一种烧结生产过程控制云制造仿真实验平台

为减少自动化系统现场调试的风险,提高适应性和可靠性,针对钢铁制造业中的烧结生产过程,设计并实现了一种基于云制造的仿真实验平台,提出云服务端以可编程逻辑控制器群、集散型控制系统群、服务器群和数据库群等为物理资源层,以烧结过程的各种虚拟过程控制对象和优化控制模型等为虚拟资源层,面向钢铁制造企业、研究与设计机构等云接入端用户,提供烧结过程优化控制系统的半实物仿真、操作参数验证、生产过程模拟以及工艺流程学习等云服务。以烧结生产偏析布料工序的料层厚度自动控制系统为例,验证了实验平台的有效性。

计及广域测量系统时滞影响的灵活交流输电系统阻尼控制器多目标设计

广域测量系统为有效抑制互联电网区间低频振荡提供了技术手段,但其量测信号传输时滞可能导致系统阻尼性能降低甚至失稳。本文针对广域测量环境下灵活交流输电系统(FACTS)阻尼控制器设计问题,建立了一种计及信号传输时滞的FACTS阻尼控制模型,并提出了以最大化阻尼比和时滞稳定裕度为目标的辅助阻尼控制器智能优化设计方法,该方法以多目标粒子群优化算法为基础,采用二维Sigma领导策略实现粒子加速搜索并通过混沌变异操作避免算法早熟,得到了基于模糊集的有序Pareto解集,克服了时滞相关镇定现有控制器综合算法仅能获得次优解的不足。两区四机互联电力系统算例表明利用该方法获得的FACTS阻尼控制器既能有效阻尼区间低频振荡,又能容忍一定的信号传输时滞。

基于多目标优化的堆取料机作业控制系统设计及应用

通过对堆取料作业过程进行特性分析,本文以堆取料机运行成本最低和维修成本最低为优化目标,建立改进的堆取料机作业多目标优化模型.然后应用层次分析法将该模型转换成单目标优化模型,最后应用优化算法获得优化作业方案.在此基础上,结合钢铁企业烧结原料场需求对堆取料机作业控制系统进行设计,该系统包括堆取料优化模块、料场图绘制模块、机械控制模块、自动报警模块和集中监控模块.该作业控制系统的应用,缩短了堆取料机的行走路程,提高了设备使用均衡率,同时改善了原料稳定性.

基于粒度分布评估与优化的制粒过程PSO-BP控制算法

针对钢铁烧结中混合料粒度分布无法在线测量、难以实现混合制粒过程优化控制的问题,提出基于粒度分布评估函数(Evaluation model of granularity distribution,EMGD)的混合制粒优化控制算法.首先,根据烧结生产历史数据和混合料筛分实验数据建立粒度分布BP神经网络(BP neural network,BPNN)评估模型;然后,以该模型为目标函数,以制粒过程状态参数的边界为约束条件,采用粒子群算法(Particle swarms optimization,PSO)计算粒度分布优化值;最后建立基于BPNN的制粒水分设定模型,根据粒度分布优化值和当前配重实现水分优化控制.仿真实验和工业应用表明评估模型真实反映了粒度分布对料层透气性的影响;PSO-BP粒度分布优化控制算法对改善透气性、减少燃料损耗、稳顺烧结生产具有重要意义.

四旋翼飞行器的建模与姿态控制

对于具有多变量非线性耦合特性的四旋翼飞行器对象,以2种方法实现飞行姿态的实时控制。第1种方法是根据其运动学物理模型,利用线性二次型最优调节器(LQR)方法在线计算状态反馈控制率;第2种方法是基于数据驱动的方法,采用基于状态相依ARX模型描述对象的全局非线性动态过程,利用RBF神经网络逼近状态相依ARX(RBF-ARX)模型函数型系数,以状态信号量引导模型实时反映对象的局部特性,在递推得到多步向前预测状态空间RBF-ARX模型的基础上设计模型预测控制器。四旋翼飞行器实验装置的建模和实时控制效果验证了本文方法的可行性和有效性。

