基于多系统协调的密封舱压力智能化控制

掘进面地层水土压力和密封舱压力相平衡是盾构机安全掘进的关键,密封舱压力控制是当前盾构研究的热点。研究根据场切深指数(Field penetration index,FPI)及扭矩切深指数(Torque penetration index,TPI)指标判断土体参数,实现地质的在线识别,为盾构机推力、扭矩和推进速度的设定提供依据。根据质量守恒定律并考虑盾构密封舱渣土的可松性,建立土压平衡盾构密封舱压力控制机理模型,并通过模型预测控制器进行多系统协调控制。对比常规比例-积分-微分(Proportionintegration-differentiation,PID)控制器,多系统协调控制具有更优的控制性能,使盾构机处于工况稳定,掘进快速,节能高效的理想状态。

工业控制系统的信息安全问题研究

分析了工业控制系统的安全要求、典型的威胁与攻击形式,阐释了工业控制系统信息安全与传统IT信息安全的区别;分析了现有的控制系统信息安全的解决思路,结合SP800-82工业控制系统(ICS)安全指南,介绍了控制系统网络防护的主要措施;总结了热点研究趋势,包括安全通讯协议和安全控制器的设计。

基于Dueling Double DQN的交通信号控制方法

为了提高交叉口通行效率缓解交通拥堵,深入挖掘交通状态信息中所包含的深层次隐含特征信息,提出了一种基于Dueling Double DQN(D3QN)的单交叉口交通信号控制方法;构建了一个基于深度强化学习Double DQN(DDQN)的交通信号控制模型,对动作-价值函数的估计值和目标值迭代运算过程进行了优化,克服基于深度强化学习DQN的交通信号控制模型存在收敛速度慢的问题;设计了一个新的Dueling Network解耦交通状态和相位动作的价值,增强Double DQN(DDQN)提取深层次特征信息的能力;基于微观仿真平台SUMO搭建了一个单交叉口模拟仿真框架和环境,开展仿真测试;仿真测试结果表明,与传统交通信号控制方法和基于深度强化学习DQN的交通信号控制方法相比,所提方法能够有效减少车辆平均等待时间、车辆平均排队长度和车辆平均停车次数,明显提升交叉口通行效率。

基于LPV模型的燃料电池空气进气系统控制

质子交换膜燃料电池是一种通过氢气和氧气的电化学反应将化学能直接转化为电能的装置。提出一种改进的四阶燃料电池进气系统模型,分析了系统的约束性。针对系统模型所具有的非线性特性,提出建立线性变参数(LPV)模型用于对系统的控制。针对状态变量不可测的问题引入卡尔曼滤波器,同时通过可观性分析得出系统所需测量的最佳变量。在符合约束条件下设计基于线性变参数模型的状态空间模型预测控制器,控制空压机的工作电压保证氢气燃料的充分反应。仿真结果表明,基于LPV模型的模型预测控制器能够对空气进气系统进行有效的控制,且满足空压机喘振和阻塞边界等约束条件,与单模型预测控制相比具有更好的控制效果。

基于混合类电磁机制算法的混沌系统控制与同步

混沌系统控制与同步可通过优化方法设计控制律引导混沌系统轨道来实现.类电磁机制优化算法(EM)是模拟电磁场带电粒子间吸引-排斥行为机制的一种启发式搜索方法.目前还尚未在混沌系统控制与同步问题中得到应用.本文提出一种混合类电磁机制优化算法(HEM)用于求解该优化问题,该方法采用修改的类电磁机制算法(REM)与差分进化算法(DE)相融合平衡算法对解空间的全局探索和局部开发能力,基准函数测试表明混合算法改善了全局搜索能力及求解可靠性.在此基础上,采用HEM算法引导混沌系统的轨道,搜索施加于系统的小扰动使其轨迹在短时间内跟踪到目标区域:再将混沌系统的同步问题转化为在线轨道导引问题,采用HEM优化算法解决通过典型离散Henon映射为例,数值仿真结果表明了该方法是解决混沌系统控制与同步的一种有效方法.

信标基底的可选择性在制造系统死锁控制中的应用

本文基于Petri网模型,讨论柔性制造系统的死锁控制问题.为了建立结构简单的Petri网控制器,本文在以前的工作中提出了信标基底的概念.信标基底是一组满足特定条件的严格极小信标集合.本文证明基于不同的信标基底,建立的受控系统其容许性能也不同.而容许性是评价死锁控制策略优劣的重要标准之一.故如何选择信标基底,提高受控系统的容许性能是值得研究的问题.本文讨论了使受控系统容许性能大大提高的信标基底的选择条件.基于该条件,为柔性制造系统建立有效的死锁控制策略.最后,通过两个例子解释该条件和策略.

