基于差分进化的模糊PID复合控制在汽轮机转速调节系统中的应用

为了改善汽轮机调速系统的动态响应特性以及稳定性,采用模糊PID复合控制,首先建立对象的数学模型,并通过差分进化算法对控制器参数离线寻优,最后基于Matlab平台对方法进行了验证.仿真结果表明:该方法在处理负载突变情况时,相比传统的PID控制器有更好的响应,稳定时间和超调率均有较大改进;当模型参数发生改变时,模糊PID复合控制也有更好的鲁棒性.该方法结合了模糊控制的快速动态响应以及PID控制的稳态性能,具有超调小、鲁棒性好、响应快等优点,明显改善了汽轮机转速调节系统的控制品质.

电厂过热汽温串级系统的约束预测控制

针对实际电厂过热汽温系统中减温水阀门受到物理约束限制,外环控制器计算的设定值造成执行机构饱和从而影响系统性能的问题,提出了串级预测控制算法,并采用约束预测控制算法进行求解,在系统约束范围内求得系统性能的优化解,对电厂过热汽温控制系统进行了仿真论证.仿真结果表明,过热汽温系统控制量能被有效控制在约束范围内,并且系统保持了良好的运行结果.

基于动态矩阵的随机时延丢包网络控制系统

针对网络控制系统(NCS)中存在的时延可能大于一个采样周期,以及网络传输存在丢包可能的情况,提出了改进的动态矩阵控制(DMC)算法,通过在线纠正系统的阶跃响应系数来处理时延造成的系统误差,并通过建立缓存器,当数据传输过程中出现丢包时利用动态矩阵算法计算控制量及未来输出预测值的冗余信息来替代丢失的实时信息,减少丢包对系统性能的影响.最后通过基于TrueTime的实时仿真系统研究,对比了不同时延及丢包率情况下改进算法与传统动态矩阵控制算法的效果,表明随着时延和丢包率的增大,改进动态矩阵算法的优势明显,从而验证了该方法的有效性.

自动驾驶汽车实验教学平台研发

自动驾驶已成为未来汽车技术发展的主要方向之一。为使学生理解并掌握自动驾驶核心技术,研发了基于快速控制原型的自动驾驶汽车实验教学平台。平台集成了感知传感器、快速控制原型设备及线控底盘系统,能够基于MATLAB/Simulink搭建自动驾驶控制模型,并借助快速控制原型设备实现自动驾驶功能的开发与实验,为高校教学与实践奠定实验基础。

流程工业控制系统的知识图谱构建

近年来,工业控制系统智能化的趋势方兴未艾,相关新技术新思想不断被提出。知识图谱是人工智能应用的基础资源,构建专业领域知识图谱已经成为研究热点。然而,控制系统知识图谱构建尚处于发展初期。对控制系统的结构特点和任务要求进行分析,给出控制系统的知识图谱构建的方法框架。首先对已有的流程工业控制系统知识图谱构建的工作进行总结,阐述了工业控制系统的特点,给出了控制系统知识图谱构建的基本原则和流程,并以控制系统信息物理资产管理任务为例进行了详细的知识图谱构建说明。最后,对未来的研究方向进行了展望。

基于自抗扰控制的机器人定位策略

机器人定位即需根据传感器测量对自身位置进行估计.由于机器人系统模型的复杂非线性,工况环境中的不确定干扰,定位结果不可避免地会受到系统内外扰动的影响.现有的定位算法往往仅能依赖模型或传感配置以及算法自身的鲁棒性被动抗扰,这使得定位系统的抗扰能力有限、应用场景受限.本文基于自抗扰控制思想提出一种能够主动补偿系统内外扰动的机器人定位策略.该策略将系统中所有能够影响最终定位结果的不确定因素统一视为总扰动,并设计扩张状态观测器实现对总扰动的观测,在此基础上构建控制器补偿总扰动影响,以使定位结果更加准确.与传统的定位抗扰策略相比,本文所提出的抗扰定位策略并不依赖于模型或特定的传感配置,能够处理任意有界的扰动类型,理论上能够成为定位抗干扰的终极解决路径.最后,基于李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性.仿真和实车实验验证了本文提出的基于自抗扰控制的机器人定位策略能够有效地观测系统总扰动,并补偿扰动影响,提高定位结果的准确度.

WSN中层次型拓扑控制与网络资源配置联合设计方法

综合考虑异构无线传感器网络中节点速率分配、簇的划分规则和链路层网络频带资源占用情况,提出一种基于拓扑控制与资源优化分配的层次型路由算法.在网络层,该算法根据成员节点和簇首节点的速率分配机制建立节点流量平衡模型.在链路层,分析无线传感器网络频谱共享行为,研究邻近用户间访问冲突的规避抑制模型,重构网络频带资源.通过引入带宽比例因子ρ将可用频带划分成若干子带,提高网络频带资源的利用效率.本文基于跨层联合设计思路,建立一个混合整数非线性规划问题,对异构无线传感器网络中拓扑控制和网络资源分配问题联合设计,得到最优的分簇结果和资源分配方案.最后,在设定网络拓扑中评估性能,仿真结果证实该算法在网络频带资源充分利用的同时,可实现最优的簇首匹配和路由建立结果.

