基于物联网的灌溉系统定量控制算法设计研究

精量节水灌溉成为农业生产发展的关键技术。为此,基于硬地育秧过程对土壤水分的精准化控制需求,设计了一种定量灌溉控制系统。同时,根据育秧过程中的土壤需水状况监测结果,设计定量灌溉控制算法,对育秧过程中的水分状况进行预警,实现了精准化灌溉控制。

基于RTCP控制算法的叶片加工六轴砂带磨床优化设计

基于叶片型面磨削工艺参数及工艺过程确定机床各坐标轴运动性能和磨削接触压力,进行叶片加工砂带磨床优化设计和频率分析。采用RTCP算法和传动链独立的算法结构模式,建立转轴数学模型、工件传动链算法库以及刀具传动链算法库。对设计的机床伺服速度进行测试,优化机床结构薄弱环节,满足叶片型面及全特征型面磨削要求。通过有限元分析研究X,Y,Z轴的变形量,计算六轴砂带磨床1阶~6阶的固有振动频率,并进行分析和优化,提高了叶片磨削的轮廓精度,加工经济效益显著。

基于信息传输时变时延的车辆队列纵向稳定性控制算法

智能网联车辆队列行驶面临复杂的交通环境,所引发的时延、丢包等信息传输问题将导致队列车辆行驶稳定性降低而亟待解决.针对复杂交通环境,引入信息新鲜度(age of information, AoI)并提出了一种适应时变时延的智能网联车辆队列行驶稳定性控制算法.该控制算法根据队列中多前车信息新鲜度来调整其对队列车辆车头间距影响的权重,同时依据时变时延信息预测队列中跟驰车辆与前车的车头间距,队列车辆按照请求周期向路侧单元(road side unit, RSU)实时发送请求,RSU依据车辆间距从小到大依次回应请求队列中的各个车辆,以控制其因时变时延可能造成的碰撞.数值仿真结果显示,相对智能驾驶员模型(intelligent driver model, IDM)而言,所提出的队列纵向稳定性控制算法具有更好的控制效果.针对时变时延发生概率20%的车车通信,队列车辆车头间距偏差的降低比例达6.4%,平均峰值信息新鲜度的降低比例达8.7%.同时,分析了队列车辆请求周期和回应请求车辆数量对队列纵向稳定性的影响,随着两者数值增加,控制算法给出的队列纵向稳定性分别呈现降低和增加的趋势.最后,实车测试了队列切出场景下车辆行驶数据和车辆接收信息的时延数据,将其引入数值仿真实验中.结果表明,车头间距偏差降低比例达15%.

永磁同步电机执行机构新型控制算法研究

电机执行机构应用于断路器中,具有结构简单、动作分散小、可控性强等优点,为实现断路器开关触头对预设参考曲线的跟随提供可能。传统的控制方式参数固定无法根据断路器开关触头运动过程进行参数调整,跟随性差;智能控制算法计算复杂,影响控制系统快速性,且工程上极难实现。提出一种分段式伪微分控制策略,该控制策略避免了被控变量的直接微分,具有快速动态响应和抗干扰能力,同时,根据环境分段式赋予控制系统参数,保证了跟随精度。建立该控制策略模型进行仿真分析,并研制126 kV断路器电机执行机构控制系统以试验验证,仿真及试验结果均表明了该控制策略的有效性。

民用航空器维修跟随机器人控制算法研究

民用航空器维修跟随机器人控制算法基于ROS(Robot Operating System)系统开发,利用PDOA(Phase-Difference-of-Arrival)技术和差速四轮车底盘联合控制机器人,使机器人可以辅助航空器维修人员进行轮档、工具、设备、航材等物品的搬运,减轻人员负担,减少人为差错,提高工作效率,降低运营成本。采用该系统控制的机器人在安全性、可靠性、机动性等方面具有显著的优势,旨在提高民用航空器维修的效率,保障航空器持续适航安全。

通信系统中的自适应控制算法设计分析

阐述电子与通信系统中的自适应控制算法设计和分析,对重要性、设计方法、稳定性和性能进行全面介绍。其强大的适应性和灵活性使得系统能够实时调整其行为,以适应环境变化。

无线传感器网络的分簇拓扑控制算法研究

在层次型分簇拓扑控制算法的基础上,提出非均匀分簇EBUC的拓扑控制算法,建立无线传感网络内的多个非均匀节点簇,设置靠近基站的簇规模更小、远离基站的簇规模更大,同时合理选择簇首节点、设置节点非均匀竞争半径,采取簇间多跳路由机制,使能量水平较高的节点选择基站附近能量高的节点进行数据转发,以最大程度节省网络能量、延长网络生命期。仿真实验表明,相比于其他算法而言,分簇拓扑控制算法的节点簇拓扑稳定性、能耗均衡性更加优秀。

