教学课程资源库 更多>>

关键词： 废水处理   自动控制系统   组态设计   模糊PID控制   粒子群优化算法  

摘要： 伴随着工业经济的飞速增长，大量的工业废水也随之产生，这使得水质污染问题变得越来越严重，国内外也出现了各种类型的污水处理控制系统。本文根据污水处理厂的实际需求，研究设计了基于EDPF-NT+的污水处理自动控制系统，这对提高我国污水处理控制系统的国产化水平具有重要现实意义。主要内容如下：　　（1）对污水处理控制技术的现状与发展进行分析，结合国内外在污水处理的发展现状，指出了我国污水处理方面存在的问题和发展趋势。详细介绍了某污水处理厂的污水处理原理和的实际工艺流程，阐述了某污水处理厂的关键工艺自动控制需求。　　（2）针对污水处理系统中三容水箱液位控制系统的非线性、大时滞特性，建立了基于模糊PID控制的三容水箱液位控制系统，并引入了一种改进粒子群优化算法（PSO）优化模糊PID控制器的参数;通过MATLAB软件仿真实验，与普通PID控制、模糊PID控制对比，分析得到：改进PSO优化模糊PID控制器的超调量明显降低，可以使水箱液位的控制更平稳，系统响应速度和控制精度都能得到显著提高。　　（3）给出了基于EDPF-NT+DCS系统的污水处理自动控制系统的设计方案。从硬件设计和软件设计方面详细分析了DCS系统的功能架构。介绍了控制系统的硬件设备选型、现场控制设备的选型。根据某污水处理厂的污水处理实际工艺流程，开发设计了污水处理自动控制系统上位机监控画面，实现了对现场设备的远程控制、实时数据的采集、处理、记录和报警功能，并针对污水处理的关键工艺环节进行控制逻辑设计。同时，为了将本文提出的改进PSO优化模糊PID控制器应用于实际控制中，研究利用OPC技术与EDPF-NT+DCS系统的虚拟DPU、扩展I/O功能，实现MATLAB和北京国电智深的EDPF-NT+DCS系统的双向数据传输。　　（4）完成系统调试与运行，通过对系统的硬件调试和软件调试，证明了系统满足了污水处理的控制需求，实现了污水处理厂的稳定、可靠运行。硬件调试包括了系统上电前调试、上电调试以及I/O模块调试;软件调试包括设备单体调试与顺控调试、报警、性能、安全以及人机交互界面调试。最后对调试过程中检测出的一些问题进行了分析。

关键词： 智慧能源站   数据采集   自动控制   故障预警  

摘要： 随着能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，智慧能源站作为实现能源高效利用和节能减排的关键设施，面临着自动化控制与数据采集系统的升级需求。本文针对智慧能源站的数据采集与自动控制需求，设计并实现了一套基于物联网和人工智能技术的系统。该系统包括数据采集模块、设备控制模块、系统优化模块和远程监控模块，能够实现对能源站设备运行状态的实时监测、故障诊断和自动控制。系统采用多层次的安全设计，保障了数据安全和系统稳定运行。测试结果表明，该系统运行稳定可靠，能够有效提高智慧能源站的运行效率和管理水平，为智慧能源站的建设和发展提供有力支持。

关键词： 全实验室自动化   自动仓储设备   自动标定   自动控制  

摘要： 全实验室自动化受到了医疗科研机构和公司的广泛关注,其先进性为医学检验实验室的工作带来了巨大的发展。作为全实验室自动化系统中组成之一的血样检验流水线,包含血样自动仓储系统和离心系统等多个关键设备。由于运输和安装过程中存在误差,血样自动仓储系统内托盘存储位的空间位置不确定,血样转运托盘无法准确的取走或送出采血管托盘,需要对系统仓储区所有托盘存储位的空间位置进行标定。离心系统内有装卸机械手作业,由于离心机离心作业后转子吊篮的水平度难以保证,影响机械手的取出作业,需要对其水平度进行标定。本文针对血样检验流水线关键设备的自动标定问题,提出了一种基于激光测距传感器的自动标定方法,具体工作如下: 首先,分析血样检验流水线关键设备的结构特点及具体的指标要求,综合考虑成本及使用环境等因素设计血样自动仓储系统和离心系统的自动标定系统方案。对于血样自动仓储系统,有多单元拼接使用的可能,需要设计通用性的存储位置自动测量标定方案和自动标定算法,进而计算出仓储单元格的空间位置坐标,满足不同情况下的仓储系统自动标定;对于离心系统的自动标定,采用电机转动带动传感器,读取点集数据,基于改进的迭代重加权最小二乘法将其拟合成平面,进而计算出标定平面的倾斜情况。 其次,确定血样自动仓储系统的自动标定动作流程,建立仓储系统和离心系统的自动标定仿真模型,并进行仿真分析,理论上验证自动标定方案的可行性与合理性。 之后,建立血样自动仓储系统取送采血管托盘的时序仿真模型并进行分析;对血样自动仓储系统存储采血管托盘时的托盘存储位选取问题进行分析,建立仓储系统仓储规则的数学模型,考虑采血管托盘的血样数量和不同血样的复检率等出库影响因素,基于贪心算法优化仓储规则;建立无刷直流电机的数学模型,设计电机的控制器并进行仿真分析,验证电机的输出跟随特性满足使用要求。 最后,设计系统的ARM控制程序,搭建血样自动仓储系统和离心系统的实验样机,进行血样自动仓储系统的位置坐标自动标定实验和离心系统的转子吊篮倾斜情况自动标定测量实验,验证系统的自动标定满足设计要求,对自动标定后血样自动仓储系统存取采血管托盘作业的稳定性进行实验验证。

