控制的岸边集装箱起重机电控系统设计

为解决集装箱装卸设备的电控系统技术不能自主可控的问题,采用AC810系列PLC作为控制中心,基于Ether CAT现场总线技术,研发了完全国产化的岸边集装箱起重机和门座起重机电控系统。现场运行结果表明,该电控系统可实现港口装卸设备自动化操作,有效降低集装箱运输中发生危险的概率,提高码头集装箱运输的工作效率。

终端光学组件及反射镜架控制系统的开发

终端光学组件及反射镜架是激光约束核聚变装置中的重要组成部分,具有运动轴数量多且分散的特点,为实现该设备的运动控制,采用分布式控制的思想,建立了以倍福嵌入式PC和总线端子为底层控制器,以EtherCAT网络为通讯的控制系统结构.控制软件在VC++和TwinCAT的环境中开发,对于机械系统要求的特殊功能均编制成PLC功能模块,并在下位机中运行,包括电机上下电锁紧功能、自动上下电功能、某个运动轴的手动跟随功能、单向定位功能.其中单向定位控制功能的应用将重复定位精度控制在3μrad以内.这种分布式控制系统具有结构简单、成本低廉、通讯速度快等特点,在实际工程应用中稳定、可靠.

基于Ⅲ级着陆标准的飞机抗偏流机动控制律设计与仿真

针对国际民航组织(ICAO)规定的Ⅲ级气象条件下飞机的自动着陆要求,在某型飞机自动着陆侧向控制系统的基础上,主要兼顾航迹跟踪精度和鲁棒性要求,设计了飞机自动着陆过程中抗偏流机动控制律。利用Matlab/Simulink建立所设计的自动着陆系统动态数学模型并进行仿真,同时对控制系统的稳定性和控制精度进行分析。仿真结果与分析表明,抗偏流机动控制律的设计使接地时的偏流角满足Ⅲ级着陆标准的技术要求,研究成果为获得该类运行的批准提供了重要参考。

基于Beckhoff的PC兼容控制系统设计与实现

针对激光划切机快速高效的工艺特点,设计基于倍福Beckhoff的PC兼容控制系统。通过高速Ether CAT现场总线技术,确保工作台的高动态性能,满足激光与工作台协同控制技术要求,研究可编程逻辑控制器PLC底层程序与VC顶层程序实现,与激光划切机整机软件相兼容,保证设备的可靠性和稳定性,提高设备的生产效率。

仿落猫机器人嵌入式控制系统设计

机器人在未知复杂环境下作业时,有从高处跌落的风险,所以需考虑其空中姿态调整能力,减轻由错误的着陆方式造成的伤害。针对机器人空中不能借助外力使其翻转的难点,仿照猫从空中跌落可安全着陆的特性,研究仿落猫机器人空中姿态调整的下落轨迹问题。基于ARM Cotex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统,对仿落猫机器人轨迹规划进行了仿真分析,并对实物样机进行了多次自由落体试验。结果表明,机器人在下落过程中机身各个角的变化符合预期,所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制仿落猫机器人运动,实现了空中翻转。该小型嵌入式控制系统具有运算处理快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足了仿落猫机器人智能算法、低功耗运动的要求。

2022年杭州亚运会主要体育场馆照明设计

通过对2022年杭州亚运会主要体育场馆照明设计的分析,本文介绍了较为完整的体育照明设计理念、LED照明灯具在体育赛事的运用,以及不同运动项目的照明设计标准、照明设备、照明灯具的布置方式、照明计算结果等。

面向托卡马克第一壁检测的机械臂实时运动控制系统设计与实现

针对托卡马克第一壁高稳定、高安全的检测需要,设计并实现了一种实时运动控制系统,给出了该系统的软、硬件设计方案。该系统作为连接遥操作系统与各伺服单元的中间系统,一方面需接收来自遥操作系统的控制指令,另一方面要完成对控制指令的解析,并将解析后的运动指令下发至各伺服单元。基于Ether CAT实时工业以太网的现场总线通信网络可将伺服控制周期提升至微秒级;基于强实时环境QNX RTOS的软件设计,能有效保证系统的实时性。通过实验验证了所设计运动控制系统的有效性。

基于负载转矩反馈的轻型自主爬行钻铆系统腿部到位控制技术研究

本文提出了一种利用驱动电机负载转矩反馈指示单腿放置到位的方法。通过对负载转矩信号进行实时采样,再利用最小二乘法进行六次多项式拟合,然后求取采样点的最大斜率,并将其与指示放置到位的刚性形变的特性斜率相比较,实现到位准确灵敏判断。试验结果表明,该方法具有滤波抗干扰能力,显著提高了单腿到位控制的灵敏度,增强了爬行吸附的安全性和可靠性,具有巨大的工程应用价值。