Nonlinear inversion-based output tracking control of a boiler-turbine unit

The capability to perform fast load-following has been an important issue in the power industry. An output tracking control system of a boiler-turbine unit is developed. The system is composed of stable inversion and feedback controller. The stable inversion is implemented as a feedforward controller to improve the load-following capability, and the feedback controller is utilized to guarantee the stability and robustness of the whole system. Loop-shaping H∞ method is used to design the feedback controller and the final controller is reduced to a multivariable PI form. The output tracking control system takes account of the multivariable, nonlinear and coupling behavior of boiler-turbine system, and the simulation tests show that the control system works well and can be widely applied.

基于反步法的空气处理机组温湿度跟踪控制

针对空气处理机组室内湿负荷和进回水温差不确定的情况,提出一种带有多参数的反步控制器,可以实现温度和湿度的跟踪控制。为了设计方便,先将空气处理机组的动态模型转换为状态空间表达形式,通过引入带增益的状态变换,将原系统的跟踪控制问题转换为变换后所得新系统的稳定控制问题;利用反步法逐步设计了控制器,并通过选择合适的设计参数,实现了温度和湿度的跟踪控制目标;分析了闭环系统的稳定性并给出了证明过程。结果表明:仿真实验验证了所研控制器的有效性,通过与PID控制器对比可知,所设计控制器的跟踪效果更好。

生态环境分区管控跟踪评估技术及应用探索——以上海市为试点

开展生态环境分区管控跟踪评估是推动生态环境分区管控制度落地生效的重要手段。本研究探讨了省、市层级和环境管控单元层级的生态环境分区管控实施情况跟踪评估体系。根据国家生态环境分区管控制度建设目标,结合管理实际,提出了省、市层级生态环境分区管控跟踪评估指标体系构建及实施机制的初步设想;提出了环境管控单元层级生态环境分区管控跟踪评估指标体系、实施机制及评估结果应用场景,以上海市产业园区生态环境分区管控及规划环评实施情况跟踪评估为试点,分析了实施成效,可为各省份、地级市开展生态环境分区管控跟踪评估工作、构建全链条环评管理体系提供参考。

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求,分析和对比了IRU的各种技术方案,特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动,并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发,阐述了系统的两种工作模式及功能特点,建立了系统数学模型。然后,介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向,指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素,梳理了三项关键技术的研究动态。最后,总结了IRU的空间应用情况,并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

针对小型鸟类目标的基于门控循环单元的扩展卡尔曼跟踪方法

基于激光雷达的小型鸟类的跟踪监视是一种新的实现机场及其周边空域鸟情监测预警的关键技术。针对激光雷达采样频率低引起的目标状态跟踪误差大、模型适应性低的问题,本文提出了一种基于门控循环单元的目标状态估计扩展卡尔曼跟踪方法。该方法通过融合深度学习网络对非线性运动的预测能力和扩展卡尔曼滤波对于随机噪声的抑制能力,实现了对于无法准确建模的非线性运动鸟类目标在低采样率条件下的跟踪。针对深度学习网络为隐性表达模型难以与扩展卡尔曼融合的问题,提出近似一步转移矩阵估计方法,将深度学习网络的预测转化为显性状态转移模型,使得跟踪方法中预测与滤波估计形成循环迭代。本文在公开的鸽子飞行轨迹数据集上进行仿真验证表明,所提方法在不同采样频率条件下的跟踪效果均优于传统跟踪算法,且在低采样频率下相对于已有方法具有超过25.5%跟踪误差性能提升,所提方法能够实现基于激光雷达的鸟类目标跟踪。

高速铁路线路轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法及应用研究

为揭示高速铁路线路纵断面参数变化,以及和轨道不平顺、路基大桥沉降关系,针对国内尚无轨道纵断面参数动态检测装备,提出基于惯组的轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法。首先,建立转向架构架及惯性坐标系,并以重力加速度、水平加速度极小相关性为基准对齐两坐标系;其次,基于转向架构架纵向加速度解算轨面坡度,并补偿列车俯仰运动及与轨道平面纵向倾角误差;然后,以坡度测量值为基础解算竖曲线半径;最后,以高速综合检测列车为平台,在国内某新建高速铁路实车试验。结果表明:坡度和竖曲线曲率重复性偏差绝对均值分别为0.07‰、0.71×10^(-3)rad/km,极差分别为0.22‰、0.005 rad/km。

