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关键词： 载波抑制   耦合器   电调移相器   电调衰减器   自动控制  

摘要： 载波抑制可以在雷达、无线射频识别系统中对消发射端泄漏到接收端的载波功率从而提高接收机灵敏度,也可以提高锁相环回路中的反馈灵敏度从而降低信号源的相位噪声,还可以在信号调幅时降低无用功率占比从而提高传输效率,因此该技术在物联网、无线通信、雷达系统设计中具有十分重要的意义。本文根据矢量叠加原理,搭建了载波抑制系统基本框架,再利用ADS、HFSS等软件设计并制作相关组件,使用高性能指标的微波组件构建了高抑制度的载波抑制硬件电路。并在此基础上设计了数字控制电路,实现载波大幅度抑制的自动控制,以及在外部环境变化时对消电路的自适应调整。具体研究包含以下几个方面:1、介绍了载波抑制技术的研究背景以及基本原理,根据相关理论构建系统基本模型,设计电路基本结构并进行各部件的指标分析。2、对载波抑制电路进行分析,然后利用ADS、HFSS仿真软件设计出高隔离度的耦合器、高移相范围的电调移相器、高衰减变化范围的电调衰减器,分别对各器件进行测试后,将各组件进行连接测试,测得载波抑制度可以达到80 dBc,实现了较好的硬件电路的载波对消。3、对载波抑制控制系统进行分析,选择所需的高动态范围检波器和高精度的ADC和DAC芯片,设计相关控制系统的硬件与软件,实现了该系统的自动控制功能和外部环境变化时的自适应调整。测量结果表明,本文设计的载波抑制系统可以将10 GHz的5 dBm单频信号抑制到-90 dBm以下,且载波抑制度稳定大于95 dBc。

关键词： 中子散射超导磁体   实时监测   自动控制   控制系统   移动终端   可靠性  

摘要： 中子散射超导磁体产生的稳态磁场广泛应用于散裂中子源装置中的样品环境谱仪,对于改善中子散射样品环境的实验技术,意义深远。为了能够得到适用于中子散射的稳态磁场,需要对中子散射超导磁体的多维度参数进行实时检测,并对采集的多维度参数进行分析计算,得出相应的控制指令,有效可靠的控制中子散射超导磁体的主要设备,保障超导磁体安全稳定运行。针对中国散裂中子源样品环境对稳态强磁场的需求,本论文主要针对中子散射超导磁体的装配过程、信号检测、控制系统、远程监控等方面开展研究,开展了中子散射超导磁体系统的组装测试,搭建了信号检测和控制系统,为超导磁体安全稳定的运行提供了技术保障。围绕中子散射超导磁体的检测和控制系统,论文主要开展如下研究工作:1.中子散射超导磁体的数据采集与检测。首先对中子散射超导磁体系统的结构和功能进行了系统的总结,针对超导磁体的各种探测信号,搭建了中子散射超导磁体检测系统,从数据感知层、驱动层和应用层实现了检测功能,并通过13T中子散射超导磁体的励磁和失超实验,验证了该检测系统的可行性。2.中子散射超导磁体控制系统的研究。通过分析13T中子散射超导磁体的运行数据和运行状态,提出了自动控制、就地控制和现场控制的三级控制策略。对主要设备如超导电源、制冷机和抽空机组采用三级控制模式,对于一些设备如液位计、真空计等采取二级控制模式,加液氦和设置励磁电流等采用一级控制模式。通过对13T中子散射超导磁体系统的运行检测和控制,三级控制策略安全可靠的保障了超导磁体的稳定运行。3.中子散射超导磁体移动终端智能监控系统的研究。针对移动终端的控制系统,在局域网覆盖范围内,开发移动端APP,在监控界面上可以随时查看中子散射超导磁体的运行状态,也可以向监控室上位机发送控制指令,通过上位机控制超导磁体的运行。在移动网覆盖范围内,开发了一套紧急报警系统,当超导磁体运行出现温度、真空度、液位、压力异常等紧急状况时,能够及时推送报警信号至监控者的移动终端,监控者可以第一时间获知现场情况,采取必要的紧急措施,保护超导磁体的安全。本研究围绕中子散射超导磁体的监控系统在国内属于首次,课题组掌握和开发了具有自主知识产权的超导磁体监控器和13T超导磁体运行监控系统等技术,解决了中子散射超导磁体运行时的监控问题,很大程度上提升了中子散射超导磁体运行的可靠性。