基于倒转方法的欠驱动Acrobot系统稳定控制

针对欠驱动两杆体操机器人Acrobot,提出一种新的稳定控制方法.首先,通过利用一个虚拟摩擦力矩为Acrobot构造一条下摆轨迹;然后,运用倒转的思想为它设计出一条由垂直向下位置到垂直向上位置的期望运动轨迹,并以此将系统的稳定控制问题转化为跟踪控制问题;最后,基于最优控制理论来设计跟踪控制器,使Acrobot能够沿期望轨迹渐近稳定在垂直向上位置处.仿真结果验证了所提方法的有效性.

基于线性函数型权重的RBF-ARX模型的磁悬浮球系统预测控制

为了充分描述磁悬浮球系统具有非线性、开环不稳定性及响应快速性等特性,建立一个带线性函数权重的RBF-ARX(linear functional weight RBF networks-based ARX model,LFWRBF-ARX)模型。与一般的RBF-ARX模型不同之处在于,它引入1个与工作点状态相关的局部线性结构作为RBF网络输出层的权值。该模型随系统工作点的变化而变化,固定工作点时为局部线性ARX模型,当工作点变化时为全局非线性ARX模型。根据该模型的结构特点,采用结构化非线性参数优化方法(structured nonlinear parameter optimization method,SNPOM)来辨识模型的结构及线性、非线性参数。然后,以辨识的模型为基础,根据模型的局部线性及全局非线性特征设计预测控制器。仿真结果表明:以该建模方法建立的模型能很好地局部和全局描述磁悬浮球系统的动态特性,并能实现小球的稳定悬浮控制,比以一般ARX模型、RBF-ARX模型为基础的控制效果更好。

基于高斯回归的连续空间多智能体跟踪学习

提高适应性、实现连续空间的泛化、降低维度是实现多智能体强化学习(Multi-agent reinforcement learning,MARL)在连续系统中应用的几个关键.针对上述需求,本文提出连续多智能体系统(Multi-agent systems,MAS)环境下基于模型的智能体跟踪式学习机制和算法(MAS MBRL-CPT).以学习智能体适应同伴策略为出发点,通过定义个体期望即时回报,将智能体对同伴策略的观测融入环境交互效果中,并运用随机逼近实现个体期望即时回报的在线学习.定义降维的Q函数,在降低学习空间维度的同时,建立MAS环境下智能体跟踪式学习的Markov决策过程(Markov decision process,MDP).在运用高斯回归建立状态转移概率模型的基础上,实现泛化样本集Q值函数的在线动态规划求解.基于离散样本集Q函数运用高斯回归建立值函数和策略的泛化模型.MAS MBRL-CPT在连续空间Multi-cart-pole控制系统的仿真实验表明,算法能够使学习智能体在系统动力学模型和同伴策略未知的条件下,实现适应性协作策略的学习,具有学习效率高、泛化能力强等特点.

基于状态相依RBF-ARX模型的非线性预测控制及应用

对于一类工作点时变的光滑非线性多变量系统,采用状态相依自回归(state-dependent auto-regressive with exogenous,SD-ARX)模型描述系统的非线性状态特征,用高斯径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络近似SD-ARX模型的函数型系数,利用结构化非线性参数优化方法(structured nonlinear parameter opti-mization method,SNPOM)离线估计模型参数,并以状态信号量引导模型实时反映对象的动态特性,在此基础上设计的非线性预测控制器因避免了在线模型参数估计,可提高系统的实时性,并具有较好的控制效果。对四旋翼飞行器的实验结果验证了建模方法的有效性和控制方法的可行性。