基于攻击增益的工业控制系统物理层安全风险评估

通过借鉴多输入多输出(MIMO)系统中变量配对的思想,基于相对增益阵列(RGA)设计衡量闭环状态下每个输出对不同攻击输入的敏感程度的指标,即闭环攻击增益矩阵.结合逼近理想解(TOPSIS)法,提出定量分析工业控制系统物理层安全风险的评估方法.通过精馏塔实验平台的案例分析,直观地展现攻击效果,验证闭环攻击增益矩阵的正确性,得出控制回流比的设备区域在该控制系统物理层中安全风险最大.实验结果表明,该评估方法能较全面地结合被控对象的客观属性,科学合理地量化评估工业控制系统物理层中潜在的安全风险.

顶天立地 紧密结合学术前沿及国家目标 齐心协力 充分发扬个性智慧与团队力量——记浙江大学“工业过程的控制理论与总线技术及其应用研究”创新研究群体

浙江大学“工业过程的控制理论与总线技术及其应用研究”团队以国家杰出青年科学基金获得者、长江学者奖励计划特聘教授褚健为学术带头人，获得国家自然科学基金委员会2004年度创新研究群体科学基金资助，并在2007年度获得滚动资助。

故障安全通信系统的研究与设计

针对工业通信中可能出现的各种故障,研究并设计一种故障-安全通信协议。首先基于黑色通道的通信结构,设计序列号、CRC校验、时间监视和SIL等级监视等安全措施;其次提出故障安全通信协议的软件实现方案;最终在验证平台上进行测试。实验结果表明,安全通信层可以有效地监测通信状态,保证系统在出现故障时的安全性,满足SIL3等级要求。

四旋翼飞行器力学模型与控制系统设计

针对四旋翼飞行器系统具有非线性、强耦合性、多输入的欠驱动以及系统不确定性的问题,提出采用分段串级PID控制策略.将该方法与经典的PID控制相结合,可以很好地消除外部扰动.设计中首先对系统进行了动力学建模和姿态解算,然后对系统硬件和软件进行了优化设计.对该飞行器系统在近地环境下进行了飞行测试,结果表明:完成了垂直起降、悬停、任意旋转等动作,在对其施以外界干扰时能自动调节,并迅速恢复到平稳状态,实现了飞行器平衡稳定的飞行效果.

基于伪谱展开的抛物型系统镇定与边界观测研究(英文)

模型截断设计方法在无限维系统控制中得到广泛的应用,但是其自身存在信息丢失的缺陷而限制了控制器对高频扰动抑制的性能.本文研究具有内部和Neumann边界控制的抛物型系统,其中系统采用边界测量.内部控制采用比例反馈形式,其中反馈增益核由Sturm-Liouville系统稳定性分析来待定;类似地,边界反馈的设计也采用待定反馈增益核的方式,最终对描述系统稳定性的Sturm-Liouville系统采用伪谱方法进行求解.数字仿真结果表明了该方法的有效性.

控制系统性能评估中干扰通道模型的选择

控制系统性能评估是过程控制领域的研究热点,理论研究得到了极大重视,在工业上也得到了一定的应用。性能评估的理论依据最小方差控制律属于随机系统最优控制范畴,与传统的控制理论中控制系统通常作为确定性系统来研究存在差异。Eriksson等人曾注意到在某些条件下,基于最小方差控制的性能评估结果可能存在问题。简略介绍了单回路反馈控制中的最小方差控制实现,以及ARMA和FCOR两种性能指标估计算法,并在Eriksson等人工作的基础上,针对典型的一阶/二阶加纯滞后过程以及积分加纯滞后过程进行仿真实验,对比控制系统的设定值跟踪性能,研究了干扰通道模型的不同对性能评估结果的影响,最后指出在应用性能评估方法时需根据干扰信号注意样本序列的选取。

纯碱生产蒸氨过程智能优化控制及其应用

为了提高纯碱生产蒸氨过程的综合自动化水平、实现节能降耗,该文在单座蒸氨塔预测控制的基础上,提出了一种蒸氨过程智能协调优化控制策略。针对蒸氨过程大时滞、时变、多变量耦合等复杂特性和多座蒸氨塔并行作业的运行情况,建立了蒸氨塔动态数学模型,并将单塔两层优化控制与多塔智能协调优化相结合,实现了蒸氨过程的智能优化控制。仿真与工业应用结果表明,上述方法不仅能明显改善过程控制性能,而且能实现每吨纯碱降低氨耗0.21 kg、蒸汽消耗16 kg的节能降耗效果。

