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关键词： 车队   自动控制   串稳定性   深度强化学习   神经网络  

摘要： 随着我国社会经济的不断发展,汽车保有量不断增加,随之带来的燃油消耗、道路拥堵和交通安全等问题也日趋严重。商用车作为目前货物运输的主要途径,截至2021年1月我国商用车货运规模占总货运规模的74.4%,同时载货商用车燃油消耗占总燃油消耗量比例超过50%,且仍有上升趋势。因此如何提高商用车的行驶安全性及燃油经济性具有重要意义。随着通信技术、控制方法和传感等技术的不断发展,先进的商用车编队控制方法被证明对提高车辆行驶安全性、提高燃油经济性和降低排放具有重大的社会经济效益。目前在车队控制器的研究中,考虑通信延迟、拓扑结构和串稳定性的条件下,大多数车队控制都是基于MPC和PID等控制方法进行控制。随着深度强化学习的发展,智能体能根据复杂周围环境状态决策出控制量,对于车队系统的控制有很大的益处。同时,在设计商用车队列控制器时,大多数研究人员将车辆视为质点,使用简单的线性运动学模型或3自由度车辆模型为基础模型,对车辆进行建模研究,无法准确地表达车辆系统自身的动力学特性及车队行驶过程中的横纵耦合作用。因此,针对上述问题提出使用强化学习对车队进行编队控制,将车队跟随车看成一个智能体进行训练,将车队内的信息交互看作具有马尔科夫性质的决策过程,使用神经网络作为函数近似器将状态空间映射到动作空间中。并在训练过程中使用六自由度动力学模型对车队单车进行动力学建模,使得车队单车的动力学特性更加真实。本文的主要工作内容如下:(1)基于Matlab/Sumo的强化学习框架搭建针对强化学习训练环境建模问题,本文选用Sumo作为交通仿真软件,使用Traci4Matlab接口实现了Sumo与Matlab的信息交互,搭建了联合仿真平台。同时,在Simulink环境中使用系统方程将Sumo封装成Simulink功能模块,实现了基于Sumo的强化学习实时训练。最后在Matlab中搭建了包含车队智能体、智能体训练环境、车辆动力学模型和神经网络的强化学习训练框架。(2)商用车队列模型搭建针对商用车建模问题,本文使用研究室已有的六自由度动力学模型来对商用车进行建模研究,使用Truck Sim验证了模型在商用车参数下的有效性,分析了固定求解步长下不同求解方法的求解精度。对五台车组成的同质车队进行研究,确定了采用可变车间距策略和车队内的通信拓扑结构。(3)强化学习车队智能体搭建及训练通过八组试验对比了不同神经网络结构对车队智能体训练效果的影响,确定了多神经元、少隐藏层的神经网络结构对车队智能体进行训练,并根据大量探索确定了神经网络的训练参数。在连续空间中对车队状态空间和动作空间进行设计,同时根据车队性能要求设计奖惩函数。最后在搭建好的强化学习框架中进行训练,通过不断验证智能体是否具有有效性,确定最终车队跟随车智能体策略。(4)深度强化学习控制方法有效性验证本文在固定道路曲率的环形道路上对训练好的跟随车智能体进行仿真验证,设置领航车分别以匀速和变速工况进行行驶,观察跟随车在不同速度工况下能否很好地跟随领航车,并实现串稳定性。

关键词： 自动控制   化工企业   安全生产   应用  

摘要： 随着科技的日益发达，自动化技术在工业生产中也获得了越来越普遍地运用，通过对信息进行收集、传递以及处理等环节来完成生产过程的控制和管理。目前化学工业已开始逐步步入到信息化时期，在化学安全生产中发挥着巨大的作用。本文首先介绍了化工生产中自动控制的基本概念，分析了自动化控制技术对化学品安全生产的重要意义，并阐述了自动化控制技术在化学品生产中的实际运用，能够做到对化工产品进行实时监控和故障诊断、实现化工生产过程的紧急停车以及实现仪表的全过程监控。预测了化工生产中自动控制技术在未来的发展，分析了其未来在设备自动化检测系统、自动联锁报警系统方面的发展，体现出了自动化控制系统的重要性。自动化控制的实施，能够保证化工生产过程的安全与稳定，提高企业生产水平和经济效益。