无线传感器网络中基于Voronoi覆盖及Delaunay三角剖分图的最小刚性拓扑控制算法

为同时满足覆盖与节能应用需求,本文提出了无线传感器网络中一种最小刚性拓扑控制算法MRTc(Minimal rigid topology control algorithm based on Voronoi coverage and Delaunay triangulation).该算法基于Voronoi覆盖机制,准确控制节点工作状态,实现活动节点对目标区域的完全覆盖.在此基础上,MRTc利用Delaunay三角剖分图的特点,构建出适用于无线传感器网络的最小刚性拓扑结构.该结构有效约束了网络平均节点度,且同时具有容错性、覆盖性和稀疏性.此外,MRTc引入节点功率控制策略,在维持网络完全覆盖的基础上最小化节点能耗.仿真结果进一步验证了本文提出的MRTc算法的有效性.

典型学校周边道路网的单向交通流组织方案设计

首先介绍了交通服务水平的评价指标,并详细阐述了所采用的2个评价指标,同时也阐述了实行单向交通流组织所需满足的条件.然后以绍兴市区北海小学-绍兴一中周边道路网为例,分析了该区域实施单向交通流组织的可行性,并提出了2个实施单向交通流组织的方案.最后,利用TransModeler交通仿真软件分别对2个单行方案的预期效果进行仿真,并利用2个评价指标分别对这2个方案的优点与不足进行评价分析.通过仿真分析发现,单行方案2的预期效果略优于方案1的预期效果.单向交通流组织方案2现已应用于绍兴市区北海小学-绍兴一中周边道路中.

基于粒子群算法的TBM液压系统PID参数优化

液压推进系统在硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)掘进过程中起重要作用,其控制性能直接影响掘进的安全与效率。采用传统的试凑法对TBM推进系统PID控制参数进行人工调整,不仅工作量大且难以达到较好的控制效果。分析TBM液压推进系统机理,建立了液压推进系统模型,提出基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的PID控制器参数优化策略。将PID控制器参数当成粒子群中的粒子,得到最优粒子作为液压推进系统PID控制器参数。仿真结果显示,PSO-PID控制器获得了较好的控制性能。

基于运动预测和阻抗控制的未知受限机构操作

针对服务机械臂操作各种未知受限运动机构的需要,提出了一种基于运动预测和阻抗控制的控制方法,本方法采用试探-预测-修正的滚动操作策略,通过阻抗控制保证机械臂与未知受限机构交互的柔性.首先试探受限机构的运动能力,根据已有操作臂运动轨迹估计受限机构的运动模型,然后预测受限机构的运动方向,进而修正机械臂的运动轨迹,并根据交互作用强度动态调节运动速率.基于上述连续滚动调节,提高了机械臂对未知受限机构探作的安全性和效率.配置6维腕力/力矩传感器的6自由度辅助机械臂的开门实验,证明了所提方法的有效性.

一种高速轨道特种车的系统设计和虚拟实现

针对路轨融合的道路环境,将电动汽车系统与轨道交通系统相结合,设计了一种基于远程控制的、具备高加速能力的轨道特种车系统。分别介绍了车体系统的整体构架及其虚拟实现技术,并采用虚拟样机技术进行了实车仿真和运动学分析。仿真结果表明,该系统设计合理,系统模型正确、有效。

三联供能源系统优化建模与调度方法

本文研究了综合多种能源形式的能源管理系统(EMS)的建模与优化调度。利用分布式发电设备以及内燃机三联供系统,本文将发电、制冷、供热过程一体化,从能源生产,储运,回收以及应用4个环节出发,基于热力学熵的变化原理,建立各个组成部分的熵增模型。进而,本文建立了以系统熵增最小为优化目标的能源优化模型,提出采用滚动调度的方式进行能源调度,并利用GPU来求解这一混合整数非线性优化问题。结合某酒店建筑群典型冬季供热季与夏季制冷季的某一天内24 h电冷热需求预测,文章比较了以系统熵增最小为优化目标和以运行成本最低为优化目标的优化调度方法的调度结果。从结果可以看到,由于基于熵增模型的EMS调度考虑了使用不同能源造成的品质变化,使得调度结果的能源利用率提高,且对于环境更友好。

