工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台

工业生产过程具有多变量、强耦合、强非线性和不确定性等特点,使得生产现场难以对自动化系统及相应的优化控制软件进行充分调试和实验.针对这一问题,提出了由生产过程控制系统和虚拟过程控制对象组成的工业过程分布式半实物仿真实验平台,为研究开发专有智能优化控制系统提供有效的工业验证环境.制定了在平台之上开发专有系统的相关规则,采用PID控制回路进行了平台测试,最后应用热轧带钢层流冷却智能优化系统对平台进行了验证,实验结果表明实验平台的有效性.

生料浆配料过程综合自动化系统

在烧结法氧化铝生产中,生料浆配料过程具有大惯性、参数时变、多变量耦合、强非线性等综合复杂特性,因此,传统的人工配料生产方式导致配料过程能源消耗大,生料浆的各项工艺指标合格率低,生产效率低。针对上述问题,提出了基于生料浆工艺指标优化的配料过程综合自动化系统。该系统由过程管理、智能优化设定控制、过程控制三层结构组成,讨论了系统的结构、功能和智能优化设定控制策略。该系统成功应用于国内某大型氧化铝厂生料浆配料过程中,稳定了生产流程,提高了生料浆各项工艺指标的合格率,实现了优化控制、优化管理和优化运行,取得了显著的应用效果。

浓密机生产过程综合自动化系统

针对浓密机生产过程工艺机理复杂,具有大滞后、非线性的特点以及给矿性质波动频繁、难以实现浓密机自动控制的难题,提出了由过程管理和过程控制两层结构组成的浓密机生产过程综合自动化系统。讨论了系统的结构、功能和浓密机底流浓度智能优化控制策略。实际应用结果表明,该方法实现了浓密机生产过程精细化,降低了浓密机压耙等生产事故,提高了浓密机生产效率,减轻了现场岗位劳动强度,实现了浓密机生产过程优化控制、优化运行和优化管理,取得了显著的应用效果。

PROFIBUS适用于过程自动化的现场总线

介绍PROFIBUS的技术特点,PROFIBUS DP、PROFIBUS PA、冗余技术、防爆技术、安全通信以及诊断等,都是过程自动化所必需。互补的传输技术、统一的通信协议和多种相关的应用行规,使得PROFIBUS成为唯一一种可同时用于制造业和过程工业的现场总线。

复杂工业过程运行的混合智能优化控制方法

工业过程运行的优化控制的目标是将反应产品在加工过程中的质量、效率、消耗的工艺指标控制在目标值范围内.由于复杂工业过程的工艺指标难于在线测量且与控制回路输出之间的动态特性具有强非线性、强耦合、难以用精确模型描述、随生产边界条件变化而变化的综合复杂性,因此,难以采用已有优化控制方法,运行控制只能采用人工设定的控制方式.由于人工控制不能及时准确地随运行工况调整设定值,难以将工艺指标控制在目标值范围内,甚至造成故障工况.本文提出了根据运行工况实时调整控制回路设定值,通过控制系统跟踪调整后的设定值,将工艺指标控制在目标值范围内的过程优化运行的混合智能控制方法.该方法由控制回路预设定模型、前馈补偿与反馈补偿器、工艺指标预报模型、故障工况诊断和容错控制器组成.在某选矿厂22台竖炉组成的焙烧过程的应用案例,证明了所提出方法的有效性.

复杂产品装配关系矩阵自动生成方法

针对现有装配关系模型在结构完备性、获取复杂性等方面的不足,研究了装配关系模型重构和装配关系信息自动获取方法。提出接触-连接矩阵,用以集成功能件和连接件间的接触关系和各类连接关系,并研究了利用静态间隙分析和工程语义解析来获取接触-连接矩阵的方法。提出扩展干涉矩阵,以解决现有干涉矩阵无法有效处理倾斜方向装配的问题,支持装配方向的优化求解,并研究了基于包围盒扫描和步进检测生成扩展干涉矩阵的方法。以UG为平台,开发了原型系统,并以具有非标准轴向装配的夹具为例,验证了该方法的有效性。

工业过程运行的解耦内模控制方法

工业过程运行控制的目的是实现反映过程整体运行性能的工艺指标.将常规解耦内模控制(Internal model control,IMC)进行推广,提出了优化过程运行的解耦IMC方法.通过对广义解耦内模控制器的设计获得了具有高维解耦能力、鲁棒稳定性和抗干扰能力强的回路设定模型.该模型能够响应系统的各种不确定性和干扰,对回路设定值进行调整,通过控制回路的输出跟踪凋整后的设定值,从而实现期望的工艺指标.磨矿回路运行的解耦IMC设计实例及仿真验证了所提方法的有效性.

