面向自动化专业的“检测技术”实验教学

"检测技术"是自动化专业的一门重要专业课程。本文从自动化工程师应该具备的检测技术专业知识和技能出发讨论"检测技术"的课程要求,在此基础上探讨了该课程实验内容设计和实验课时安排,以及如何从实验教学方面来保证学生在检测方案设计、传感器选择和检测系统设计等方面得到相应的技能训练。

典型工业过程鲁棒PID控制器的整定

提出一阶迟延过程、积分迟延过程、不稳定迟延过程和二阶迟延过程等典型工业过程的鲁棒PID整定公式.本文从抗干扰性能和鲁棒性能两方面综合考虑,把鲁棒PID控制器的设计问题转化为求解一个带鲁棒性能约束的绝对误差积分指标(IAE)优化问题.鉴于该问题是非凸的,本文采用遗传算法来求解,并通过曲线拟合得到典型工业过程的PID控制器的整定公式.仿真结果表明本文的PID整定公式有效,且控制器具有良好的抗干扰能力和频域鲁棒性.

基于工业SCADA的模型辨识与智能控制组件的实现

运用西门子公司对外提供的ODK软件开发包对WinCC软件进行二次开发,介绍了一种在VC6.0环境下开发模型辨识与智能算法控件注册到WinCC中的新方法,实现WinCC通过控件直接对网络化四容水箱系统的水位控制。实验结果表明这种方法可行而且控制效果良好。

基于Modbus协议的通讯集成技术研究

不同厂家生产的仪表与控制系统(异构系统)之间的通讯互联是一个难点问题,各种通讯集成技术是解决工业仪表控制系统之间互联问题的关键技术,选择异构系统共同支持的主流工业通讯协议标准进行集成是异构系统之间通讯集成的一个核心技术手段。本文重点研究利用Modbus协议实现工业仪表与控制系统之间通讯集成的主要步骤与方法,结合工程实例,给出利用Modbus协议实现异构系统通讯集成的完整解决方案。实际应用效果表明基于Modbus协议的异构系统通讯集成方案能够很好地解决工程中大量的第三方通讯问题。

基于混杂优化方法的ADRC参数整定方法研究

自抗扰控制器(ADRC)广泛应用于国内外工程领域,如何快速有效的整定自抗扰控制器的参数是限制其应用主要难点之一。自抗扰控制器的参数较多且相互影响,其整定与优化的过程可以视为多目标优化的典型问题。提出一种在MATLAB中应用的自抗扰控制器参数整定的混杂优化方法。混杂优化方法基于多目标优化问题的解决思路,并在其具体算法中采用基于LM方法的非线性最小二乘法与带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的方式来优化控制器参数。文中运用混杂优化方法整定了扩张状态观测器(ESO)和自抗扰控制器(ADRC)以及线性自抗扰控制器(LADRC)的参数。实验结果表明以两种算法结合为基础的多目标混杂优化方法能够满足目标要求,是解决自抗扰控制器参数整定快速而有效的手段。

信息物理系统技术综述

信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)将计算、通信与控制技术紧密结合,实现了计算资源与物理资源的结合与协调. CPS是当前自动化领域的前沿研究方向,已经引起了学术界和工业界的广泛关注.本文对CPS进行了简要介绍,根据技术的应用特点对CPS的现有研究成果进行了分类,综述了各个研究方向的意义和研究进展,给出了CPS的两个典型实际案例,探讨了CPS研究中亟待解决的问题以及未来可能的研究方向.