关键词： 焦炉煤气制氢   气体分离   分子交换流   PID控制   系统能耗   单片机  

摘要： 我国是焦炭产量最大的国家,焦炉煤气制氢已逐渐成为制氢的重要手段之一,而焦炉煤气制氢是气体分离技术的应用之一。利用分子交换流进行气体分离是一种机制新颖的气体分离方法。当微通道中存在温度梯度时,混合气体在微通道中呈现自低温向高温的热流逸流,以及自高温向低温的泊肃叶流两种流动,这便是热流逸效应。根据热流逸效应,通过合理设置微通道两端的温差和压差,可以构建分子交换流。基于分子交换流的气体分离装置其结构简单、不存在运动部件、可由低品位热能驱动,与主流气体分离设备相比有鲜明特点。本文首先分析了混合气体在微通道内发生热流逸流、泊肃叶流的流速特性与分离情况。以焦炉煤气为例,研究了泊肃叶系数、热流逸系数随驱动力的变化,讨论了分子交换流的构建条件及焦炉煤气各组分在分子交换流下的流动行为,研究结果表明,随着驱动温差的增大,将越强化热流逸流而削弱泊肃叶流,且H2最为显著。利用分子交换流进行焦炉煤气制氢是可行的,这种方法下H2最容易被分离,CO次之,CO2最难。同时分析了分子交换流的驱动条件。基于分子交换流设计了气体分离单元及一种6级串联的焦炉煤气制氢系统,在分子交换流所要求的温差和6000Pa的压差下,系统所能达到的产品率达到75%,产出氢气浓度达到96%以上;载热介质采用100°C高温工业余废热水,冷却介质采用5°C冷冻水。并对其进行了工况分析,研究结果表明,微通道特征尺寸越大和组分浓度的增大,都将使得临界温度区间近乎线性增大;随着浓度的提高,温度对产品浓度的驱动能力也越来越小;随着级数的增加,原料气体中氢气的浓度越低,分离难度越大,所能得到的产品最高浓度也有所降低。以系统模型为基础,利用Matlab编写算法和simulink环境下搭建的温度自动控制模型进行联合仿真,系统通过电机转速调节流体温度。采用PID控制方法,并经由PSO进行参数优化整定后,系统灵敏度较优化前提高了57.54%。对系统性能和能耗进行了一定分析,系统从开始运行到达稳定状态过程中,系统总单位产品氢气能耗下降了63.2%。随着系统的运行,单位产品氢气能耗较按常规设计方法设计相比减少了43.6%,但是所得到的产品氢气浓度也会有所减少。与常规变压吸附制氢法相比较能耗减少了38.6%。最后在Proteus环境下对系统进行仿真。仿真模型主要依靠单片机集成温度和浓度传感器实现浓度检测、温度检测反馈、AD转换、PID控制、PWM信号控制电机转速和LED实时数据显示的功能。并进行了仿真数据采集,所采集到的温度结果误差在-0.56°C到0.74°C之间,检测得到的PWM占空比结果误差在-0.006到0.008之间。

关键词： 热轧粗轧   板坯头部   翘叩头   BP神经网络   自动控制  

摘要： 在热轧粗轧过程中,由于板坯厚度方向温度不对称或上下表面轧制边界条件不对称,引发的不均匀变形易在头部形成上翘或下叩形状缺陷。下叩严重时,板坯头部会冲撞辊道甚至冲入辊道底部;上翘严重则可能造成板坯冲撞辊道上方仪表装置,以及无法正常咬入轧机辊缝等生产事故。为尽量避免翘叩缺陷给企业生产造成不必要的损失,过去多采用人工监控和干预手段,控制效果完全依赖操作工经验,无法满足当前钢铁产业智能化发展要求。在轧制过程中,很多因素都会造成轧制条件的不对称,而且因素之间往往相互影响,促使翘曲问题更加复杂。本文依托于某厂2250mm热轧机组的粗轧翘叩头攻关项目,以粗轧段无人值守为目标,开展相关的基础理论与关键技术研究。基于***商业有限元软件,利用热力耦合非线性有限元方法对热轧粗轧段R1和R2轧制过程进行建模和仿真分析,并结合现场机器视觉检测结果,对板坯头部翘叩形状的有限元模拟结果进行定量化验证。利用正交试验原理,对影响板坯翘叩头的9个工艺因素进行显著性分析,分析总结轧制过程中引起板坯翘叩头的主次原因。针对影响板坯翘叩头最为显著的上下轧辊辊速比、板坯上下表面温差及板坯厚度3个因素,模拟分析了不同轧制道次下各因素对板坯翘叩头的影响规律。SKI值调整是现场干预控制改变板坯头部翘叩量大小的主要参数,为实现在线自动调整,基于现场生产数据和机器视觉检测结果,经数据清洗和网络训练,建立板坯头部翘叩BP神经网络预测模型。BP神经网络输入变量为9个,包括入口厚度、压下量、下辊线速度、辊速比(SKI)、上辊直径、下辊直径、上表面温度、上下表面温差、板坯宽度;输出因素为板坯头部翘叩值。通过对生产数据进行训练得到输入输出因素的映射关系,建立板坯头部翘叩控制系统,最终的训练误差小于0.01,说明该BP神经网络的准确性。结合实际生产情况,对该系统进行编程设计出热轧粗轧板坯翘叩头控制软件,实现对各种材料的生产数据采集与训练等功能,为热轧过程板坯头部翘曲自动控制和生产的无人值守奠定了基础。

