基于模型预测控制的仿生海豚路径跟踪研究

针对水下路径跟踪问题,研究了基于模型预测控制(MPC)的仿生海豚跟踪控制。在误差模型线性化基础上引入MPC,使仿生海豚在满足控制约束的条件下有效地完成路径跟踪,且克服了反步控制算法的速度跳变,超限问题。并建立海流模型,针对有无海流干扰影响情况,进行路径跟踪分析,仿真与实验表明,不同环境下其提出的跟踪算法均有效可行。

基于固定增益滤波的永磁同步电机无速度传感器矢量控制

传统的永磁同步电机矢量控制策略需要利用位置和速度传感器对环路进行反馈以获得精准控制,状态量的准确性很大程度上依赖于传感器的精度。在传统矢量控制的基础上,一种计算量小的位置和速度观测器的设计过程为:首先,建立了永磁同步电机(PMSM)在三种常见坐标系下的数学模型,搭建了PMSM电流和转速双闭环控制系统;其次,在保留卡尔曼滤波基本递归迭代过程的前提下,设计一种具有最优固定反馈增益矩阵的新型固定增益滤波器,可实现对位置和速度的快速准确观测,同时,在稳态卡尔曼滤波的状态下,进一步调节反馈增益参数,使其细化到小范围内,确保系统稳定性;最后,通过仿真验证该观测器能应用于闭环反馈,可以使得控制系统的响应速度更平滑,稳定性更高。

基于在线差分进化算法的平面开关磁阻电机约束预测位置控制

模型预测控制方法在解决平面开关磁阻电机非线性、不确定干扰、约束等问题具有突出的优势,有望实现平面开关磁阻电机的高精度约束最优控制,目前平面开关磁阻电机约束预测控制亟需解决在线计算量大、内存大的问题。为快速、精确地求解平面开关磁阻电机约束预测控制在线优化问题,并获得小内存控制器,提出基于在线差分进化算法的约束预测位置控制方法。基于电机的多步预测位置模型,建立考虑输入约束的电机预测位置控制器,采用设计的差分进化算法在线求解最优控制量,构建具有摩擦补偿的电机约束预测位置控制系统。为提高差分进化算法的收敛速度并获得更优解,采用缩小种群范围、生成分区种群个体以及优化初始种群的操作产生初始种群,利用优化的变异因子和交叉因子对种群个体进行变异和交叉操作,将预测控制的代价函数作为适应度函数对种群个体进行选择操作。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

高职院校学生创新创业体验调查分析——以深圳职业技术学院为例

创新创业教育已成为高职院校人才培养的一项重要内容。以深圳职业技术学院为调研单位,通过分析学生的创新创业体验,总结高职院校学生对"双创"的认识和感受,明晰高职院校学生在"双创"中遇到的困难,了解高职院校学生对"双创"的想法。结合实际提出对策和建议,激发学生"双创"意识,培养学生"双创"能力,增强高职院校"双创"教育的实效性,使高职院校学生毕业后自信创业、科学创业、成功创业。

考虑端部效应的动磁式磁悬浮平面电机电磁力解析模型

自主设计了一种新型六自由度动磁式磁悬浮平面电机,其动子由四组完全相同的Halbach永磁阵列两两垂直组合而成,组合的永磁阵列的端部磁场存在畸变,端部效应显著。为此,论文采用机械伪周期磁场建模方法,推导了考虑端部效应的动子单组永磁阵列的磁场分布解析模型;采用洛伦兹力法,建立了其电磁力解析模型;基于有限元分析软件,构建了动子单组永磁阵列的磁场有限元仿真模型和在单根励磁线圈作用下的电磁力有限元仿真模型,并进行了仿真和比较研究。研究表明,解析计算与有限元仿真计算结果吻合,验证了建立的磁场分布和电磁力解析模型的有效性,解析模型可用于该类电机的快速计算与分析。