层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台

层流冷却系统具有强非线性、工况变化频繁、带钢温度不能连续测量等综合复杂性。由于复杂的优化控制算法难以直接在冷却装置上进行验证,从工程化角度出发,开发了分布式的层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台。该平台由模拟现场层流冷却过程的虚拟对象仿真子平台、仪表与执行机构虚拟装置子平台、回路控制系统和过程监控实验子平台、优化控制实验子平台组成。平台之间交换的所有过程信号均为标准工业信号,实验结果表明该平台可以从工程角度进行优化控制算法的有效验证。

三点间管路自动布局方法研究

针对管路布局设计中三点间管路布局问题,提出了一种基于迷宫算法的管路自动布局方法.该方法利用网格预处理,将实际管路布局空间转换到网格空间,并利用迷宫算法模拟波的传播特点,在无障碍和有障碍两种情况下寻找到满足要求的三通位置,然后结合规则引导进行回溯处理,确定满足约束条件的可行路径,经数据处理转换到管路布局空间中.基于网格预处理和改进的迷宫算法,给出三点间管路布局算法流程图.实例验证表明了该方法的有效性和可行性.

基于装配序列规划的爆炸图自动生成方法

提出利用装配序列规划算法及零部件几何信息自动生成复杂产品爆炸图的方法。为解决零部件在倾斜方向上的拆卸可行性分析的难题,将现有干涉矩阵结构扩展到零部件局部坐标系轴向。从几何可行性和装配成本角度,利用装配关系矩阵及可定制优先级的指标,每次逐级筛选出最优拆卸零部件、方向及并行性,以构造最优序列。按结构紧凑性及序列可读性原则,在读取拆卸序列过程中,利用直接提取的两类零部件包围盒和实时计算的累积包围盒求取零部件位移矢量并驱动零部件移动,从而生成爆炸图,并自动实现装配追踪线及技术图解等相关功能。在UG平台下开发应用系统,结合齿轮减速器爆炸图实例及比较,说明本方法在爆炸图生成效率及可视化效果方面能够满足工程应用要求,可极大地降低手工生成爆炸图的工作强度。

竖炉焙烧过程优化操作运行与控制仿真实验平台

竖炉焙烧过程的工艺指标难于在线测量且与控制回路输出间的动态特性具有非线性、强耦合、难以用精确模型描述、随生产边界条件变化的综合复杂性.为解决其优化操作运行与控制问题,建立了具有开放性和模块化的焙烧过程优化操作运行与控制半实物仿真实验平台.该平台采用优化运行层和常规控制层两层结构组成的操作运行与控制策略来设计开发.主要由优化运行系统、过程监控系统、PLC控制系统、虚拟执行机构与检测装置和对象模拟计算机系统组成.该平台实现各个系统的无缝集成,其过程信号与工业现场一致,实验结果表明了其有效性.

基于改进RBF网络的过程工业时间序列预测方法

基于残差思想的异常数据检测方法的关键之处在于对数据的准确预测.针对这一问题,提出基于改进径向基网络(radial basis function network,RBFN)的过程工业时间序列预测方法,该方法通过改变RBF网络的输入形式,使改进后的RBF网络能够更方便地引入遗忘因子以及惩罚因子,以适应于基于残差思想的异常数据检测方法要求的动态性能和鲁棒性.通过理论证明改进的RBF网络与传统RBF网络的等效性,并通过实验比较证明改进后的RBF网络较传统的网络结构更简单,参数意义更明确.

蒸发过程的解耦控制仿真实验平台

蒸发过程的强制循环蒸发系统是一个多变量且回路间存在较强耦合的非线性系统,单纯的采用常规PID控制不能满足工业要求。为了从工程角度验证非线性自适应解耦PID控制算法在强制循环蒸发系统的应用,开发了蒸发过程的解耦控制分布式仿真实验平台。该实验平台是由智能控制计算机、DCS系统、模拟现场的对象计算机、仪表与执行机构的虚拟装置以及底层控制回路组成。平台之间的通讯主要是通过OPC技术和DDE协议来实现。实验结果验证了该解耦控制算法应用于强制循环蒸发系统的可行性和有效性。

面向复杂工业过程应用的图像处理系统

针对复杂工业过程中工况变化的复杂性与检测手段相对落后的难题,结合计算机多媒体与图像处理技术,提出了一类面向复杂工业过程应用的图像处理系统体系结构.该体系结构包括视频监控模块、图像处理算法集成模块、智能工况识别模块,兼有通用性设计与面向对象设计的特点,体现了软件工程所追求的结构化设计与软件复用的思想.结合氧化铝回转窑生产过程中对烧成带工况识别的需要,应用该体系结构建立了一个氧化铝回转窑烧成带图像处理系统,取得了良好的效果.