摘要： 电气工程及其自动化是国内高等本科院校中的热门专业，通过对该专业的工程教育认证，能够实现人才培养过程的标准化，提高毕业生的综合素质、就业质量和国际竞争力。“自动控制原理”是该专业的一门大类基础课程，在整个课程体系中占有重要地位，本文以该课程为例，从正反两个方向对专业认证过程中毕业要求达成度的评价方法进行讨论。工程教育认证是对教育机构或教育项目的正式认可，是对教育过程是否符合规定标准的检查。毕业要求是认证的通用标准之一,共有12个指标，用来支撑培养目标的达成。毕业要求可以基于专业分解成更加详细的指标点，指标点是经过选择的、能够反映毕业要求内涵且易于衡量的考查点。指标点与各门课程的教学目标之间存在对应关系，通过对教学目标实现程度的分析，可以得到指标点的达成情况。

摘要： 随着能源危机日益严重，人们的环境保护意识不断增强，新能源汽车受到了越来越多的关注。电力自动控制是新能源汽车研发与应用的一项前沿技术，探究新能源汽车中电气自动控制系统的应用，将为我国新能源汽车的安全、可靠运行提供有力的技术支撑，促进我国新能源汽车产业的快速发展。这不仅能为新能源汽车的电动自动控制提供理论支撑，还对推动新能源汽车的推广应用具有重要意义。

关键词： 玉米   归一化植被指数   实时变量   施肥决策模型   自动控制   聚类  

摘要： 针对不同生育阶段玉米对氮素的营养需求变化,合理施用氮肥对于提高玉米产量和品质至关重要。当前变量施肥技术可以根据作物实时生长信息和土壤养分状况进行精准施肥,从而提高氮肥利用率。目前我国在玉米种植领域的变量施肥技术研究主要集中在基于处方图的施肥机械设计与开发。处方图通常是根据作物生长信息、土壤状况等多种因素,通过卫星、无人机或地面采集等方法生成。然而基于静态数据的处方图变量施肥方式存在时效性的局限,难以满足玉米在不同生育阶段对氮素动态变化的需求,因此基于实时光谱信息的变量施肥技术显得尤为重要。本文针对玉米中耕期增施氮肥的农艺要求和技术指标,以黑龙江省赵光农场玉米作为研究对象,基于车载光谱传感器建立了玉米中耕实时变量施肥决策及控制系统,并开展了实时变量施肥决策及控制系统的性能测试和田间试验。主要研究内容和结论如下: （1）研究光谱传感器在不同观测条件对玉米冠层光谱数据的影响。通过NDVI光谱传感器获取玉米冠层的光谱反射率信息,引入变异系数CV对由冠层二向反射特性引起的信息数据变幅进行量化,并采用影响因素权重W分析各观测参数对数据变幅的影响程度。结果表明,不同观测条件下玉米冠层NDVI的变异系数为3.77%～25.70%,玉米冠层RVI的变异系数为3.99%～23.72%。同时通过Pearson相关性分析获得NIR、RED与各观测参数之间的相关系数。观测时传感器的移动速度和观测频率与玉米冠层光谱信息数据无显著相关关系（p>0.05）,传感器距玉米冠层的检测高度、太阳天顶角以及观测方位角与玉米冠层NIR、RED数据与观测结果相关关系极为显著（p<0.01）。 （2）研究车载光谱传感器不同检测高度的NDVI数据校正模型以及NDVI的日变化模式。通过地面校正、动态阈值结合以及模型校正的方法对不同检测高度的NDVI数据进行校正,利用PROSAIL模型模拟了不同太阳天顶角下反射率变化趋势。结果表明,Greenseeker光谱传感器最佳检测高度为80 cm。在高度校正方面,基于SVR模型的回归校正预测性能最优,回归预测R2为0.90。确定了基于光谱传感器的玉米冠层NDVI日变化模式,玉米冠层NDVI日变化在V6-V8生长阶段表现出可重复的V型。 （3）构建了基于改进的PCA-GA-BP模型反演玉米中耕期作物氮含量。以黑龙江省赵光农场内V6-V8阶段玉米为研究对象,通过Greenseeker获取玉米V6-V8冠层NDVI数据,获取100个采样点的氮含量、株高及鲜物质重。基于PLS、GA-BP及改进的PCA-GA-BP等算法对玉米氮含量反演,结果表明,基于株高-NDVI的PCA-GA-BP反演模型获得最佳的综合性能,其训练集、验证集以及总体的R2分别为0.82、0.90、0.85。 （4）构建了基于玉米冠层NDVI与改进的PCA-GA-BP反演模型,并结合SOM-K-means算法对玉米氮含量进行管理分区。通过评价指标评价聚类性能,SOM-K-means算法表现出更高的效率和更好的聚类结果,同时经过剪影分析确定了最优的聚类数目为4,建立了玉米长势差异分布图。结果表明,根据统计学分析,未管理分区前研究区域NDVI的总体变异率为15.24%,经聚类分区后NDVI变异率仅为6.94%,降低了研究区域内NDVI的变异性,实现了对不同生长状态玉米的管理分区,。 （5）针对黑龙江省赵光农场玉米中耕时期缺乏变量施肥决策模型的问题,构建了基于玉米冠层NDVI的实时变量施肥决策模型。通过改进一阶低通均值算法,优化施肥量计算方式,确保决策模型符合玉米中耕施肥农艺要求。进一步结合阈值与改进算法,通过土壤NDVI数据聚类分析确定土壤NDVI阈值,并将此土壤NDVI阈值融入决策模型中,有效提高氮肥的利用率。实时变量施肥决策模型经田间试验验证,在黑龙江省赵光农场第四管理区11-1号地的变量施肥试验中,结果表明可提高84.8 kg氮肥利用率,氮肥利用率提高6.02%。 （6）通过台架、田间试验,对实时变量施肥决策及控制系统性能进行验证。模糊PID控制转速台架试验结果表明,基于模糊PID控制平均相对误差为1.93%,与常规PID控制相比,基于模糊PID控制的相对误差降低了1.36%,基于模糊PID控制的田间试验结果表明液压马达转速控制平均相对误差为2.78%。对实时变量施肥田间试验数据进行数据分析,主要包括施肥准确性分析、施肥决策模型统计分析以及通过10 m分辨率的遥感影像分析变量、常规施肥前后长势差异性变化。结果表明,排肥轴转速设定范围在30～52 r/min时,排肥轴转速控制平均相对误差为1.59%,排肥轴转速控制精度较高。长势差异性分析结果表明,变量施肥试验区域在施肥后,变异系数最大降幅21.55%,且NDVI均值高于传统定量施肥试验区域。实时变量施肥控制系统性能

