面向“双一流”建设的行业特色高校人工智能实践教学改革研究——以中国矿业大学为例

人工智能作为未来产业发展的代表性新技术,其相关课程已在各类高校开始普及。在“双一流”建设背景下,如何将这门理论性强、抽象度高的课程“落地”,与实际工程问题紧密结合,培养具有创新意识和工匠精神的专业人才,是人工智能实践课程教学改革的首要任务。在实践过程中提出人工智能实验教学的新模式、新方法,通过以煤矿特殊行业中的实际问题为载体,开展人工智能创新实践教学活动,培养学生自主学习能力,提高其工程意识和创新能力。

经济“新常态”下电气类专业人才创新创业能力培育体系的构建与实践——以中国矿业大学为例

结合近年来在电气学科创新创业人才能力培养方面的探索和实践,中国矿业大学构建出一套将创新创业教育理论体系与基层专业教育体系相结合的"3X+1"创新创业人才能力培育体系。一方面以多层次科学化的创新创业教育课程体系作为理论基础,为培养电气类学生创新创业素质提供基础和保障;另一方面,以多载体系统化的专业特色创新创业系列实践活动作为载体和核心,发挥学生团体的示范引领作用,为锻炼和提升电气类学生创新创业能力提供实践机会和支撑平台,达到国家经济社会发展"新常态"的人才建设需求。

基于互信息的云控制系统的最优隐私保护机制设计

考虑具有能量约束的云控制系统,其仅可对部分信道添加随机扰动以保护隐私.采用互信息作为系统的隐私度量,并采用随机扰动造成的估计性能损失作为约束构建优化问题以描述系统的目标.为了获得最优的隐私保护机制,将该优化问题转化为一个凸优化问题和一个0-1规划问题并求解,分别得到了最优的扰动方差与扰动添加调度策略.通过数值仿真,验证了最优隐私保护机制的有效性.

协作机械臂碰撞环境下的安全控制

针对人机协作过程中机械臂末端与操作者之间可能存在物理碰撞的问题,本文提出一种基于自适应导纳和滑模控制的机械臂安全控制方法.首先,采用基于广义动量的干扰观测器估计机械臂各关节和末端执行器上的干扰力.然后,设计一个双环控制结构,内环是基于干扰观测的双幂次趋近律滑模轨迹跟踪控制器,用以克服外界干扰的影响,达到期望的轨迹跟踪精度;外环是自适应导纳控制器,依据碰撞外力的大小和方向更新期望轨迹,以保证机械臂碰撞发生时的柔顺性和碰撞解除后迅速恢复工作状态的能力.最后,对所提算法进行仿真和实验验证.实验结果表明,协作机械臂碰撞环境下的安全控制算法能保证人机协作的安全性和机械臂工作的连续性,满足人机协作过程中的工作需求.

基于虚实结合实验平台的控制类综合实验课程建设

以控制类综合实验课程为基础,构建多层次的实验教学内容,并提出了基于虚拟仿真实验环境与便携式综合实验集成实验箱进行实验验证的虚实结合的实验教学模式。控制类综合实验内容以加热铜块和直流伺服电动机为被控对象,利用KeilμVision4集成环境与Visual Studio2012加载Measurement Studio工具箱完成代码编写,根据Matlab/Simulink对被控对象进行模型辨识与仿真分析完成控制器参数的设计。同时建立一套完整的课程考核体系,学生以小组形式充分利用线上与线下的时间、集中与分散的场地灵活地进行数据采集、代码调试、算法设计和实际操控以完成整个实验课程内容。