流程控制系统中数据访问中间件设计与实现

在自动化应用中,传统的直接访问数据库方法和Web数据访问方法,在实时性、安全性、安装维护等方面存在不足。针对此种不足设计开发了数据访问中间件。作为一个独立的软件产品,它适合应用于工业自动化中B/S模式的分布式在线监控系统中。中间件采用多线程程序设计、两子层通信协议、ADO数据访问接口、切断式记录集等技术,以VC++语言开发实现,提高了系统的实时性、安全性和可维护性。本中间件成功应用某电厂热经济型在线分析系统中,取得了良好的应用成效。

应用型本科院校《自动控制原理》课程教学改革

应用型本科高校是适应经济结构调整和满足高等教育大众化、普及化需求的产物,在人才培养方面,主要目标是生产、建设、管理和服务第一线的应用性人才;在科学研究方面,侧重与地方、行业发展密切相关的应用性研究,提倡科研与教学相互促进和良性循环;在社会服务方面,强调解决当地生产建设和实际生活中的现实问题,为所在区域的经济社会发展服务[1]。

热轧厚度自动控制仿真系统的设计

本文介绍多机架连轧机的厚度自动控制仿真系统。正常生产的轧机不可能提供太多的试验机会，为给某热连轧厚度自动控制系统的改造提供一个仿真实验的平台，通过对某钢厂热连轧机轧制控制过程的深入研究，采用组件对象模型（COM）技术将轧机7个机架的厚度自动控制系统进行模块分割，并对每一个子模块进行机理建模，然后利用Matlab中的Simulink来封装联结各个子模型，最后建立起热连轧多机架仿真系统，为生产现场试验新工艺、新产品提供了一个安全、可靠、离线的软环境。

一种改进的Canny边缘检测算法

图像中部分低强度边缘在梯度幅值特性上与噪声点十分相似,因此,传统Canny边缘检测算法在采用基于梯度幅值的双阈值法检测和连接边缘时,尽管抑制了噪声,但同时也损坏了部分低强度边缘.针对这一问题,提出了一种改进的Canny边缘检测算法,采用新的基于梯度方向的检测和连接方法取代了传统的双阈值法,充分利用了边缘点和噪声点在梯度方向特性上的差异,在抑制噪声的同时,有效保护了低强度边缘细节,具有优于传统Canny算法的性能.仿真研究也证明了该算法的有效性.

基于多时段MPCA模型的间歇过程监测方法研究

针对间歇过程的多时段特性,提出一种新的生产操作时段划分方法.该方法利用反映过程特性变化的主成分个数、负载矩阵以及主成分矩阵的变化实现间歇过程子时段的三步划分.根据各时间片主成分个数不同,对生产操作时段进行粗划分.为了更客观地反映负载矩阵以及主成分矩阵的相似性,提出了基于加权负载向量夹角余弦的负载矩阵相似度度量以及基于加权主成分欧氏距离的主成分矩阵相似度度量方法.以相似度最小原则,对时间片矩阵进行奖惩竞争聚类,进而实现了生产操作子时段的细划分.将基于改进时段划分方法的MPCA建模应用于注塑成型过程在线监测,实验结果验证了该方法的有效性.

时段划分的多向主元分析间歇过程监测及故障变量追溯

针对间歇过程的多时段特性,提出一种生产过程操作时段划分方法.该方法利用反映过程特性变化的负载矩阵以及主成份矩阵的变化实现了间歇过程子时段的两步划分.提出了基于加权负载向量夹角余弦的负载矩阵相似性度量以及基于加权奇异值变化的奇异值矩阵相似性度量方法,以更客观的反映负载矩阵以及奇异值矩阵的相似性,进而更准确的判断过程特性的变化.根据同一操作子时段的过程特性,其负载矩阵和奇异值矩阵相似性较大的特点,实现了生产过程的子时段划分.将基于子时段划分的多向主元分析(MPCA)建模应用于三水箱系统的在线监测和故障变量追溯,实验结果验证了该方法的有效性.