关键词： 物联网   变电站辅助设备   单片机系统   自动控制  

摘要： 在电力系统中,变电站作为电气设备运行过程中极为重要的组成部分,对保障电网供电安全性及可靠性具有重大意义,其是否正常运行直接影响了整个电力系统的安全以及经济效益。变电站的安全稳定运行很大程度上取决于变电站中一次设备的正常运行,而变电站的辅助设备正是保障一次设备能稳定运行的重要组成部分,对此本文研究了一套基于物联网的变电站辅助设备监控系统。本系统通过物联网技术可以实时有效的进行数据共享,在手机App客户端以及One Net云平台进行远程监控,此举有利于消除信息孤岛,便于统一管理变电站辅助设备的环境数据。本文设计的基于物联网的变电站辅助设备监控系统包含环境监测与火灾防护两方面的功能,首先利用DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和MQ-9可燃性气体传感器采集环境数据,利用GP2D12红外测距传感器获取传感器至窗户的距离,并以此判断窗户的关合状态。再根据采集到的环境数据信息,STM32单片机会采用不同的控制策略,最终实现自动控制。当检测到室内温度过高时或室内相对湿度过大的时候,驱动电机打开风扇降低温度或湿度,当检测到室内烟雾浓度过高时发出警报并关闭窗户,当检测到室内可燃性气体浓度过高时发出警报并打开窗户。在OneNet云平台中选择EDP协议接收从ESP8266 Wifi模块上传的数据,通过在云平台创建的监测平台远程查看变电站辅助设备的环境数据信息、风扇开关状态以及窗户闭合状态。利用App Inventor开发变电站辅助设备监控系统的手机客户端平台,将云平台获取的数据下发至手机客户端,以此在手机客户端也可以远程查看相关数据。经过多次稳定性测试以及事故测试,实验结果表明,本文设计的系统具有良好的稳定性及可靠性,对于变电站辅助设备监控的发展具有一定程度的实用价值,达到了设计之初的目的。

关键词： 智能料场   防错料混料   自动化   自动控制  

摘要： 在大型钢铁企业生产过程中，需要大量的原料、燃料，由此原料厂、焦化厂成为必不可少的工艺系统，其中焦炭质量决定了高炉铁水的产量，智能料场建设尤为重要，其中智能料场给焦化上煤防错料混料实现自动化，满足自动控制成为重中之重。焦化上煤防错料混料的自动控制系统，通过采集焦化厂自动化设备状态，在原料厂成功实现了焦化上煤防错料混料的自动控制。通过实践证明，此套自动控制系统技术成熟，向相关领域行业内推荐实施性高。

关键词： 低浓度煤矿瓦斯抑爆   变压吸附浓缩   西门子PLC   控制系统  

摘要： 低浓度煤矿瓦斯抑爆式变压吸附浓缩技术在能源问题日益受到世界各国重视的今天变得格外重要。加强对低浓度煤矿瓦斯的开发利用,不但可以遏制瓦斯事故,还可以减排温室气体。相对于其他国家,我国煤矿瓦斯赋存条件相对较差,同时受地质条件复杂和适应性技术不到位等的影响,目前煤矿瓦斯总体产量和利用率还比较低,对待低浓度煤矿瓦斯,很多煤矿的做法是抽放排空,没有得到合理有效利用,而且造成严重的大气污染和温室效应。针对目前低浓度煤矿瓦斯变压吸附浓缩技术在抑爆技术、设备全自动化和实时监控等领域依旧存在一些问题,本文基于西门子S7-1200PLC设计了一种低浓度煤矿瓦斯抑爆式变压吸附浓缩的自动控制系统来应对这些技术性难题。系统通过其自实时仿真系统画面同时监测浓缩过程中的各个阀门的开关情况;抑爆是通过报警系统画面显示以及出现爆炸情况时系统做出的紧急操作;在运行时对煤矿瓦斯浓度进行检测,传入的检测数据如有波动可及时调节参数使其以最快速度恢复至最优工况;在生产的外部情况或者生产需求发生变化时,为了保障生产需求,通过调节自身的控制来进行对生产的实时控制和优化,确保生产的安全和稳定。PLC可以扩展网络通讯功能,实现远程的多平台监视和控制,来实现远程将生产现场的相关参数进行修改和调整。设备出现异常也可以通过多平台进行报警提醒,避免只能通过现场的画面对异常调控,进一步保障了操作人员的安全性也为技术人员提供了便利性。根据研究内容和控制要求确定了控制系统的选择,通过对变压吸附工艺中吸附塔连接处的气动阀门控制,进料气和出气口阀门的控制,将变压吸附中原料气浓度和缓冲罐中气体压强的检测数据传输到系统中进行分析,对控制系统的硬件选型和软件编程进一步实现在线对低浓度瓦斯抑爆式变压吸附浓缩的自动控制。图 46 表 11 参 94