车辆自适应巡航控制的内秉模态特性

为分析车辆自适应巡航控制下的跟驰状态对驾乘舒适性的影响,基于刺激-反应类线性跟驰模型,分别模拟跟驰车在微尺度避撞工况、微尺度扰动工况和全球统一轻型车辆测试循环(world light vehicle test cycle, WLTC)工况的速度-时间图像,采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)相结合的时频分析方法提取跟驰车的内秉模态特性,分析低频下不同驾驶工况对驾乘人员舒适性的影响。结果表明:不同驾驶工况的内秉模态频率不同,频率越小,车辆的振幅越大;相较于微尺度避撞工况和扰动工况,WLTC工况的内秉模态频率带宽分布较宽,幅值较高,波动能量较大;WLTC工况下,频率小于0.10 Hz的超低频区的内秉模态幅值较高,人体恶心程度较严重,对运动病的贡献较大。

以党的二十大精神探索思政教育新道路——思政助推电子信息专业教育发展

思政教育工作者要通过思政教育贯彻落实党的二十大精神,教育引导学生牢牢把握新时代十年伟大变革的重大意义、民族复兴的使命任务、团结奋斗的时代要求,充分发挥思政教育对人才培养的积极作用,培育创新创业型高素质人才。为贯彻落实党的二十大精神,该文将思政教育融入电子信息专业教育实践,引导学生筑牢工科特色党团红色堡垒,积极参与创新创业实践,建立生涯规划体系,通过打造服务青年阵地,提供就业指导服务,助推电子信息专业学生德智体美劳全面发展。

中国大学精神缺失原因多维分析

今天中国的大学精神之所以会出现失落与迷失等诸种危机，并非是毫无来南、凭空产生的。深入考察大学发展的内外部因素，我们不难发现，它是多种因素共同作用所产生的必然结果，归纳起来主要包括政治、经济和文化这三方面的外部原因以及大学内部的原因共四部分因素。

2010年全国大学生电子信息实践创新作品本科创新组一等奖 电子心音听诊器

本电子心音听诊器可以实现采集心音信号，并经过模拟电路调理，由AD采集至单片机模块，处理后的数据经过串口通信传至上位机模块对信号进行分析。单片机模块以16位高速、低功耗单片机MSP430F169作为控制核心，

基于多源异构信息自适应融合的镁砂熔炼过程运行状态评价

本文针对镁砂熔炼过程中的电流、声音和图像信息,提出了一种基于多源异构信息自适应加权融合的过程运行状态评价方法。首先,针对镁砂熔炼过程中的多源异构信息进行数据预处理,采用深度学习方法建立基于不同信息的运行状态评价子模型;其次,利用注意力机制建立各子模型决策层自适应融合网络,以综合分析不同熔炼状态下的多源异构信息对评价结果的影响;最后,将融合结果输入SoftMax分类器,建立镁砂熔炼过程运行状态评价模型。仿真结果显示,相比于仅依赖单一种类信息建立的评价模型以及现有的深度学习多源异构信息评价模型,本文所提方法综合考虑多源异构信息的共同作用,基于仿真平台数据与实际生产数据的评价准确率分别达99.5%与98.44%,优于其他被比较的方法,验证了所提方法的有效性和优越性。

矿井主要通风机切换过程供给风量优化控制研究

矿井主要通风机切换过程中存在供给风量大范围波动甚至中断问题,易导致瓦斯浓度超限。常用的基于模型的主要通风机切换控制方法难以很好地对约束进行处理,基于智能算法的控制方法依赖专家知识和经验,具有主观性和随意性。针对上述问题,以中国平煤能源化工集团有限责任公司二矿主要通风机切换过程为研究背景,研究了主要通风机切换过程供给风量优化控制问题。基于流体动力学方程和图论概念,建立了主要通风机切换过程动态模型,并采用泰勒展开式对其进行线性化处理,以降低计算复杂度。考虑矿井主要通风机切换过程具有强非线性、系统状态受约束,且为离散的多输入多输出系统,采用模型预测控制(MPC)算法研究风量控制问题,设计了主要通风机切换过程MPC系统,将风量优化转换为二次规划问题。采用原对偶神经网络在线求解优化问题,实现主要通风机切换过程的供给风量实时优化控制。试验结果表明:MPC系统可有效实现主要通风机切换,切换过程中4个风门风量可很好地跟踪参考值;各采样时刻运算时间为0.027 s,满足切换过程实时性要求;供给风量波动最大值仅为0.9%,明显优于传统PID控制效果。

