基于平行Petri网的制造系统调度与控制一体化方法

为了消除制造系统调度层与控制层之间的隔阂,实现对生产事件快速灵活响应,本文提出了一种调度与控制一体化的方法.首先,定义了一种新型Petri网模型,即平行Petri网,从而集成地描述了传感器、执行器、任务和资源信息,构建制造系统的信息物理系统模型;其次,提出了一种从平行Petri网到赋时Petri网的抽象简化方法,大规模压缩优化调度所需搜索的状态空间;再次,定义了策略Petri网以描述最优调度策略.最后,给出了平行Petri网与策略Petri网同步执行算法,使得平行Petri网与物理系统同步执行.

基于执行器冲突预防的平行Petri网控制系统设计

为了获得可靠安全的控制系统,提出一种执行器冲突预防的平行Petri网设计方法。利用智能体扩展了平行Petri网定义,并设计平行Petri网执行算法;给出Petri网3种基本模块的设计方法,将生产工艺转化为Petri网模型;设计了执行机构冲突预防算法,通过添加控制库所避免Petri网进入冲突状态,得到无冲突的Petri网模型。最后,通过C语言和Twin CAT联合编程,在一个芯片检测系统上进行实验,验证了该方法的可行性和有效性。

逻辑控制器设计与离散事件系统监控理论

物联网等通信技术将越来越多的控制元件集成起来,导致系统规模快速增长,逻辑控制规范也日益复杂,任何逻辑错误都可能造成重大事故和人身灾难,再加上"维数灾"问题,安全可靠的逻辑控制程序的设计和调试面临巨大的计算复杂性难题.而离散事件系统监控理论旨在研究复杂控制规范的设计和实现问题,将连锁、互斥、字符串语言等复杂控制逻辑描述为自动机或Petri网,然后转换为可编程逻辑控制器或现场可编程门阵列上执行的程序代码.本文综述了现有的逻辑控制器的形式化设计方法,主要涉及如何利用监控理论(自动机或Petri网)来缩短程序开发周期、提高程序可重用性和确保程序可靠性和安全性等问题.

采用C#的多轴联动石材桥切机控制系统设计与仿真分析

设计基于PC机和运动控制卡的多轴联动石材桥切机控制系统,自动提取绘图交换格式(DXF)文件的图形信息,采用直线拟合法加工轮廓曲线,实现刀具的自动化加工,并用C#语言自动生成机床常用的数控G代码和运动控制卡代码(Galil代码).通过VeriCut软件仿真及软硬件的实机测试表明:G代码成功地用于机床仿真加工,Galil代码成功地用于机床实验平台自动化空载运行,且实现了圆盘锯加工圆弧和椭圆轮廓.

热定型过程织物单位面积质量在线控制系统建模及其滞后补偿控制设计方案

设计热定型过程织物单位面积质量的在线控制系统,提出"质量转移"的建模思想,通过等效简化得出热定型织物单位面积质量与过程参数之间的对应关系,建立以单位面积质量在线控制系统定后单位面积质量为被控变量的过程模型,并基于实际生产数据验证模型的有效性。在此基础上,设计比值-Smith预估控制系统对热定型过程中存在的大滞后非线性进行补偿。研究结果表明:该方案能明显缩短单位面积质量控制系统的调节时间,提高控制的稳定性和精度。

混合脑机接口系统的眨眼与运动想象控制方法

针对单一运动想象脑机接口实验控制命令数量不足的问题,在单一运动想象系统的基础上,提出基于眨眼控制干预移动机器人的研究方法.首先,采用主动形状模型算法进行人脸识别和人眼定位;然后,利用眼部纵横比算法计算实时的数值,实现实时眨眼次数的统计;最后,将与眨眼次数相匹配的眨眼策略转化为对应指令控制移动机器人运行,进而实现通过眨眼和运动想象控制实时干预移动机器人状态的目的.为了验证该方法的有效性,邀请数位受试者进行基于眨眼和运动想象控制的混合实验.实验结果表明:该方法能够准确、高效地干预移动机器人的实时状态.