变形镜及其控制算法研究进展

【目的】变形镜(DM)是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件,其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法,可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度,使其更好地校正各种复杂的波前畸变,另一方面,可以改进控制算法,提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能,因此,研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展,分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度,为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例,对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统(MEMS)DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作,最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础,使其应用于更多的领域,进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量,推动自适应光学技术的发展。

航行控制算法的智能评估架构设计

控制算法测试验证评估是确保智能船舶航行性能可靠性和安全性的关键。本文梳理了国内外智能评估技术的发展现状,以Transas船舶航行模拟器为船舶智能航行虚拟测试平台,进行航行控制算法测试评估。根据船舶直线段和弯曲段航行特征建立评估指标,提出航行控制算法智能评估系统的设计思路、框架结构和构建流程,初步建立虚拟仿真测试下的船舶航行控制算法智能评估体系,指出该智能评估系统所涉及的关键技术。基于以上研究,对船舶航行控制算法虚拟测试评估技术和未来改进方向进行总结。

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。

火箭游动发动机的增益伺服控制算法

现役火箭游动发动机配套的电液伺服机构具有结构高集成化、大摆角行程的特点,其与发动机组成的推力矢量控制系统具有较大非线性,传统的控制方法容易出现大摆角下发散抖动现象。为解决上述问题,同时满足火箭对推力矢量系统的快速性要求,提高系统可靠性,建立其推力矢量伺服控制模型,分析出易抖动的原因,并提出了变增益PID与陷波函数补偿的复合数字控制方法。仿真与试验结果均表明,该控制方法有效地抑制了电液伺服机构的非线性因素对系统稳定性的影响,最小稳定裕度提高5~7 dB。

基于室外温度变化的建筑供热节能控制算法效果分析

对青岛市某购物中心间接连接供热系统的运行数据进行节能诊断分析。针对系统存在的供热量与所需热负荷不匹配的问题,建立系统热平衡数学模型及TRNSYS仿真模型。仿真模型TRNSYS与计算数学模型的计算室温与耗热量误差控制在1.5%以内,优化控制算法为水泵根据气候补偿变频。所提出的基于室外温度变化的建筑供热节能控制算法是采用气候补偿实现动态变频调节的,通过调节系统一次侧循环水泵的流量,改变二次侧供水温度,更好地适应由于室外温度不同造成的建筑热负荷不同。结果表明一周内优化控制带来的用能减少量为7.2%,供暖季内优化控制策略带来总用能量减少16.2%,其中营业期节能量减少26.0%,非营业期减少5.4%。

储能型风电机组二次调频的运行策略与控制算法研究

近年来,风能等新能源发展迅猛,风电装机量和发电量增长迅速。在新型电力系统中,风电需要参与系统频率调节已经成为业界共识。本文详细研究了储能型风电机组的二次调频技术,包括其运行策略和控制算法。首先,本文介绍了储能型风电机组二次调频技术的定义、原理和分类,然后探讨了其运行策略。接着在进行深入研究了三种控制算法,PID控制算法、滑模控制算法、模糊控制算法。最后本文探讨了储能型风电机组二次调频技术的应用场景及优势。

基于自适应控制算法的NB-IoT网络性能优化研究

随着物联网技术的快速发展,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)技术因其低功耗、广覆盖、大容量等特性,成为物联网的重要连接方式。针对NB-IoT网络性能优化问题,提出基于自适应控制算法的优化方案,提高其可靠性、容量及能效。通过仿真实验,验证该方案的有效性和性能优势。此外,基于该算法,采用终端感知、网络通信、数据处理以及应用表现4层系统设计架构,设计基于自适应控制算法的NB-IoT物联网系统,满足不断增长的物联网应用需求。

基于预瞄时间的斯坦利控制算法

斯坦利算法以前轮中心为误差基准,缺乏人类前视驾驶特性,导致方向频繁修正。同时,当前自动驾驶仿真方法与平台在拟真度上的局限,难以有效验证算法改进的实际效果。文章提出了一种最优预瞄理论与斯坦利控制算法相结合的“预瞄-斯坦利”控制算法,首先基于Carla仿真平台,创建了虚拟组合导航模块和车辆控制器局域网(CAN)通信模块;然后,建立了自动驾驶域控制器在环的仿真平台,并将“预瞄-斯坦利”算法部署在自动驾驶域控制器中进行了在环测试;最后进行了真实物理场景下的实车测试验证。结果可知,一方面通过对比硬件在环仿真和实车测试结果中的“斯坦利-实车”与“预瞄-斯坦利-实车”横向误差,表明了“预瞄-斯坦利”算法整体误差小于斯坦利算法;另一方面对比“预瞄-斯坦利-仿真”与“预瞄-斯坦利-实车”横向误差,验证了所创建的硬件在环系统的准确性和拟真度。