利用视频图像检测车位状态的方法

为了实现停车场空车位的快速自动寻找,提出了一种用于视频图像车位检测的车位组合状态网络模型,在最大后验概率意义下,求解最可能的车位状态。对改进的HSI车位图像像素进行贝叶斯分类,利用预先训练好的条件概率计算出相邻车位状态传递概率,通过车位组合状态网络的优化,确定出最佳的车位状态。该方法可以很好地解决车辆遮挡所造成的误判问题,准确地检出车位的占有情况。实验结果表明,该方法具有较高的准确性与鲁棒性,特别是可以较好地消除车辆相互遮挡和环境光线变化对检测结果造成的影响。

车牌识别系统中关键技术的研究

针对现有的车牌识别系统中的多项关键技术做了改进。车牌定位与提取技术采用了基于图像二维能量与HIS彩色空间相结合的方法,并对现有的能量算法与彩色图像分割算法做了改进。在倾斜校正中,给出了一种基于车牌二值图像的密度重心的校正方法;在识别技术中,引入了特征提取与多级BP神经网络算法相结合的分类识别方法,对车牌中部分相似字符采用二级神经网络进行精细识别。实验表明,通过对车牌识别系统中关键技术的改进可以大大提高该系统的鲁棒性与准确率。

铝电解槽阳极电流检测方法的研究

提出一种通过测量有限长矩形导体周围磁场来计算导体内电流的方法。该方法基于毕奥—萨伐尔(Biot-Savart)定律,通过MATLAB仿真,建立了能对有限长矩形导体周围磁感应强度求精确解的三重积分模型,并拟合数据得出形状系数的简化解析式。在此基础上,提出了一种能够消除干扰磁场的方法并给出了数学表达式。最后,推导出电流计算模型。理论验证和现场数据分析表明,该方法可以实时监测阳极电流分布。

一种新的车牌定位方法及应用

针对现有车牌定位方法的局限性,提出了一种基于灰度图像求取卷积能量极值区域的车牌定位新方法。该方法充分利用车牌的纹理复杂、对比度鲜明、外型规则等特征构造车辆图像的能量图,然后通过选取能量区域定位车牌。其明显优点是,避免了常见方法中直接对图像进行二值化时阈值难以确定的问题。大量实验表明该方法计算简单,准确率高,鲁棒性好。最后说明了如何应用该方法进行车速测量。

基于MLD-MPC的快速路出口与辅路协调控制

城市交通信号控制系统是典型的混杂控制系统。针对当前大中城市普遍存在的快速路出口匝道、辅路及下游交叉口的信号协调控制问题,研究了一种多信号自适应控制方法,以保证出口匝道排队长度较小且下游交叉口排队不溢流。首先,基于车道路段当量排队长度建立状态方程,分别选取出口匝道、辅路交叉口和下游交叉口排队长度为连续状态变量,信号灯切换信号为离散控制变量;其次,以有限排队长度为模型约束,建立了包含快速路出口匝道、辅路及下游交叉口排队长度和信号状态的混合逻辑动态MLD模型;然后,比较研究了快速路出口匝道有信号灯控、无信号灯控两种不同情况下的MPC模型预测控制方法。仿真结果表明,基于MLD-MPC的控制方法可解决快速路出口匝道与辅路及下游交叉口的多交叉口信号协调控制问题。

车牌提取与识别系统的研究与设计

针对现有的车牌识别方法的缺陷,改进了车牌识别系统中的多项关键技术;采用了基于图像二维能量与HSI彩色空间相结合的方法进行车牌定位与提取,并对现有的能量算法与彩色图像分割算法做了改进;在识别过程中,引入了特征提取与多级BP神经网络相结合的分类识别方法,对车牌中部分相似字符采用第二级神经网络进行精细识别;通过上述改进,提高了系统的整体性能;实验表明,这些关键技术的改进可以大大提高车牌识别系统的准确率与鲁棒性。

300KA预焙阳极铝电解槽物理场的计算机仿真

以某厂SY300型预焙槽为基础简化模型,利用solidworks软件建立铝电解槽三维物理模型。在使用部分假设条件、合理理想分割场域、多场共享模型信息和结果的前提下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件和Matlab软件分别建立了物理模型的电场,磁场,流场及其耦合场的计算模块。在COMSOL平台上,求解更换阳极时电解槽的电场和磁场,对电流密度和磁场分布进行仿真、分析和讨论。针对不同槽膛形状给出了相应的铝液流场。研究表明,水平电流对磁流体运动有显著的影响,铝液的形态基本呈对称状态。