线性离散时不变系统的分数阶相位校正迭代学习控制

针对带有随机干扰的线性离散时不变系统,提出一种分数阶相位校正迭代学习控制算法.设计一种新型相位超前校正与分数阶迭代学习控制相结合的迭代学习控制(ILC)学习律.基于频域分析方法,得到分数阶相位校正迭代学习控制在算法开、闭环两种情况下的频域收敛条件.结果表明:文中算法显著提高了ILC跟踪误差的收敛速度和收敛精度,具有先进性和有效性.

基于扩张状态观测器的迟滞非线性系统辨识

针对一类迟滞非线性系统提出一种参数辨识新方法。通过构造合适的周期输入信号,分析Bouc-Wen模型的积分特性,该特性在后续线性参数与迟滞参数辨识中起到重要作用。利用扩张状态观测器获得系统状态和等效扰动构造方程组,实现线性参数和非线性参数的分离辨识,所有参数通过线性方程组求解得到。通过数值仿真验证了方法的有效性。最后,方法应用于一类压电系统的迟滞非线性模型辨识,所得模型能够很好地反应实际系统的特性。

非均匀有理B样条的挖掘机器人作业过程中自主避障控制

为解决挖掘机器人在作业过程中遇到大障碍物时无法及时调整动作的问题,提出一种基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线的轨迹规划方法.利用3次NURBS曲线插值实现特定的挖掘曲线,在与大障碍物发生碰撞时,通过调整权重因子改变挖掘机器人的局部挖掘轨迹,并且保证轨迹具有良好的平滑性和连续性.仿真实验表明:所提的轨迹规划方法能够实时调整铲斗位姿,进而改变挖掘路径,使挖掘机器人成功避开障碍物,实现自主平滑挖掘.

区间长度可变的反向混沌优化算法

针对现有算法在大空间和高维度寻优存在效率较低的问题,提出一种区间长度可变的反向混沌优化算法,并证明了该算法以概率1收敛于全局最优解.算法采用区间长度可变的反向优化策略,利用反向优化方法增大算法进化过程的多样性,使优化的变量区间不断减小.同时,提出基于Fuch混沌映射的反向混沌优化策略增大算法逃逸局部极值的能力,以及两级优化策略提高算法执行后期的寻优精度.通过22个基准函数测试结果表明,本文提出的算法与改进的混沌优化算法以及其他智能优化算法相比,其搜索的综合性能要优于其他算法.

考虑数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化分析

首先,根据变压器的实物,采用MATLAB/Simulink软件搭建变压器的仿真模型;然后,选择通用串行总线(USB)采集卡作为采集设备,采用Labview软件设计出相应的采集程序;最后,在多种联合仿真技术中,选择仿真接口工具箱(SIT)作为最合适的联合仿真方法,并在联合仿真程序中加入报警程序。结果表明:该数字孪生平台具有准确性和可靠性,可运用于变压器匝间短路的检测。

基于VxWorks的卫星姿态确定系统实验教学

提出一种基于VxWorks操作系统的仿真机和Matlab RTW的卫星姿态实时确定半物理仿真综合实验系统,用来模拟卫星姿态确定系统的工作模式。利用Matlab建立卫星姿态动力学模型和多种姿态确定算法,在目标仿真机中模拟卫星的姿态动力学特性以及姿态传感器特性,通过与实际的姿态测量部件提取真实的器件误差以及电子学噪声,完成对微纳卫星的姿态确定的计算机仿真与半物理仿真。根据卫星姿态确定的精度结果,评价姿态确定方法的有效性。通过卫星姿态确定的实验教学,引导和发挥学生的主观能动性,培养学生创新能力。

冷缩式电缆中间接头附件参数的有限元法优化

为了研究冷缩式电缆中间接头的电场分布并对其结构参数进行优化,首先,建立电缆中间接头的有限元仿真模型;然后,利用该模型对中间接头的结构参数配合进行分析;最后,根据分析结果制作一个10 kV冷缩式电缆中间接头,并对该样本开展局部放电和耐压试验.仿真与试验结果表明:通过合理优化应力锥和屏蔽管的结构参数,当应力锥的轴向长度、端部曲率半径及厚度分别为65,25和2.5 mm,屏蔽管长度和端口形状的分别为170 mm和90°,应力锥与屏蔽管之间的距离为60 mm,中间接头本体长度为420 mm时,样品的最大场强和最大切向场强小于30 kV·cm^-1(空气击穿场强)且其交界面上的电场分布较为均匀;其可通过局放与耐压试验,满足设计要求,为10 kV冷缩中间接头的合理设计提供理论依据.