磁悬浮电机解耦控制方法综述

磁悬浮电机具有机械非接触、多变量控制、非线性和强耦合等特点,其非线性、强耦合特性严重制约了该类电机的高性能运动控制,探索有效的解耦控制方法是实现此类电机可靠运行的必由途径。论文综述了国内外已有的主要磁悬浮电机解耦控制方法,分析了磁悬浮无轴承电机径向悬浮力与电磁转矩、两个径向悬浮力的解耦控制方法,讨论了磁悬浮直线电机水平与竖直电磁力的解耦控制方法,探讨了磁悬浮平面电机电磁力与力矩、各驱动单元电磁力的解耦控制方法,为进一步研究磁悬浮电机的高性能运动控制奠定了基础。

一种新型单涵道式无人机控制系统设计

无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的应用场景的多样化及复杂化对飞行器的功能、性能、安全性提出了新的挑战。提出一种兼具垂直起降、空中悬停和高速飞行能力且安全性更高的新型单涵道式飞行器整体设计,分析并推导飞行器的动力学方程以降低系统的耦合性。为了提高系统的实时性与鲁棒性,在飞行器软件系统中移植UCOSⅢ,并基于双闭环比例微分积分(proportion integral derivative,PID)算法设计其姿态控制器。通过Unity3D和C#编写兼具模拟飞行的地面站程序实现多平台控制,最终完成飞行器样机的总体设计且通过试飞实验验证其飞行性能。研究成果对单涵道飞行器的实际工程应用具有重要的借鉴意义。

改进PSO-BPNN供水泵站变频恒压PID控制

供水泵站是变频恒压系统,要求保障水压稳定,且在干扰情况下能快速响应并恢复稳定。为提升系统稳定性、高效性,提出一种改进PSO-BPNN的PID控制方法。首先构建供水泵站变频恒压控制模型,再基于BPNN实现PID非线性控制,提出一种PSO惯性权重改进策略,以提升PID参数的计算效率,从而更好地满足供水泵站控制需求。实验表明,本文算法响应快速、无超调,且具有稳定的非线性信号跟踪性能。相比BPNN、PSO-BPNN的两种PID控制算法,本文算法在恒压实验的调节时间缩短了29.6%和2.8%;在干扰实验中,超调量减少了34.6%和19.9%,稳定时间缩短了7.3%和1.6%。本文算法可提升供水泵站系统的稳定性和高效性。

非理想电网下三相电压源型逆变器谐振抑制和并网电流改善控制策略综述

并网逆变器作为连接可再生能源发电、微电网等大电网的重要接口设备,其网侧并网电流的质量与电网能否稳定运行密切相关。而基于虚拟同步发电机控制的电压源型逆变器连接到非理想电网时,并网电流会产生严重的畸变,并且采用LCL型滤波器的并网逆变器会给系统带来谐振,从而造成并网电流振荡。通过对近年来谐振抑制控制方法以及并网电流质量改善的控制策略文献的梳理,总结出三个研究重点:如何消除LCL滤波器造成的并网电流振荡;如何消除畸变电网造成的并网电流畸变;如何消除不平衡电网造成的负序电流分量。同时对文献中所提到的改进控制策略进行全面总结分析,对各种控制策略改善效果进行比较,对三相并网逆变器输出电流波形实现正弦化提出了展望。

相邻交叉耦合直线开关磁阻电机位置同步控制

多直线开关磁阻电机同步控制系统在工业生产中具有十分重要的应用价值,但目前对此问题的相关研究还较少。针对多台直线开关磁阻电机的位置精确同步控制问题,基于相邻交叉耦合运动控制策略,结合各电机位置误差与位置同步误差构造新的误差状态变量,采用系统辨识法获得电机模型参数,提出多台直线开关磁阻电机位置同步控制算法。对三台直线开关磁阻电机构成的运动控制系统进行的仿真和实验研究结果表明,该算法在保证电机精确跟踪输入信号的同时取得良好同步控制效果,验证了文中方法的有效性。