关键词： 转运车辆   控制系统   视频异常检测   多示例学习  

摘要： 钢铁产业是国家基础性行业,钢铁产业的发展对推动社会经济发展具有重大意义。美国早已成功实现了钢铁产业的电气化转型,而国内仍处于钢铁产业成长阶段,许多工序仍然采用人工手动控制。随着国家高新技术产业不断发展,这样的生产方式已经无法满足国内对钢铁生产的需求。其中炼钢厂转运车辆的控制是一个炼钢厂生产过程中的一个痛点,传统转运车辆的运动由人工控制,存在定位难、效率低、危险系数大、车辆状态无法获取等问题,为此本文以炼钢厂中转运车辆为研究对象,采用自动机理论对转运车辆控制系统进行建模设计并分析。 本文根据转运车辆的工序情况利用自动机理论对其分析建模。首先,对炼钢厂转运控制车辆的工序流程和现场空间布局进行了解,由此进行控制系统的设备区域分布和电气布线设计。再根据转运车辆控制系统的输入输出以及其工序流程,对转运车辆控制系统由输入不同而产生的状态变换进行分析,并设计各个状态的自动机模型包括手动模式自动机、远程自动自动机、远程点动自动机、本地(钢包车)控制自动机,整合系统各个状态的自动机模型得到系统整体的自动机模型;其次,给系统各个模式分配状态得到状态矩阵,推算出各个触发器的输入表达式以及系统的输出表达式。根据输入和输出逻辑表达式可完成转运车辆控制系统逻辑程序的编写。根据设计的控制程序对转运车辆进行整体实验测试,表明了设计的转运车辆控制系统具有一定的可行性,有效提高了钢水转运的生产效率,改善了现场工作人员的工作环境。 为了保障转运车辆的工作过程顺利进行,以及防止出现重大事故,本文对转运车辆控制系统的安全性进行了研究,提出了基于长短时记忆的TMMIL(Time Memory Multiple Instance Learning)炼钢厂转运车辆区域视频异常检测算法,针对场景中的烟雾、火光导致识别精度下降的问题,采用限制对比度自适应直方图均衡增加对比度,提高了场景的可识别度并丰富场景的色彩表示。TMMIL算法在多示例学习框架下融合I3D(Two-Stream Inflated 3D Conv Nets)与LSTM(Long Short-Term Memory)网络进行增强外观和空间记忆力。该算法通过I3D网络提取视频光流和RGB融合特征,采用LSTM长短时记忆网络提取历史外观和空间记忆在当前阶段的表征,提高视频特征的准确性;在异常检测时,提出多示例排序与均方差的融合损失,其中多示例排序损失可提高异常和正常事件区别度,均方差损失可降低正常事件的差异程度,通过结合两种误差能够提高正常和异常事件可分离性,以此提高模型的异常检测辨识度。该算法在自制的转运车辆“吊包位东”监控区域数据集上进行实验取得了99.37%的AUC性能,并且在Shanghai Tech数据集上进行实验,与其他算法对比也能有很好的性能。 最后搭建了转运车辆区域监控报警平台,包含现场摄像头组、服务器和PLC控制器。摄像头组将现场图像发送到服务器进行视频异常识别,服务器部署了TMMIL算法对现场摄像头进行异常识别并通过可视化交互软件进行结果展示。产生的报警信息传递给控制器PLC,用于指导PLC对现场转运车辆的控制。经过实验验证,该平台能够很好的对现场发生事件进行有效判别,有效提高了钢水转运工序生产的安全性。

关键词： 中子散射   转角台   极端环境   自动控制  

摘要： 多维度转角台是各类光学实验以及中子散射实验的重要部件,其可以令样品单晶以空间中一点为圆心进行多个方向的旋转,其独特的优势使得转角台设备在单晶空间姿态调整方面越来越多的被应用。本文首先对中子散射、散裂中子源以及高能非弹谱仪的基本原理进行了介绍,给出了自动化多维度转角台的应用环境以及研究意义。为了便于多维度转角台的自动化控制研究,本文结合实际应用环境详细调研了目前相似转角台的相关特点以及发展现状。然后分析了现有的设备在空间尺寸、极限环境耐受性以及自动化控制方面的局限性,并根据目前高能非弹谱仪的结构设计,总结了多维度转角台的关键技术以及亟待解决的技术问题,并进行分析解决,本文的主要工作内容如下:1)依据非弹性中子散射谱仪样品腔现状,设计能够满足实验需求和尺寸要求的多维度转角台,并对其强度进行校核,确保能够满足不同实验环境的要求,诸如超低温、高温、真空环境等。2)通过加装步进电机和控制软件,实现多维度转角台设备的远程自动化控制,同时配以单晶样品三维坐标矩阵计算功能,从而避免实验人员操作过程中接触被中子辐照过的样品,并避免反复升降温和打开样品腔,在节约时间的同时,使得多维度转角台的操作更加精准。3)在多维度转台中,步进电机是最为关键的动力原件,步进电机的稳定运行是保证系统有序运作的有力保障,而控制系统则需要明确控制逻辑,防止在运行过程中产生冲突导致系统运行紊乱,同时人机交互界面也需要获得系统内部控制逻辑的支持。