基于连续通行量的干线绿波协调控制方法研究

绿波协调控制方法在城市交通信号控制中占有重要地位.针对传统绿波协调时以公共绿波带宽最大为控制指标所存在的局限性,提出了一类考虑路口协调相位不同方向交通放行重要程度,且绿波带宽内连续通过车辆数最多的控制目标及优化求解方法;并将集散波、时距图分析等内容相结合,对下游车辆排队对绿波协调控制产生的影响进行了分析,给出了一种考虑红灯排队消散的绿波控制带宽搜索算法.仿真分析表明,虽然新方法所得到的绿波带宽不一定最大,但能够使绿波带宽内连续通过各路口的车辆数相对较多,从而更具实用性.

基于产生式规则多传感器数据融合方法的移动机器人避障

在分析机器人多传感器数据融合技术的基础上,采用基于产生式规则的分布式多传感器数据融合方法,设计了面向多路不同类反射式传感器的数据融合规则库和移动机器人的避障决策规则库,并利用VisualC++编程实现了二级规则库及推理机制,在移动机器人平台上进行了实验。设计了不同场景的室内环境,结果机器人都能有效避免碰撞。实验表明多传感器信息融合能够在不提高单个传感器性能要求的情况下较好地改善移动机器人的自主避障能力。

铝电解过程的多维决策系统

基于能量平衡和物料平衡原理,结合工业生产实际,设计了铝电解生产过程多维决策系统;首先基于槽电阻的频域特征,对铝电解槽实施状态诊断;其次确定了温度和氟化铝为主参数的氟化铝挥发速率模型;进一步通过电解质成分的分析和计算,建立了过热度的软测量模型,根据实际测量值在线修正计算结果;文章还以温度、过热度和铝水平划分了工业铝电解槽种槽况,以槽况为基础来决策铝电解过程的设定电压、氟化铝添加量和出铝量;该系统在某厂300kA铝电解槽的控制系统中应用,运行结果表明,电流效率提高,直流电耗明显降低。

基于虚拟仪器的数据采集系统

本文介绍了基于虚拟仪器的数据采集系统的开发。探讨了数据采集卡设置的两种方法,详细介绍了在前面板中完成交互式设置的关键技术,快速vi转换成普通vi的方法,并给出了关键模块的实现方法。结果表明所设计的数据采集系统可适用于高速多路多种信号数据采集、数据分析的应用场合,是一种比较理想的实时数据采集方案。

基于ARM嵌入式系统的空闲车位检测方法

针对室外停车场,给出一种摄像头检测空车位的方案。基于最大后验概率的意义,将车位状态组合问题转变为最短网络路径的求解,给出了求解该网络最短路径的快速算法。通过内嵌ARM11系统的智能摄像头进行图像拍摄和车位检测算法的快速运算,实时检测车位状态,然后,把检测结果传送到服务器。基于C/S网络模型,用户可以从计算机终端和液晶屏观察和查询车位信息。实验表明,该系统可以方便地用于准确检测空闲车位,同时,实现停车场的信息管理。

基于SIMATIC PCS7的预测控制在2×2耦合四容水箱系统的控制实现

以四容水箱液位控制为对象,实现2×2多变量控制。着重介绍基于S7-400硬件系统和PCS7控制系统的MPC控制功能块ModPreCon实现对多变量、非线性的四容水箱液位控制的方案和步骤,并通过实验证明控制效果良好。

基于DM368的视频处理及软件设计

针对实时处理视频信号和相应软件开发的需求,提出了一种基于TI/DaVinci DM368的视频处理软件的具体实施方案;设计了软件总体架构和各软、硬件功能模块;按照视频处理的要求,采用UML语言给出了视频采集、编码、传输线程的交互设计和实现细节;叙述了所设计的视频处理各个线程之间的通信过程;同时,设计了上位机实时播放视频信息的软件;应用实验表明,系统运行稳定,实时性好,无线模式时支持720×576格式的视频,帧率可达25fps,具有很强的实用性。