大面积微结构辊对板热压印装置研发及工艺优化

目的研发一种模块化辊筒对平板类型的微结构热压加工装置,研究不同模具结构下的辊压工艺参数对光学聚合物微结构成形的影响,研究大尺寸的PMMA样品的翘曲规律。方法使用一种基于线接触的扫描连续辊压工艺,分别使用线槽模具、不锈钢网孔模具进行辊压实验,根据实验结果确定最佳工艺参数范围。结果在辊筒温度为150~180℃、平板温度为25℃、辊压压力为200~500 N和辊压速度为1 mm/s的工艺条件下,甲基丙烯酸甲酯平板(PMMA)微槽阵列的线槽宽复制度最高可达90%,微圆柱结构在40 mm×40 mm PMMA衬底的覆盖率高达95%。结论优化辊压工艺参数后,可以实现聚合物的大面积槽阵列和圆孔微透镜的稳定连续辊压成形。针对大面积光学聚合物翘曲的问题,进行了双面热辊压实验,发现二次成形后微透镜样品的最大高度偏差小于0.16 mm,翘曲现象得到了有效抑制。

航天器编队的六自由度循环追踪协同控制

针对航天器编队的姿轨协同控制问题,提出一种使用循环追踪策略的六自由度(6-DOF)协同控制方法。首先,结合Lagrangian形式的姿态动力学和轨道动力学方程,建立航天器编队的六自由度相对运动模型;然后,以线性双积分系统的循环追踪算法为基础,分别设计可跟踪动态目标的循环追踪算法和航天器匹配自然周期相对运动的循环追踪算法。综合上述两种算法,设计航天器编队六自由度协同控制的循环追踪算法。该算法可实现航天器编队空间圆构型初始化,跟踪动态的期望姿态和相对运动。仿真结果证明了所提出的航天器编队六自由度协同控制的循环追踪算法的有效性。

高光注塑成型工艺控制试验

建立了制品对模具型腔复原性的宏观量化表征模型,以自主开发的车用高光蓝牙模具和温控辅助装置为试验基础,以制品质量、线收缩率、翘曲变形和沉降指数等为品质考核指标,采用试验生产与仿真分析相结合的方法对高光制品成型性能进行了试验研究。在考虑到各指标权重因素的同时,采用信噪比之望小特性理论实现了样本数据的归一化处理。得出了各考核参数相对于各个品质指标的影响趋势及影响显著性顺序,进而研究得出了相对于该高光制品的最佳成型工艺组合。

不同意图场景眼动注视模式机器学习算法识别孤独症谱系障碍的研究

目的旨在探究孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)和正常发育(typically developing,TD)儿童在观看不同意图场景视频时的视觉感知差异,并通过机器学习算法,探索客观区分ASD和TD儿童的可行性。方法共纳入58名ASD儿童和50名TD儿童,观看包含联合意图和非联合意图的视频,使用儿童观看视频时在不同注视兴趣区的注视时长占比和注视次数占比作为原始特征指标,输入到分类器中构建分类模型,分析比较不同分类模型的分类准确率、灵敏度和特异度等指标。结果使用支持向量机、线性判别算法、决策树、随机森林和邻近算法(K=1、3、5、7)8种常见的分类器基于原始特征指标进行分类时,最高分类精度为81.90%。为进一步提高分类精度,采用特征重构方式,运用决策树分类器进行分类,分类模型的准确度高达91.43%,特异度为89.80%,灵敏度为92.86%,受试者操作特征曲线的曲线下面积为0.909(P<0.001)。结论采用眼动追踪数据构建的机器学习模型可精确地将ASD儿童与TD儿童区分开来,为开发快速客观筛查ASD的辅助工具提供科学依据。