可视化过程控制实时仿真系统设计与开发

针对复杂工业过程建模与仿真设计的特点和要求,设计并实现了一套面向典型过程控制的集组态、仿真和监控一体化的可视化实时仿真系统.系统结构主要包括前台用户操作、中间数据通信和后台仿真计算3部分,采用面向对象和模块化的设计思想,通过VC++编程,将组态界面和原理界面与Simulink仿真模型整合在一起,实现了工艺流程组态图和原理图的可视化、仿真计算、曲线显示和与外部PLC实时通信等功能,可供控制系统的生产过程模拟、半实物实时仿真、参数设置以及工艺流程学习等过程使用.测试表明,所设计的系统操作简单,界面美观,通用性强,易于二次开发.

一种基于通信时延的统一潮流控制器阻尼控制优化设计新方法

本文提出了一种以权衡时滞稳定裕度和阻尼比为目标对统一潮流控制器阻尼控制设计进行优化的技术。为解决传统设计方法中UPFC辅助阻尼控制器在通信信号传输存在时延时对区间低频振荡抑制能力不足的问题,在经典UPFC阻尼控制模型为初始模型的基础上,综合考虑广域测量系统中通信时延的时变和随机特征建立了UPFC阻尼控制时滞模型,根据Lyapunov-Krasovskii稳定性定理,得到具有极低保守性的电力系统时滞相关稳定条件,揭示了阻尼控制器参数、时滞稳定裕度、阻尼性能指标相互影响的规律,并据此实现对传统阻尼控制器的优化设计。通过仿真发现:使用该方法得到的UPFC阻尼控制器既有较好的区间低频振荡抑制能力,又能容忍一定通信时延,克服了传统阻尼控制器难以适应较长通信时延的不足。

循环流化床过程控制云仿真平台设计与应用

为降低循环流化床过程控制系统现场调试的风险,提高其适应性和可靠性,基于云制造的思想,通过设计基于预测的喷水减温对象模型和基于线性回归的脱硫效率对象模型,并进行合理封装,实现对制造资源的虚拟化;在此基础上,使用典型的PLC、DCS、数模转换设备和服务器等硬件设备,建立一种循环流化床脱硫过程控制半实物云仿真实验系统,为制造企业、研究与设计机构等云请求端用户提供脱硫过程控制系统的生产过程模拟、优化操作参数验证、控制算法仿真与性能分析等云制造服务。以某钢铁企业烧结生产的烟气脱硫过程为例,说明了仿真平台的使用方法,并验证其有效性。

容错并联型有源滤波器的稳定性及其控制策略

根据容错并联型有源电力滤波器(APF)故障时对系统稳定性的影响,提出了相应的控制策略。分析了故障状态下直流侧电压波动对系统稳定性的影响,即利用李雅普诺夫间接法分析逆变器某相故障时,直流侧电压波动会导致系统不稳定。提出了稳定直流侧总电压和两个电容均压的控制策略,将这两种电压控制结合到i_p-i_q算法中。实验结果表明容错并联型APF在正常工作状态和故障状态都能较好地抑制谐波,保持直流侧电压稳定,系统稳定可靠。

基于SOC的锂动力电池多层双向自均衡方法

电池均衡是优化动力电池性能,提高使用寿命,增强动态工作过程安全性的一项关键技术.针对锂动力电池单体数量多,测量与控制数据量庞大等问题,本文将锂动力电池分为区域模块和全局模块两层,进而提出一种融合区域均衡与全局均衡的多层次协调均衡方法.通过开关电容区域均衡电路与反激式变压器全局均衡电路控制充放电过程的开关通断,实现双向均衡目标;在此基础上,考虑不同电池荷电状态(State of Charge,SOC)分布情况下锂电池的受电能力差异,以多模式充电策略为均衡前提条件,使用SOC关键参数作为均衡判据,实现系统充电与非充电过程的主动双向自均衡.实验结果表明,所提出的双向自均衡方法能实现高精度的均衡目标,且能耗较低.

