二级倒立摆系统的实时稳定控制实验研究

为实现二级倒立摆系统的实时稳定控制,以深圳固高直线二级倒立摆装置作为控制对象,在MATLAB环境下,利用基于二次型最优控制理论的线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制器,成功实现了该装置的实时稳定控制。为引入新的控制策略,采集二级倒立摆实时控制过程中的LQR控制器数据作为样本,经过自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)工具箱训练并生成出一种新型模糊神经网络控制器,应用到装置上同样实现了实时平衡。结果表明,新型控制器较LQR控制器控制效果更优,也为成功实现装置的实时平衡提供了一种新的思路和解决方法。

考虑主轴-刀柄结合面特性的机器人铣削系统刀尖频响预测研究

针对机器人铣削系统刀尖频响具有位姿依赖特性,导致机器人变位姿加工时稳定性难以准确预测、加工颤振难以有效控制的问题,提出一种考虑主轴-刀柄结合面接触刚度的机器人铣削系统刀尖频响预测方法。基于欧拉拉格朗日法与吉村允孝单位面积法,分别构建了机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型,进而基于有限元主副自由度理论将机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型结合,构建了机器人铣削加工系统刀尖频响预测模型。开展了机器人不同位姿下刀尖频响预测验证实验,结果表明,仿真与实验得到的刀尖频响函数相比,固有频率最大误差为6.63%,对应幅值最大误差为9.80%,验证了所提出的预测模型的准确性,证明了该模型能够实现机器人任意位姿下的频响函数准确预测。

基于信息融合技术的烟气轮机故障诊断系统研究

为保障烟气轮机的安全可靠运行,实现科学维护,采用了多传感器信息融合技术的故障诊断方法。通过提取烟气轮机上携带故障特征的多类信息,并在决策层上采用神经网络与D-S证据理论相结合的方法对这些信息进行有效的融合。

自动扫描多光栅单色仪系统研制

提出了一种新的多光栅单色仪,采用机械细分及电细分相结合,实现了紫外到红外光谱的高精度自动扫描。其控制系统以C8051F060单片机为核心实现对光栅转台、滤色片轮、反光镜的控制以及双通道数据采集,采用USB接口与计算机连接。信号调理单元可实现电压电流的自动切换及软件可编程增益,可连接光电倍增管、光电池等多种接收器。系统具有采样精度高、集成度高、自动化程度高及扫描速度快等优点。

基于径向基神经网络的设备运行状态新信息加权预测模型研究

设备工作状态在线预测技术,是实现以先进的预知维护取代以时间为基础的预防性维护的关键技术,为了提高状态预测的精度,针对设备运行的状态随运行时间而发展变化的特点,提出基于改进的径向基神经网络的设备运行状态预测模型,并以烟气轮机运行数据对模型的有效性进行了验证。结果表明,改进的新信息加权径向基神经网络的训练速度快,预测结果稳定性及精度高,比BP网络及未改进的径向基神经网络的预测效果好。

现代仪器研发系统的柔性集成机制与系统构成

根据现代仪器具有共性技术多、技术含量高、多品种、小批量特点,提出了仪器柔性研发系统(IFDS)的新理念。为提高现代仪器系统的集成水平和研发效率,增强系统可靠性及降低研发成本,深入探讨可兼容、可扩展、可升级、可重构的开放式柔性化集成机制,完善柔性互联的集成支撑环境和集成体系,构建新型柔性集成系统,优化基于柔性集成系统的快速可重构集成方法。重点介绍新型柔性集成系统的运行机制,阐明其结构和工作原理;利用现代仪器柔性集成系统,解决了现代仪器开发中若干关键技术问题,为现代仪器产品的研发提供了一种新模式和基础技术装备。