机械臂倒液任务中透明容器的液位高度视觉检测与控制

针对包含多类透明容器与多种液体的机械臂倒液任务,提出了一种不需要相机标定与标尺辅助的液位相对高度视觉检测方法与闭环控制方案。首先,分析了服务机器人倒液任务的特点,使用计算机视觉中的目标检测方法同时检测液体与容器,利用液体与容器的高度比例关系得到相对液位高度,避免了测量液位绝对高度所需的繁杂标定过程。其次,利用小孔成像模型对所提的相对液位高度检测方案进行几何建模与分析,推理出典型情形下测量的误差规律;再次,采集多种液体、多类容器的图像作为训练集来训练YOLOv5s,用于检测目标物以获得液位相对高度。测试结果验证了所提的液位检测方法的有效性,新方法对于训练集中未出现的新形状容器中的新液体的平均配对检出精度为86.7%;最后,为了避免求解或估计视觉伺服理论中复杂的雅可比矩阵,将求得的相对液位高度与PD控制结合组成液位闭环控制系统。系统使用相同的PD控制器参数在两种倒液平台上的多类倒液任务中均取得成功,验证了液位闭环控制方案的有效性与鲁棒性。

PTM不确定性的间歇过程优化补偿控制策略

过程迁移模型是实现数据不足情况下间歇过程高效建模的有效方法。然而,相似过程之间的差异性和模型不确定性因素,加剧了模型与实际过程之间的不匹配程度。针对过程迁移模型中不确定性问题,提出一种基于修正自适应优化和自校正补偿的策略。首先,利用基于修正自适应策略的批次间优化逐步消除相似过程之间的差异所产生的负面影响。然后,采用自校正补偿策略进一步补偿通过批次间优化得到的次优设定值。此外,模型更新时添加了数据剔除,提升了后续的优化效果。最后,利用草酸钴合成过程的仿真实验,验证了所提方法的有效性。

电子信息领域硕士研究生工程伦理课程建设

科学技术的不断进步和发展使现代工程越来越复杂,对社会和自然的影响也越来越深远,工程技术人员职业伦理道德的培养至关重要。针对电子信息领域硕士研究生培养,分析了目前工程伦理课程在教材、师资以及教考模式方面存在的问题,探讨了教学方法、教学案例、课程内容、考核方式的改革措施,以期为电子信息领域硕士研究生工程伦理课程建设提供参考与借鉴。

复杂工业过程非串级双速率组合分散运行优化控制

复杂工业过程具有模型维数高、多时间尺度耦合、动态不确定性等特点,其运行优化控制(Operational optimal control,OOC)一直是控制领域的研究难点与热点.本文聚焦一类由多个快变且互联的设备单元与慢变且模型未知的运行过程串联组成的工业过程,提出一种数据和模型混合驱动的非串级双速率组合分散运行优化控制方法.该方法通过奇异摄动理论,将非串级双速率运行优化问题描述为异步采样的慢子系统最优设定值跟踪和快子系统最优调节控制.利用工业运行数据,采用不依赖系统动态的Q-学习算法设计慢子系统最优跟踪策略,克服运行过程模型难以建立的情形;针对快子系统,设计基于模型的分散次优控制策略,并给出收敛因子的下界,解决设备层互联项对系统稳定性的影响.通过浮选过程仿真实验验证了所提控制方法的有效性.