摘要： 本文着眼于课程教学中存在的问题，通过课程改革创新，构建了以“课前预习-问题引导-工程案例”为主线的课堂教学新模式，取得了良好的教学效果。《自动控制原理》课程是控制科学与工程等多个专业的核心课程，具有授课面广、涉及专业多等特点，课程教学效果对学生后期发展影响深远。现有的教学普遍采用灌输式，老师根据课程标准和教材内容从头到尾讲授，

关键词： 复杂样本   微流控芯片   核酸检测   自动控制  

摘要： 本论文在实际对核酸检测的需求逐渐增大的社会背景下创作,旨在实现核酸检测过程自动化、操作简易化,有望大规模将核酸检测全过程推广到基层医疗单位等。检测核酸是检测某种疾病的重要依据,但是目标核酸通常以很低的浓度存在于体液中,并且这些体液的成分往往非常复杂,从而干扰目标核酸的检测。预期实现在复杂样本中准确提取核酸、检测核酸且操作自动化、简单化。同时,检测平台高度集成化和自动化的操作,可以为检测人员的安全提供非常不错的保障。本文基于微流控芯片为复杂样本的核酸检测提供的新思路,软件程序是基于STM32F407主控芯片使用UCOSIII作为操作系统的多步进电机嵌入式控制程序,使用迪文串口屏幕控制屏制作人机交互。本课题检测实验有三个主要步骤,首先预处理样本,使用微流控芯片将一个复杂样本中的含有目标核酸的细胞与其他细胞分离纯化,然后通过自研耗材完成PCR扩增,最后自主设计检测装置对核酸进行验证分析证明本装置的正确性。最后进行设备的功能及效果验证,完成了复杂样本的分离与检测实验,证明了装置的可行性,实现分离纯化与PCR扩增一体化的全自动设备。在测试中通过复杂样本处理装置可以实现样本分离效率高,设备成本低易搭建,检测难度低方便人员操作等设想功能特点。社会对于核酸检测需求逐渐增大,该复杂系统检测系统可用于解决社需求,解决实际问题。

关键词： 波片调制   水下偏振成像   米勒矩阵图像   散射  

摘要： 良好的水下光学成像技术对海洋资源开发、水产养殖具有重要意义。光波在水下传输时,水体本身对光具有吸收作用,水体中的悬浮粒子会引起严重的光学吸收和散射,利用传统强度成像的方式获取的图像对比度低、成像模糊。近年来,偏振成像技术能够利用光波的偏振这一维信息进行成像,可以对目标信息光和背景散射光进行有效的分离,受到广泛关注。本论文以海洋牧场建设为背景,以监测海洋牧场水下环境以及海珍品（海参）为出发点,根据双波片调制法搭建了水下偏振成像系统。该系统由起偏子系统、检偏子系统、清洁子系统和控制及采集子系统组成。其中起偏子系统是为了获取不同角度的偏振光,检偏子系统是为了采集不同角度的偏振图像,清洁子系统是为了保证整套系统在浑浊介质中长时间运行光学窗口不受污染,控制及采集子系统的作用是协调整套系统的运行。将整套系统集成密封后进行了打压测试,满足外场实验条件。首先进行偏振成像实验,在532nm激光照射下,分别采集目标物原图像、0°、45°、90°和135°偏振图像,并求出偏振度图像和伪彩图像,将获取的图像的灰度分布直方图、信息熵、标准差等参数进行对比,结果表明,在浑浊介质中,某一角度的偏振图像能有效提高成像对比度,提高成像质量。然后进行了米勒矩阵成像实验,分别在0°、45°、90°线偏振光照射下,探测器分别采集透过方向为0°、45°、90°偏振状态的目标物反射图像,用MATLAB将采集的图像根据推导出的米勒矩阵公式进行融合,结果表明融合后的米勒矩阵图像相比于某一角度的偏振图像成像质量更佳。

摘要： 本文以社会主义核心价值观为主线，从家国情怀、社会责任和个人修养三个层面对《自动控制技术》课程教学内容进行优化设计，进一步完善课程思政教学内容建设，教育引导学生将国家、社会的价值与个人的价值融为一体，坚定“四个自信”，增强“四个意识”，实现“三全育人”目标。