考虑设计姿态辅助IMU/ODO的轨道不平顺检测算法

采用GNSS定位的轨道几何状态测量仪在隧道、地铁等GNSS拒止环境中无法工作.由于即使铁路轨道发生变形,其仍然接近设计线形,实际轨道位置与其设计值的差异始终保持在一定范围内.本文结合铁路设计参数与惯导/里程计信息,提出一种考虑设计姿态辅助IMU/ODO的轨道不平顺检测算法,该方法将设计姿态与惯导解算姿态相结合进行卡尔曼滤波,并使用里程计速度进行航位推算.通过计算实验,分析了轨道设计姿态信息对轨道不平顺检测精度的提升作用.实验结果表明:铁路设计姿态信息能够显著提高轨道不平顺检测精度,所提方法较基于全站仪辅助的动态检测方法,在30 m弦轨道不平顺检测精度相当,且整体检测效率较高,可以满足日常轨道检测的需要.

单元式无砟轨道周期性变形敏感因素分析

研究目的:单元式无砟轨道应用过程中检测出波长与板长相近的周期性不平顺问题,影响了列车运营舒适性。为研究周期性变形的敏感影响因素,以CRTSⅢ型板式无砟轨道为例,建立考虑层间非线性接触关系的无砟轨道多物理场耦合分析模型,分析轨道板内温度梯度和自密实混凝土收缩对轨道板翘曲变形和轨面周期性不平顺的影响程度,获取了两种荷载与周期性变形间传递关系。研究结论:(1)温度梯度、混凝土收缩等效降温量越大,轨道竖向变形差越大且传递比越大,+90℃/m、-45℃/m温度梯度时,钢轨垂向变形差分别为0.72 mm、0.32 mm,传递比分别为0.0158 mm/(℃·m^(-1))、0.0183 mm/(℃·m^(-1));(2)等效降温-10℃时,钢轨垂向变形差0.39mm,传递比为0.0739 mm/℃;(3)与混凝土收缩组合时,正温度梯度变形效应叠加,负温度梯度变形效应抵消,-45℃/m温度梯度与混凝土收缩-10℃间引起的变形效应相当,可基本抵消;(4)通过控制轨道精调时机,合理预设初始不平顺可减小运营期单元式无砟轨道周期性不平顺;(5)本研究结论可为控制目前广泛存在的无砟轨道周期性变形问题提供理论指导。

面向三维多目标追踪的运动补偿优化方法

三维多目标追踪是自动驾驶系统中的关键模块之一,其结果的优劣主要取决于追踪模块中数据关联过程的准确度.现有的追踪方法大多从外观特征或运动特征出发计算两帧之间物体的相似度,而基于运动特征的方法通常根据当前帧和历史帧三维包围框之间的交并比(Intersection over Union,IoU)进行关联,然而这种方式在观测点物体自身运动时存在严重缺陷.在观测点物体自身进行运动时,观测到的两帧数据将处于不同的局部坐标系,导致无法使用运动模型准确预测已追踪物体在下一帧中的位置.本文针对上述问题,通过引入观测点自身的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)或全球定位系统(Global Positioning System,GPS)数据,在一帧数据到达之后计算当前帧局部坐标系与上一帧局部坐标系之间的旋转和平移关系,并对已追踪的物体状态按得到的坐标变换关系进行运动补偿,使其抵消因观测点自身运动造成的偏移量.这种运动补偿增强了追踪模块的数据关联环节,提高追踪时三维包围框的关联成功率,降低误关联数量,改善三维多目标追踪的精度.在相关追踪框架及KITTI数据集上的原型验证表明,所提的运动补偿优化方法实现了1%左右的精度提升.