信道状态信息的生命体征检测算法

针对传统的接触式呼吸检测设备易脱落、应用场景有限等问题,提出一种基于信道状态信息的生命体征检测算法。该算法以菲涅尔区模型为理论指导,通过商用无线保真(Wi-Fi)设备采集呼吸信道状态信息。首先,利用Hampel滤波器滤除信号衰落和多径效应引起的高频噪声;然后,以改进的阈值函数选取方法即开方法解决软硬阈值偏差恒定、不连续等问题,进一步滤除环境噪声;最后,通过去除直流分量、子载波选择和交叉平移点算法获取呼吸频率。此外,通过机器学习、深度学习算法实现了正常、异常和暂停3种不同呼吸状态的分类,全面反映了被检测人员的呼吸运动。实验结果表明:基于信道状态信息的生命体征检测算法准确率达到了92.5%,能够作为人体生命体征日常检测系统为用户提供健康参考。

矿用卡车路面自适应模型预测轨迹跟踪控制

针对矿区道路环境突变对无人矿用卡车无人驾驶的挑战,本文研究了路面自适应模型预测轨迹跟踪控制问题.首先,根据矿区常用矿卡车型及环境突变特点分别建立矿卡动力学模型和矿区道路环境模型;其次,提出矿卡路面自适应模型预测轨迹跟踪控制框架;然后,引入预设附着系数库,提出基于自主切换策略的最小二乘参数估计方法以应对突变工况做出合理递推;最后,提出矿卡路面自适应模型预测轨迹跟踪控制方法.仿真表明,所提方法比传统自适应模型预测控制方法轨迹跟踪精度更高,可以充分考虑道路附着条件突变的矿区道路工况,自适应地保证矿卡的操纵稳定性.

非理想条件下双向DC/DC变换器滑模控制仿真

双向DC/DC变换器的功率能量流向具有不确定性,当变换器运行条件不理想时,无法实现闭环稳定工作,变换器模式切换过程产生的电压畸变导致变换器损耗较大,影响变换器性能。为此,提出一种非理想条件下双向DC/DC变换器滑模控制方法。构建了双向DC/DC变换器的数学模型,并获取变换器的平衡点特性,避免变换器在模式切换过程中出现电压畸变。以升压模式和降压模式为非理想条件,设计滑模电流控制器和滑模电压控制器,有效控制双向DC/DC变换器的稳定性。仿真结果表明,研究方法下对于双向DC/DC变换器的Boost模式和Buck模式,电压的畸变可在0.04s之内完成稳定性恢复,在多次迭代实验中变换器的启动时间始终低于20ms,可将稳态误差控制在0.019%以内。验证了上述方法的控制性能好,启动效率和控制精度均较高。

基于整体辨识策略的非线性自适应控制方法

针对一类离散时间下的未知动态非线性系统,为解决传统自适应控制方法在交替辨识非线性系统时由于辨识精度低而导致的控制性能差的问题,本文提出了一种基于整体辨识策略的未建模动态补偿的自适应控制方法.利用随机向量函数链接(RVFL)网络的直链与增强结构特性挖掘其与低阶线性模型和高阶未建模动态项的等价对应关系,并融入权值偏差惩罚项,设计了网络模型参数在线更新算法辨识非线性系统参数.根据在线辨识的线性模型参数和未建模动态估计量,采用一步超前最优控制策略设计线性控制器和未建模动态补偿器.数值仿真表明,所提方法优于交替辨识下的非线性自适应控制方法,并通过工业应用的仿真研究验证所提方法在工业上的可用性.最后,对本文控制方法在实际应用中的潜在问题及理论受限条件的放松进行分析和展望.

基于大数据的大学生心理危机防范对策

心理环境变化会对大学生心理危机的形成产生直接影响。运用大数据技术对大学生心理危机进行预警与防范,能进一步加强对大学生心理健康教育的引导。基于大数据技术在大学生心理健康防范方面发挥的重要作用,对新时期基于大数据的大学生心理危机防范以及心理危机预警的重要性进行分析,针对当前大学生心理危机预警与防范问题提出优化大学生心理危机预警数据监控体系、健全大学生心理危机防范体系、加强大学生心理健康及心理危机数据模型的应用、完善大学生心理危机预警与防范的联动机制等防范对策,以期增强高校大学生心理健康素质,促进社会的和谐健康发展。