关键词： PLC   工业   机床   自动控制系统   设计  

摘要： 在如今的工业领域，机床自动控制系统在进行自动化生产的过程中，因为不能有效控制机床的各项参数，所以在很大程度上影响到了加工生产的速度。因此，本文基于PLC（可编程逻辑控制器）对工业机床自动控制系统展开了全面的设计。工业机床自动控制系统设计主要涵盖了硬件设计和软件设计两部分，在硬件设计中通过全面优化电源和电路，选择了PLC控制器的型号；在软件设计中，有效控制了系统参数和控制方法，然后利用技术全面更改了编程方案，实现了工业机床的自动化控制。

关键词： 亚龙YL-235A   光机电一体化   自动控制   工件分拣包装  

摘要： “职教二十条”的颁布实施，使高校对职业教育的模式有了新的认识和要求，其中最重要的一个方面是职业教育要与生产实际相对接。在教学实践过程中，将机电一体化课程进行教学内容重构，将教学内容分解为多个与生产实际相符合的工作任务，辅助以亚龙YL-235A型光机电一体化设备，可以让学生在接近真实的生产环境中学习，将电力驱动、PLC原理及应用、传感器技术与应用、液压与气压传动等课程进行整合，提高自身将理论联系实际的能力。在生产实践中，经常遇到按材质或颜色对工件进行分类的任务要求，利用亚龙YL-235A型光机电一体化设备设计工件分拣包装装置，是机电一体化课程教学内容重构之后的典型工作任务，具有很强的代表性和学习价值。

关键词： 米酒   酿造   温度控制   自动控制   传热  

摘要： 贵州省米酒生产机械化程度仍处于较低水平,依然是传统的生产方式,部分米酒酿造企业引进了酿造装置,但这些酿造装置的自动化、智能化不高,并未将整个系统构建成一个自动化的生产线;家庭作坊酿造装置主要为简单的蒸煮、蒸馏功能单一的装置,自动生产装置较少。因此,利用现代发酵工程技术改进传统的食品生产工艺已经成为时代发展的必然趋势,通过分析影响酿造过程和产品品质的关键控制指标和控制节点,建立标准化的米酒、酒曲生产工艺,利用数字化设计和制造技术,结合感知物联和智能控制技术,建立米酒智能生产线,实现米酒生产的精细化操作和定量化控制,确保米酒品质的稳定。开展米酒自动化酿造装置的研究课题有重要意义,打破家庭作坊酿造方式,提升米酒酿造中小型企业的酿造工业技术;此外,米酒自动酿造装置还可作为现场设备为终端提供数据,推动贵州米酒产业发展。本文研究内容及过程如下:(1)分析了贵州米酒酿造工艺,结合酿造工艺设计了一种米酒自动酿造装置,完成了装置总体设计,绘制了米酒自动酿造装置的图纸,并且已将装置加工完成。(2)对锥形发酵罐的加热温度场仿真分析,研究从低部加热发酵液的方案对发酵液加热温度分布的影响,和实验数据对比分析,仿真结果于实验结果基本一致,加热过程温度在发酵罐内部垂直方向上产生温度分布不均匀问题,不能有效的控制发酵温度。所以对原发酵方案提出了改进方案,并进行了模拟仿真分析,得出由壁面加热方案更加合理,容易实现罐内温度均匀分布,完成了发酵罐的优化设计。(3)完成了流酒温度控制系统的控制策略及其动态仿真。建立了流酒系统温控系统数学模型。对比了PID与模糊PID控制方式的动态仿真效果,模糊PID控制效果更优,认为模糊PID更适用于文中设计的温控系统。(4)设计了米酒自动酿造装置的现场自动控制系统和触摸屏HMI组态,完成现场控制以及人机交互界面的设计。设计了远程监控系统以及手机APP和web主站浏览,提供给企业系统运行监控测和数据保存手段。(5)完成装置的安装调试并开展了多次生产实验。生产的米酒各项指标均合格,认为装置有一定的先进性,分析了使用米酒自动酿造装置酿造与传统工艺对比,米酒自动酿造装置有诸多优点,助力酿造行业装备升级更新,提高产品质量的稳定性。