图像去雾算法清晰化效果客观评价方法

针对目前去雾效果评价方法少和已有评价方法存在局限性等问题,提出了两种图像清晰化效果评价方法.一种借助由环境渲染或光路传播图所模拟的雾环境图像,采用全参考方式评估算法的去雾效果;一种从人类视觉感知的角度出发,采用无参考方式构建综合评价体系以全面衡量算法的去雾性能.实验证明两种方法均能有效地评价各算法的清晰化效果,且评估结果与人眼的主观感受相一致.本文所提评价方法分别从构建模拟雾环境和人类视觉感知两方面考虑,与已有评价方法相比,在获得全方面评估结论的同时,具有较好的实用性和可靠性.

具有区间时滞的离散时间基因调控网络稳定性研究

针对具有随机干扰和区间时滞的离散时间基因调控网络(GRNs),基于Lyapunov稳定性定理,利用改进型自由权矩阵方法研究其时滞相关稳定问题.通过考虑时变时滞、时滞上界及它们的差三者之间的关系,同时保留增广Lyapunov-Krasovskii泛函差分中的所有有用项,获得一种更低保守性的时滞相关渐近稳定新判据.最后,给出仿真实例验证本文方法的有效性及相比已有方法的优越性.

高炉炉喉煤气流形态三维模型重建

高炉炉喉煤气流分布是表征高炉生产状况的重要因素且无法直接检测;本文提出一种基于炉顶摄像检测的高炉炉喉煤气流形态三维模型重建方法.首先建立检测系统的硬件结构,其次对煤气流形态图像预处理后,采用边缘检测算法提取图像特征,并提出基于方向链码的边缘跟踪算法,计算煤气流形态的图像坐标;最后结合摄像机内部参数并利用坐标系三维变化关系以及坐标映射关系,计算煤气流形态在三维空间的坐标,从而重建煤气流形态的三维模型.通过仿真对比高炉布料后煤气流形态发展的4个阶段的三维模型变化,估计气流形态的变化,从而估计高炉内部的煤气流分布状况,对指导高炉布料操作以及高炉稳顺运行奠定了基础.

基于层次分析法的储位模糊多准则优化方法

针对钢铁企业原料场储位选择问题,以提高料场利用率和稳定原料成分为目标建立了储位优化准则,并结合三角模糊数和层次分析法提出了一种新型的原料场储位优化方法,为到达原料场的每种原料寻找最优储位.实例验证结果表明,该优化方法不仅能实现储位的自动选择,还能显著提高料场利用率和原料成分稳定性,具有广泛的应用性.

基于GA-PSO算法的烧结料场原料库存量优化

原料采购库存成本的约束是钢铁企业流动资金的制约瓶颈,针对钢铁企业烧结料场铁矿粉原料采购与消耗特点,以企业原料库存费用最小为目标建立了烧结料场铁矿粉原料库存量优化模型,提出一种基于遗传-粒子群算法的烧结料场铁矿粉库存量优化方法。同时,应用某钢铁企业360m2烧结生产线的综合原料场实际生产数据进行仿真验证,结果表明,该模型可以反映该钢铁企业综合料场铁矿粉库存量的实际情况,采用的优化方法可以得到模型的最优解,为钢铁企业采购计划的制定提供决策支持。

经济性能评估的炼焦生产过程优化运行方法

针对炼焦生产过程中缺少性能评估环节而难以确保过程优化运行的问题,提出了一种基于经济性能评估的炼焦生产过程优化运行方法.该方法在炼焦生产过程经济效益指标和焦炭质量过程性能指标对协调优化级进行性能评估的基础上,结合模型置信度,建立专家规则,及时修正经济指标预测模型;基于焦炭产量、炼焦能耗等经济指标,以焦炭质量和工艺条件为约束,对炼焦生产过程进行协调优化,使得炼焦生产达到良好的运行状态.仿真结果表明,所提方法能显著地提高焦炭产量、降低能耗.