公跨营运高铁立交桥异物侵限监测系统重难点分析

依托于国道234线郑州境内国道310以南段(荥阳乔楼至崔庙段)改建工程上跨郑西高铁立交工程,主要对干线公路上跨营运高铁立交工程的异物侵限监测系统设计的重难点进行分析,并提出解决措施,该工程为郑州局管辖范围内首次上跨运营高铁立交桥的异物侵限监测系统设计,可以为今后河南乃至全国同类工程设计及施工提供借鉴经验。

酸轧活套基础崩塌原因分析及改进方案

针对邯钢一冷酸轧线入口活套基础出现的崩塌现象进行了详细的原因分析,根据不同的原因采取了相应的改进措施,并且设计一种酸轧线活套内轨道基础维修装置。此装置加工简单,安装省时,且安装时可以分阶段完成。解决了传统的重新浇筑、灌浆方法恢复损坏轨道基础时间过长的限制,实现快速完成对损坏轨道基础的维修,减少酸轧线的日常检维修时间,确保了酸轧线的正常高效生产节奏。

全电子执行单元冗余供电研究

针对高原铁路全电子执行单元系统供电问题,该文提出2种高可靠性的供电方案。第一种方案是在电源屏上新增一路直流转换模块,为执行单元提供独立的额外供电,即直流双路直供方案。第二种方案是在保持电源屏供电方式不变的基础上,将执行机柜的单断路器升级为双断路器,通过2台执行机柜的互环连接,实现用电的冗余,即执行机柜互环供电方案。这2种方案的目标都是提升全电子执行单元用电的可靠性和稳定性。综合比较,执行机柜互环供电方案在高原铁路执行单元电源改造中更加具备可行性。该文的研究对高原铁路全线全电子执行单元供电方式的改造具有指导意义。

GCY-450型轨道工程车停放制动失效分析及预防措施

针对GCY-450型轨道工程车停放制动时出现的溜逸问题,在介绍停放制动和单元制动器的工作原理基础上,从换向阀故障、减压阀压力值偏低等方面,分析轨道工程车停放制动失效原因,确定是由于减压阀压力值低于标准值导致停放制动失效。针对失效原因,提出在维护保养中增加减压阀压力值检查,以及定期校验压力开关、减压阀和压力表等预防措施。

车载轨道电路信息接收单元便携式测试装置的设计

为完善列控车载设备关键部件之一轨道电路信息接收单元的测试项目,提高作业效率,设计了一款可以测试轨道电路信息接收单元相关性能指标的装置。该装置由车载和轨旁两部分设备组成,通过循环发送轨道电路信息,由各模块采集DMI图像和感应接收线圈电压、阻抗等参数,以无线通信方式传送给检测主机进行处理,最终实现对轨道电路信息接收单元解码灵敏度、解码时间和感应电压值等指标的测试。该测试装置具有便于携带、兼容性强、自动检测等特点,能够满足现场维护人员在列控车载设备二级修、高级修、故障处置等场景下的作业需求,可以有效提高列控车载设备的运用质量和作业效率。

基于PSO-CNN-GRU模型的无人机短期航迹预测

针对无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)航迹预测问题,为了提升航迹预测的收敛速度和精度,论文提出了一种基于粒子群算法优化,卷积神经网络与门控循环单元网络相结合的PSO-CNN-GRU无人机航迹预测模型。为了解决神经网络人工调参难以获得最优解的问题,通过PSO算法进行自动调参,对GRU网络的隐藏层规模、学习率、批训练大小等参数进行优化,避免形成局部最优解;针对历史关键信息与重要特征的提取问题,通过CNN网络提取变量间的局部依赖关系,实现隐藏特征的挖掘。实验结果表明,与原始GRU模型相比,PSO-CNN-GRU模型的MAE、MSE的值分别降低了65.13%、73.25%,有着较好的准确性与鲁棒性。