三自由度精密检测平台结构设计及Workbench响应面优化

孔径测量仪是测量环规直径或量块端度的常用仪器,三自由度精密检测平台是孔径测量仪机械部分的核心,可以稳定支撑待测物,并能进行手动独立调节,满足孔径测量要求。对三自由度精密检测平台进行结构设计,使其满足y向平移、M_(z)偏转、M_(y)倾斜三个自由度的调节。从SolidWorks建立的三自由度精密检测平台装配体中取出底层板三维模型,化简后导入ANSYS Workbench中进行静力学分析,得到其变形云图和应力云图。为降低平台的变形量,在ANSYS中对底层版进行响应面优化分析。响应面优化分析选用中心复合实验设计,设计变量为底板厚度和三个弹簧立柱的支撑力,响应为变形量,得到25组实验点。根据实验结果,利用Kriging插值法建立了底板的响应面模型,并对各相关设计变量进行了敏感度分析。使用多目标遗传算法完成了底板的优化设计,与原始设计的结构方案相比,平台的变形量减少20.1%。

基于信息熵改进PCA的往复压缩机融合故障敏感特征提取

故障特征提取是往复压缩机故障诊断的一个重要环节,针对往复压缩机多维运行状态数据间存在的相关关系,结合PCA实现故障特征融合和信息熵定量评价故障特征贡献率的优点,提出一种基于信息熵改进PCA的融合故障敏感特征提取方法。首先采集压力、温度、流量等多源运行状态数据,计算多维故障敏感特征;然后应用PCA对多维故障特征进行融合,以获得主故障特征;最后利用故障特征协方差矩阵计算信息熵,依据信息熵对主故障特征进行赋权,进而获得融合的故障敏感特征。往复压缩机实例表明,基于信息熵改进PCA可以客观有效提取出全面反映设备故障的融合敏感特征。

大型工件装配调测系统研究

结合LAMOST焦面板装配需求,研究并设计了大型工件调测系统。该系统采用摄影测量方法,以精密运动控制平台进行部件调节,并利用激光跟踪仪对系统进行评价。开展了LAMOST光纤定位单元调测实验,实验结果表明,该系统满足LAMOST调测要求,并可用于其他相关大型工件的装配调测。

烟气轮机的SOM网络故障监测与诊断专家系统应用研究

针对大型烟气轮机故障诊断问题,从基于智能和知识的角度进行研究,利用自组织特征映射神经网络(SOM网络)对故障现象进行自动分类,从而得出它们对应的故障原因;在面向对象的知识获取和管理工具,以及推理机的框架结构下,利用该诊断专家系统的经验知识进行决策推理与诊断,同时结合S8000系统,建立了一种SOM网络的烟气轮机故障监测与诊断专家系统。实践表明,该系统的诊断效果良好。

基于FPGA的油液在线监测系统

润滑油中的磨粒是机械当前磨损状态的重要信息载体,因此发展磨粒在线监测技术对于评价机械工况和预测机械故障具有重要意义。本文设计了一种基于FPGA的油液在线监测系统,主要通过分析双激励螺旋管式磨粒传感器实现原理,提出油液磨粒监测模块中传感器激励电路、采集电路、FPGA控制器配置电路等电路设计方法以及油液在线监测系统总体实现方案。对油液中不同粒度的磨粒监测结果表明:该油液在线监测系统可以有效监测机械运行中的磨损信息,并且对于铁磁性磨粒的分辨率达到180μm。

基于嵌入式技术的往复机械数据采集系统开发

基于往复机械工作原理,以C8051F500单片机为微处理器,开发了嵌入式往复式机械数据采集系统。该嵌入式采集系统对汽缸压力、振动信号、温度信号等模拟量和三路转速数字量进行采集。系统采用CAN总线通信方式向上位机发送数据,基于LabVIEW开发了上位机数据处理软件。实践测试证明,该数据采集系统能够满足往复式机械故障诊断数据采集要求。

数字温度传感器在测色系统中的应用

光电积分式测色系统中一般使用硅光电池作为光电探测器,硅光电池的温度漂移特性会影响测量的稳定性。为达到更好的性能指标,需要对测色系统进行适当的电压补偿。通常采用分时间段对电压值进行线性补偿,实际上待测电压值并不是严格按照时间线性变化的,而是按照温度线性变化的。使用数字温度传感器DS18B20跟踪实时温度,分析温度与待测电压值的线性关系,获取温度补偿系数,通过软件对测色系统进行电压补偿。当引入温度传感器后,测色系统的测色色差ΔE均小于0.15,完全达到了国家计量院规定的要求,实验结果表明该方法在测色系统的实际应用中是切实可行的。