基于FPGA的非线性预测控制器设计

对于非线性程度较高的复杂对象,非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control,NMPC)是一种有效的控制策略。为了实现对这类对象的有效控制,设计了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的非线性预测控制器,该嵌入式控制器具有灵活性和高适应性等特点,能够应用于工业现场控制。为了满足工业控制的可行性和实时性要求,提出了一种序贯二次规划(SQP)算法的改进算法,在FPGA有限的计算资源下,保证每个采样间隔内都能得到NMPC优化问题的可行解。经仿真实验证明,采用非线性预测控制器在计算速度和精度上都能达到较好的性能。

双源CT心脏图像的三维显示系统

针对心内复杂结构,本文结合三维虚拟内窥镜技术和二维常规观测截面功能,开发了双源CT心脏图像的显示系统。用户可以在本系统内以自动和交互式的两种方式观测心内结构。自动方式,对造影剂增强的数据部分进行基于欧式距离的三维骨架化得到规划路径,光线投射法根据已算出的欧式跳过空白区域,减少了绘制计算量;交互方式,用户可以随时从内窥镜视角切换到当前视点所在的任意截面,便于进行二维和三维的结构和病理综合分析。而且,本系统根据规划路径自动检测标准四腔切面,改善临床检查的效率。本系统采用基于CUDA的体绘制技术有效实现了对心内解剖结构更加直观的观测,便于心脏疾病的诊断和治疗。

基于自适应滑模的侧窗制导控制一体化设计研究

针对侧窗导弹末制导问题,提出了一种侧窗探测视场约束条件下的制导控制一体化设计方法。基于弹目相对运动模型分析了侧窗导弹运动规律,建立侧窗导引头探测视场角范围与导弹姿态角的约束关系,采用基于滑模控制理论的反步法设计导弹的制导控制一体化模型,给出了自适应滑模制导律:根据姿态角与侧窗视线角的约束关系,切换选择含约束和不含约束的自适应滑模控制。控制策略为:当弹目视线不满足侧窗探测范围约束时,在控制量中加入自适应俯仰角补偿项,使目标始终处于导弹侧窗视线范围内,解决了侧窗末制导过程中存在的目标跟踪视场角不对称约束问题;当弹目视线满足侧窗探测范围约束时,控制无需引入姿态角约束项,可直接应用自适应滑模控制律。仿真结果表明:在末制导过程中目标始终处在侧窗范围内,且对不同的初始条件有较好的鲁棒性。

串行分组深度学习运行状态分析与故障预测

在现代工业生产运行中,如何充分挖掘海量的多源异构生产运行数据,实现异常工况的快速检测和故障预测,有效提高工业生产设备的可靠性,仍然是研究的难点。提出一种基于串行分组深度学习的工业生产运行状态分析与故障预测模型,针对时间序列突变故障设计了串行分组深度学习网络框架,实现目标对象的故障检测与预测,及时发出故障预警。通过对某造纸厂数据以及风力发电频率监测数据进行测试,并与传统神经网络预测模型进行对比分析,表明了所提算法的准确性,为提高生产设备使用寿命、减低工业生产成本,提高安全稳定运行起到重要作用。

一种基于环视相机的自动泊车方法

针对泊车摄像头视场有限的问题,提出了一种基于环视相机的自动泊车方法.采用4个鱼眼摄像头,构建了一种环绕车身360°的实时视觉泊车辅助系统,用于停车位的实时检测和识别.首先,运用多项式鱼眼校正模型校正失真图像,用Levenberg-Marquardt算法求得最优的缝隙拼接方向并合成环视图;其次,采用Radon变换提取停车位特征识别停车位;最后,使用基于双圆弧的路径规划算法和基于预瞄点的改进PID路径跟踪算法,实现自动泊车.实验表明,该方法具有较高的检测精度和鲁棒性.

一种基于时间窗的自动导引车动态路径规划方法

针对多自动引导车(Automatic Guided Vehicle,AGV)在柔性制造系统中的路径规划问题,提出一种基于时间窗的动态路径规划算法,能有效地避免车—车冲突、碰撞等问题,并且得到的路径是时间最优的.在备选路径上,通过时间窗的初始化、时间窗的更新、以及时间窗的排布,可以实现多辆车同时运行,相互之间不产生冲突碰撞.仿真实验和真车实验表明,该算法用在AGV路径规划上,能实现多车之间的无冲突、时间最优的路径规划功能.

基于稀疏表示模型的红外目标跟踪算法

针对红外图像序列中目标与背景的对比度低、灰度特征易受噪声影响等问题,提出了一种基于稀疏表示模型的红外目标跟踪算法。在粒子滤波的理论框架基础之上,采用目标在超完备字典中的稀疏表示作为观测模型,对红外目标进行描述,从而利用了图像的稀疏表示本身对噪声和遮挡不敏感的特性,可以有效地减弱背景杂波和噪声对跟踪算法的不利影响。此外,采用了一种在线学习的方法来完成对超完备字典中目标子空间的更新,使其不断地适应背景杂波、光照等各类因素引起的目标外观变化。实验结果表明所提出的算法是稳健和有效的。