固定翼滚转角PID电流控制算法

针对固定翼二维修正引信在飞行控制过程中更新翼面滚转角时,现有的方法控制速度慢、工程实现复杂等问题,提出一种基于电流控制滚转角的PID控制算法。该算法将目标滚转角和实测滚转角的差值输入PID控制,根据力矩平衡关系推出角度变化量,输出控制电流,更新滚转角,形成闭环完成控制。简化了摩擦力矩计算方法,便于工程实现。仿真结果表明,该算法符合控制指标要求,具备一定抗干扰能力,满足固定翼二维修正控制需求。

自适应光学系统迭代控制算法超参数优化

无波前探测自适应光学系统中,选择合适的超参数是迭代控制算法达到最佳性能的关键。现有的迭代控制算法的超参数设置一般采用遍历法,这种方法虽然容易理解和实现,但计算量大、耗时较长,同时也可能因为找到一个局部最优值而错过全局最优值。本文采用贝叶斯优化方法,选择适合自适应光学系统迭代控制算法的超参数。分别以常用的随机并行梯度下降算法(stochastic parallel gradient descent algorithm,SPGD)、Momentum-SPGD和CoolMomentum-SPGD控制算法为例,对比分析采用遍历法和贝叶斯优化方法选择超参数的控制算法的校正效果。结果表明,采用贝叶斯优化方法进行超参数选择优势明显。对于SPGD控制算法,取得相同收敛效果时,贝叶斯优化方法所需样本实例数量是遍历法的10%;对于Momentum-SPGD和CoolMomentum-SPGD控制算法,贝叶斯优化方法所需样本实例数量分别是遍历法的7%和9%。研究结果可为自适应光学系统迭代控制算法的实际应用提供超参数设置理论基础。

四火箭助推无人机起飞与降落控制算法

固定翼无人机起降过程对场地要求高,这限制了其应用与发展。为此,提出四火箭助推无人机实现短距离起降的方案,并对火箭助推无人机起降控制算法进行研究。设计火箭助推无人机起降过程的控制策略;建立无人机气动力、助推火箭作用力、发动机推力及控制律数学模型,构建无人机起降过程的动力学方程;设计一种基于PID控制的控制算法,控制目标无人机在各种干扰环境下安全稳定地完成起降过程;利用MATLAB软件编程进行仿真计算,并通过对比仿真结果与试飞结果,来验证该控制算法的有效性。结果表明:所设计的控制算法及控制律满足目标无人机起降过程的控制要求。

基于多点触摸的协作机器人近似最优人机交互控制算法

针对人机交互系统中现有方法无法准确捕捉用户的操作意图,动态环境适应性较差,导致人机交互精准性不佳的问题,为提高协作机器人在作业过程中的人机交互精准性,提出一种基于多点触摸的近似最优人机交互控制方法.首先,基于人机交互的多点触摸动作匹配,建立交互手势动作序列图像传导函数,提取交互手势特征,分析图像相似度特征分量,根据像素值得出动作判断的模糊度集合,以实现对多点触摸动作的匹配,从而准确捕捉用户的操作意图;其次,考虑机器人运动条件和摩擦力因素,建立摩擦力近似最优约束方程,以保证机器人移动交互的平衡性和稳定性;最后,获取交互手臂的期望响应,利用Lagrange方程描述多点触摸条件下的人机交互状态,建立交互动作动力学方程,引入交互控制变量,利用自适应模糊控制体系输出近似最优控制结果,以提高动态环境适应性,并根据实际情况调整控制策略,更好地满足人机交互的需求.实验结果表明,该方法能有效完成人机交互控制,识别率高达94%以上,控制时延误差较小,为0.03×10^(-3)s,且迭代收敛速度快,具有更好的控制效果.

列车自主控制系统在道岔安全区域的控制算法

[目的]与现有CBTC(基于通信的列车自动控制)系统控制机理不同,列车自主控制系统通过直接控制轨旁资源实现列车自主运行。为了提高道岔区段的运行效率,需研究列车自主控制系统在道岔区段的控制算法,采用颗粒度更小的道岔安全区域作为列车自主控制系统的控制资源。[方法]列车自主控制系统的控制算法将轨道区段视为共享资源,道岔安全区域单独分配给列车使用。对单开道岔区段和交叉道岔区段场景下的列车自主控制系统和CBTC系统进行了对比分析,并采用真实列车控制系统和道岔的参数进行仿真计算运行提升效率。[结果及结论]与CBTC系统的传统联锁算法相比,列车自主控制系统的道岔安全区域控制算法性能更好。在单开道岔区段场景中,列车运行安全间隔提升率最大达到74.5%;在交叉道岔区域场景中,列车道岔通过时间提升率最大达到33.8%。通过在系统架构和控制算法上的优化,列车自主控制系统增加系统灵活性和效率,为下一代列车控制系统重要发展方向。