光谱测量系统应用软件设计

为实现测量仪器数据采集的实时性和人机交互性,基于C++Builder 2009软件开发平台,优化设计了光谱测量系统应用软件。通过USB接口实现计算机与下位机的通信,实现了光谱测量的全部操作功能。

基于FPGA的光谱仪数据采集系统的设计

以FPGA芯片XC3S250E作为采集系统的控制核心设计高速数据采集系统。系统以计算机作为控制台,重点提出了系统的硬件设计和软件设计。实验表明,采用FPGA芯片作为控制器件大大提高了数据采集的精度和速度,很好地满足了可重复测量的要求。

基于FPGA的精密指向组件控制系统设计

为了满足精密指向组件快速性、高带宽并且能够实现远程控制的需求,设计了一种基于FPGA的精密指向组件的控制系统。控制系统采用分离式结构设计,将控制电路及驱动电路与反射镜部分分离,分离部分利用SPI完成串行通信。以FPGA为控制核心,阐述了控制系统的硬件组成和软件工作流程,利用不完全微分增量式PID控制算法完成了系统的闭环控制。在10m的控制距离下,对精密指向组件的性能进行测试。实验结果表明,使用该控制系统的精密指向组件在±1200″下角分辨力为0.07″,±300″下的阶跃响应调节时间为4ms,±300″下闭环带宽大于220Hz,满足了精密指向组件远程控制的设计需求。

白度测量系统上位机软件设计

为满足测量仪器集成化、智能化的市场要求,同时提高测量仪器的人机交互性和实用性,基于Visual C#.NET的软件开发平台,设计了白度测量系统的上位机软件。该上位机软件通过计算机已有的通讯接口RS232进行通信,实现白度测量系统与个人电脑的连接;不仅能够实现白度测量系统全部的操作功能,还能够方便快捷的使用计算机设置和保存白度测量系统的相关参数。上位机软件界面友好,能够直接显示测量结果并保存测量数据至Excel文件中,极大的实现了数据的开放性、测量仪器的人机交互性和数据传输能力。

全自动测色仪光学系统改进方法研究

为了进一步优化颜色测量技术,对光电式测色仪器的探测系统结构与信号调理电路进行了改进,采用双积分球结构进行信号采集。经过实验验证,明显提高测色仪的测量准确度及稳定性,操作更加方便快捷,达到更高的自动化水平。

信息融合技术在烟气轮机故障诊断中的应用

烟气轮机是炼化企业生产中重要的核心设备,保障烟气轮机的安全可靠运行,实现科学维护十分重要。对多传感器信息融合技术作了简要介绍,给出了一种神经网络与D-S证据理论相结合的诊断方法,并提出了基于多传感器信息融合技术的烟气轮机故障诊断模型。通过在转子实验台上的实验表明,采用该方法提高了故障诊断系统的灵活性及故障诊断的效率和准确性。

面向分类网络的视觉语义解释模型

深度学习的可解释性对推动其在军事场景中应用至关重要。当前主流方法使用类激活图的方式可视化最后一层卷积特征,然而对于网络根据该特征进行分类解释比较模糊。针对此问题,设计一种面向分类网络的视觉语义解释模型。综合考虑前向传播与反向传播,提出CGNIS算法获取对分类结果起重要作用的神经元,并将其映射到原图,得到更加细化的视觉特征。提出分类网络IRENet,在VGG16中间层添加SIRM和ECA对视觉特征进行识别,更加客观地提取视觉特征中包含的语义特征,并结合视觉特征、语义特征、重要神经元分数信息生成描述模型分类过程的解释性语句。在ImageNet2012数据集上提取10类图像进行实验,结果表明,删除CGNIS算法得到的某一类重要神经元后,对应类的分类准确率下降3%以上,在语义特征提取任务上,IRENet的F1值、准确率、精确率和召回率4项指标较ResNet101等分类网络提升2%以上。此外,利用CGNIS、IRENet对飞机类别进行实验,可生成模型对其分类过程的解释性语句。