基于DSP的磁悬浮球模糊PID数字控制器

给出了磁悬浮球系统的工作原理及其数学模型,阐述了模糊PID控制器的设计方法,设计了以DSP为核心的磁悬浮球模糊PID数字控制器并进行实验,实现了钢球的稳定悬浮。结果表明,该系统具有良好的控制效果。

基于OBE理念的智能控制课程教学改革

为提高自动化专业智能控制课程的本科教学质量,针对目前智能控制课程的教学内容理论性过强、学生仿真能力低、教学实践少的问题,提出基于OBE(Outcome Based Education)理念的智能控制课程教学改革方法。分析了智能控制课程的特点、教学现状以及存在的问题,根据自动化专业发展趋势并结合智能控制应用于机电系统的具体实例,基于OBE理念设计理论、仿真与实验相互融合的教学内容,通过任务驱动式方法和问题启发式方法改革授课方式,采用自主式、探索式、团队式相互融合的方法改革实验教学,探讨提升复杂工程问题解决能力的理论与实践相结合的考核方式。该课程改革深度融合OBE理念,将提高智能控制课程学生的学习积极性、理论与工程实践融合的能力以及解决复杂工程问题的能力。

蒸汽直接加热模具型腔的温度控制系统的研究

注塑件的表面质量关系到注塑件的后续加工及产品寿命,为了消除注塑件表面的缺陷与变形,提出了蒸汽直接加热模具型腔的模具温度控制原理,并研制出了相应的高光模具温度控制设备。该设备由高温水蒸气和高温干空气制备两大系统构成。其工作过程为:首先将经过去除杂质和离子的高温水蒸汽通入模腔,并将模面加热到设定温度,然后将高温干空气通入模腔,吹除模腔中的残余冷凝水。通过可编程序控制器实现对高温水蒸汽和高温干空气通入模腔的先后顺序与通入时间进行精确控制,最后使模面达到注塑要求所需的温度。该方法只加热模面及以下1 mm～2 mm厚的模芯,故极大地缩短加热时间和减少用电量;由于前后模模面均被加热,使融胶的流动性增强、融胶前锋温度和压力增高,消除了注塑件表面缺陷和变形。

融合工程实践的现代控制理论课程教学改革

《现代控制理论》是自动化专业的核心基础课程,具有理论性强、概念抽象、逻辑性强、矩阵公式繁多、与实际系统结合度低等特点。为了提高自动化专业《现代控制理论》的教学质量,提出一种与自动化工程实践相融合的《现代控制理论》教学方法,随着每一章节的讲解,将抽象的理论概念与强逻辑性的控制系统分析与设计方法循序渐进地应用到同一个自动化工程实例中,强化学生深入理解抽象的理论知识,提高理论知识与工程实践相结合的能力,从而提高学生对课程的积极参与度以及学生认识、分析、研究和解决自动化工程问题的能力。

随机丢包时延网络控制系统动态输出反馈控制

针对传感器与控制器、控制器与执行器之间具有随机丢包和时延的网络控制系统,研究统一建模及动态输出反馈控制问题.采用多个马尔可夫链分别描述前向通道和反馈通道的随机丢包与时延过程,将闭环网络控制系统建模成具有多个模态的马尔可夫随机跳变系统.利用增广矩阵技术和李雅普诺夫方法得到闭环系统随机稳定的充分条件,给出动态输出反馈控制器的设计方法.通过倒立摆系统验证动态反馈控制的有效性.

基于一种快速变量正负序分离方法的不平衡电压下双馈发电系统控制策略

根据正交坐标系的数学关系,提出一种快速变量正负序分离方法,称之为"准无延迟正负序分离算法"。相较传统的基于广义二阶积分滤波器设计和T/4延迟分离法,该方法可更快速准确地实现三相交流变量的正负序分离。仿真表明配合双馈风力发电系统的不平衡电压控制策略,可有效提高该系统在电网电压不平衡情况下的控制性能。