基于永磁吸附的船体维护爬壁机器人设计

为了研制可适应大曲率工作环境且效率较高的爬壁机器人,代替人工对船体进行除锈抛光等工作,对一种用于船体维护的爬壁机器人开展了设计与研究。首先,对爬壁机器人的机械结构开展详细设计,该机器人主要由底盘、打磨头和可变形履带组成,并结合设计结果对其功能原理进行阐述;然后,对吸附单元的关键部件和整体框架结构开展了静力学和倾覆力验证计算;最后,利用COMSOL有限元分析软件中的AC/DC模块进行变形履带的磁吸附力分析,求得满足机器人安全工作的吸附条件,确定了以钕铁棚磁铁N35为吸附材料的可行性,并明确了用于隔振抗磨损的磁铁垫片最大厚度为3 mm时,一个磁体吸附单元最大可达34.2 N。研究结果为同类产品的开发提供了参考。

站房钢结构维护用磁吸附爬壁机器人设计及试验研究

本文设计一类用于H型及箱型断面钢柱喷砂、检测、除锈的磁轮式爬壁机器人,以进行站房钢柱高空相关作业的人工替代。通过力学分析,确定机器人负载、磁力布置及大小,以及确保稳定爬行和不倾覆的负载冗余。通过机械设计,使得机器人具有四驱传动能力,设计的水平减振装置满足了机器人对壁面有一定适应性。针对沿柱爬行的路径跟踪问题,开发了一种基于改进的模糊差速PID控制算法的控制器,实时根据机器人本体纵中心轴线与柱参考面的位置关系合理调整双电机转速,实现轨迹纠偏,结果表明该方法满足控制精度要求,可实现机器人的稳定运行。经集成测试及迭代优化,研制了爬壁机器人样机及中试机,并在济南东站示范应用。试验结果显示,机器人可在多工况下作业,满足设计指标。

单元化纵连无砟轨道在限位条件下的温度变形及损伤研究

对纵连板式无砟轨道进行单元化,有望从源头上控制温度效应过大引起的结构损伤,降低结构失稳风险,但需要在单元化过程中对轨道结构进行限位。借助数值仿真计算,研究植筋和扣压两种限位条件下不同单元节段长度的纵连板式无砟轨道温度变形和损伤。研究认为:在单元节段的两端,植筋比扣压更能有效控制轨道板纵向变形,而两种限位方式对板角变形的控制效果相差不大;层间纵向位移差的总体控制可由植筋方式实现,而在板角处采用扣压方式更佳。植筋后,单元节段长度对植筋孔的混凝土损伤几乎没有影响;扣压后,当整体温升低于5℃时,单元节段长度对板角的混凝土损伤几乎没有影响,而当整体温升大于5℃时,单元节段长度的影响显著。植筋后,受拉损伤先出现在植筋孔孔壁处,随着整体温升增高,损伤区域朝轨道板横向发展;扣压后,受压损伤最先出现在轨道板板底,随着整体温升增高,损伤区域逐渐向板表发展。两种限位条件对轨道板和CA砂浆之间界面损伤的影响差异显著,植筋时总离缝面积小于扣压,但扣压可有效控制板角处离缝。以3块轨道板为一个单元节段,并采取植筋限位方式控制轨道结构温度变形和损伤。

自动驾驶多目标追踪运动IMU局部信息补偿优化

多目标追踪是自动驾驶系统中的关键模块之一,其结果的优劣主要取决于追踪模块中数据关联过程的准确度。通过引入观测点自身的惯性测量单元(IMU)或全球定位系统(GPS)数据,在一帧数据到达之后计算当前帧局部坐标系与上一帧局部坐标系之间的旋转和平移关系,并对已追踪的物体状态按得到的坐标变换关系进行运动补偿,使其抵消因观测点自身运动造成的偏移量;这种运动补偿增强了追踪模块的数据关联环节,提高追踪时三维包围框的关联成功率,降低误关联数量,改善多目标追踪的精度;在相关追踪框架及KITTI数据集上的原型验证表明,所提的运动补偿优化方法实现了1%左右的精度提升。