运动想象脑机接口系统的Petri网建模方法

针对脑机接口(BCI)中的共享控制问题,提出一种BCI系统的Petri网建模方法.首先,将共享控制策略与BCI系统的内外部信息相结合,构建运动想象BCI系统的Petri网模型,描述系统的运行状态,分析和改进共享控制策略.然后,加入控制库所描述系统的外部输入,并通过合成Petri网的方法简化Petri网的建模过程.结果表明:所提方法能够正确地演化BCI系统的运行过程,提高BCI系统的适用性,可用于设计、验证和执行共享控制策略.

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的“抖振”现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.

基于自抗扰重复控制的压电驱动器高精度跟踪控制

针对压电驱动器的高精度控制问题,提出一种自抗扰重复控制设计方法。首先,给出压电驱动系统的动力学模型;然后,在线性自抗扰控制(LADRC)中引入输出反馈积分控制器和一类插入式重复控制器,提出一种具有阶跃、斜坡和周期信号跟踪/抑制能力的自抗扰重复控制策略。进一步,结合小增益定理,分析闭环系统的稳定性及控制系统的设计方法。最后,将所提方法应用于一类压电驱动系统,实验结果表明该方法与LADRC相比,能显著提升控制效果,且高精度跟踪/抑制多种外部信号。

可编程逻辑控制器的平行Petri网设计与实现方法

为了实现可编程逻辑控制器(PLC)的形式化设计,定义了一种可以感知和执行的新型Petri网,称为平行Petri网.将输入输出变量映射到库所结点上,描述了PLC的Petri网模型的一般设计方法,进而给出了其动态演化算法.通过C语言和TwinCAT联合编程,使得Petri网与被控物理对象平行演化,实现了Petri网对物理过程的平行感知和控制,并完成了实验验证.该方法可以缩短控制代码的开发周期,简化程序复用的复杂性,为平行系统在PLC工程中的应用提供了有效工具.

异型石材高效锯切优化策略

针对异型石材铣磨效率低下的问题,利用金刚石圆锯片大切割深度的优势,提出一种异型石材高效锯切粗加工优化策略.首先,用边界表示法描述锯切过程中的工件数据结构;其次,提出以八叉树算法搜索材料去除最大深度,获取相应的特征切削点和特征工件顶点,用于构造锯切平面,以实现工件材料去除量最大化;接着,以锯切加工时间最小为优化目标,分析金刚石圆锯片沿锯切平面走刀产生的截交面多边形特性,结合一刀切透方式,给出一种最短锯切行程的进给方向优化方法;最后,对路障球进行锯切工仿真实验.仿真结果表明:在材料去除量为1.091×10^7 mm^3时,相比传统磨削加工,所提锯切加工策略使去材效率提高了近7倍.

石材桥切机自动化加工过程的图形分析与路径优化

针对石材桥式切割机加工石料过程中的加工路径优化问题,基于C#设计一套控制系统.该控制系统通过解析绘图交换格式(DXF)图形文件中的多个图形元素获取数据信息,并利用数据信息针对复杂图形设计方案进行加工路径优化,以加工完所有图形轮廓的路径最短为目标.根据优化目标将其简化为多点之间的路径优化,应用遗传算法对各点数据信息进行遗传编码求得次优切割路径.最后,通过一个复杂工件的切割路径规划说明该方法的可行性和有效性.

石材桥式切割机多边形区域的粗加工优化

利用圆盘锯在粗加工方面具有切削深度较深和线速度大的优势,扩大石材桥式切割机的加工范围,研究其在多边形区域中的切削加工优化问题.首先,研究圆盘锯的切削几何特性,根据圆盘锯切触面特性,计算避免干涉现象的多边形内轮廓;然后,对多边形区域进行走刀方向优化,以减少进退刀次数,从而缩短加工时间;最后,为进一步缩短加工时间,采用最邻近点法对加工轨迹进行优化.通过对多边形区域加工的仿真研究,验证了提出方法的有效性.