关键词： MEMS陀螺仪   低噪声   小频差   自动控制   静电双边带激励   温度误差  

摘要： MEMS陀螺仪是一种芯片化角速率传感器,具有低成本、可批量化生产、高精度等优势,已经在惯性导航系统、无人驾驶等领域被广泛应用。由于刻蚀误差的存在,使得晶圆内及晶圆与晶圆之间的陀螺仪频差具有离散性,导致机械灵敏度及噪声等指标需要通过人工进行逐只调节,实现统一化。在陀螺仪正常工作时,检测谐振器无法谐振,只能进行频域分析获得其检测频率,因此采用人工实现统一化费时费力。因此,本文基于静电虚拟激励的方法开展了低噪声MEMS陀螺仪小频差自动控制技术研究。 (1)小频差陀螺仪噪声理论分析 基于自研陀螺仪构建其理论模型,分析陀螺仪动力学原理及测控原理,得到频差对于机械灵敏度及噪声等指标的影响,测试并统计了同一块晶圆上频差分布,明确频差控制目标及所能实现的覆盖范围。 (2)零输入时小频差自动控制方案设计与仿真 针对批制备的陀螺仪频差具有离散性的问题,结合自研陀螺仪结构,基于虚拟静电激励模拟科氏力的方法在零输入(驱动闭环断开)时进行频差自动控制方案设计与仿真。使用Simulink对小频差自动控制方案构建机电系统模型,对各个模块进行设计与功能仿真验证,并对小频差自动控制系统的功能进行仿真验证,并进行电路设计。 (3)实时频差自动控制方案设计与仿真 针对陀螺仪进行一次频差控制后,其频差也会随着外界温度的变化而变化的问题,结合自研陀螺仪结构,基于虚拟静电双边带激励的方法进行实时(驱动闭环闭合)小频差自动控制方案设计与仿真。使用Simulink设计静电双边带激励信号模型,以及二次解调滤波模型进行设计,并完成系统功能验证,并设计测控电路绘制PCB。 (4)实验验证与分析 初始压差22V的情况下,反馈电压在0～5V的范围内,零输入的系统可以将初始频差为463.3～568.3Hz的陀螺仪的频差全部自动控制在100Hz。初始压差-18V的情况,实时的系统可以实现将频差自动控制在103Hz,且不影响角速度测试,当温度从40℃变化至80℃,频差会提高1.4Hz,而通过实时频差自动控制系统,频差均被控制在103.3Hz。测试同一只陀螺仪在不同频差下的噪声,当频差为410Hz时,其零偏不稳定性为2.7°/h,而频差为103Hz时,其零偏不稳定性仅有为0.16°/h,实现低噪声。