高性能集散控制系统主控制器设计

提出一种应用于集散控制系统的主控制器设计方案。主控制器硬件平台以PowerPC架构的高性能处理器为核心,软件平台基于μC/OS-Ⅱ操作系统。通过双CPU并行处理提高主控制器的运算效率,采用工作与备用双控制器冗余结构提高主控制器的可用性,利用PCI-Express高速通信接口实现工作与备用控制器的冗余通信。测试结果表明,该主控制器具有较高的可靠性和运算性能。

控制阀粘滞特性的频域检测方法研究

控制阀粘滞特性是导致控制回路振荡的主要原因之一,对控制阀粘滞特性进行了详细分析,在此基础上使用离散傅里叶变换分析振荡的偏差信号,提出了一种频域分析、适用范围较广的控制阀粘滞特性检测方法。通过仿真研究,表明了该方法的有效性。

交流异步电动机调速系统控制策略综述

为了更精确地实现交流异步电动机调速,基于交流异步电动机的数学模型论述异步电动机变压变频(VVVF)调速系统的各种控制策略.总结早期的基于异步电机稳态模型的控制策略,介绍3种较成熟的基于动态模型的控制策略,分析现代控制理论在交流异步电动机调速系统中的应用,展望交流调速控制策略的发展方向.传统的控制策略在工业现场中的应用已经较为成熟,各种现代控制策略和先进控制算法则有广阔的发展前景.

大规模工业控制系统网络中间件设计

设计一种适用于大规模工业控制系统的网络中间件SCNet。采用面向对象和层次化设计,实现对底层操作系统的封装,提高跨平台的应用能力,为网络应用提供安全易用的对象化接口,并在多路分离、Transport等框架下实现系统化的复用。结合工业应用需求,设计数据整理、会话冗余和故障诊断功能,以解决TCP/IP报文分片问题,提高网络的容错能力和可用性。测试结果证明,SCNet具有较好的复用性和扩展性,能够满足工业控制系统对高性能和高可靠性的要求。

基于多目标决策的工控系统设备安全评估方法研究

目前的工业控制系统(Industrial control systems,ICS)安全评估方法中,往往利用专家经验对系统设备受攻击的可能性进行赋值,主观性较强.针对这个问题,本文提出了一种系统设备受攻击可能性的量化计算方法.工控系统设备受攻击的可能性与两个因素有关,该设备受攻击后,造成系统损害的严重程度与异常检测算法发现异常的时间长短.因此,通过对工控系统中的各个设备发动相同攻击,记录各个设备受攻击后系统敏感指标的变化情况与异常检测算法发现异常的时间,将敏感指标变化情况与发现异常时间作为量化指标,提出基于多目标决策的量化计算方法,计算出各个设备受攻击的可能性.本文以田纳西–伊斯曼过程(Tennessee-Eastman process,TEP)为例,验证了计算方法的可行性,得到了设备受攻击可能性的量化计算结果.

采用dsDNA-MC优化的非线性系统预测控制

将基于DNA双链结构的膜计算优化方法(dsDNA-MC)用于输入受限的非线性预测控制器设计,提出了基于dsDNA-MC优化的非线性系统预测控制算法。在对单输入单输出非线性系统预测控制分析的基础上,将非线性系统预测控制问题归结为具有输入约束的非线性系统优化问题,并采用dsDNA-MC算法来求解这一问题。仿真结果表明该算法可行、有效。

流程工业智能制造准备度模型及应用实践

近年来,绝大多数制造业企业为应对新一轮工业革命带来的巨大挑战,都在积极寻求改造提升的机会。然而,企业在进行智能制造提升与数字化转型的过程中,往往很难对自身所处的发展阶段和转型目标有清晰准确的认识。本文基于流程工业生产运营特点,提出了一个流程工业智能制造准备度评估模型,从业务、组织、技术和智能四个维度对企业开展智能制造建设所需具备的要素条件进行评估。模型涵盖了9个评估类、25个评估域和249个特征项要求,旨在帮助流程工业企业厘清发展现状,摸清短板差距,明确建设方向。此外,本文还提出了智能制造准备度水平的量化指标——准备度指数,并对其计算方法和评估流程进行了详细描述,帮助企业进行智能制造准备度水平的自评估。最后,通过本模型在山东省35家流程工业企业智能制造评估的应用案例,论述了模型的应用效果及价值。