关键词： 直驱技术   锂电池   直线电机   柔性输送系统   结构设计   智能控制  

摘要： 锂电池制造是一个复杂而精确的过程,在制造中端和后端两段工序中,主要对锂电池进行叠片、入壳、注液、包装等操作,每个步骤需要将锂电池材料及相关配件输送到对应工序的工作站进行制造。目前在锂电池制造中存在生产效率低和电池质量差等问题,主要是由于人工操作不当、材料与配件输送重复定位精度差造成系统误差大,不能连续化生产所致,提高锂电池生产线输送系统的工作精度、输送效率和自动化水平是解决上述问题的关键。柔性输送系统能够实现高速运动和准确的位置控制,可实现自动化生产线的高效运转。因此,采用柔性输送系统替代传统的机械输送系统势在必行。本文设计了一款基于直驱技术的柔性输送系统,应用于锂电池自动化生产线材料与配件输送,围绕系统空间布局与造型、关键零部件结构与力学特性、控制系统和性能测试等展开研究。主要内容包括:(1)针对锂电池制造工艺特点,根据项目需求,在分析现有输送系统的基础上,确定系统整体空间布局和造型,构建锂电池制造柔性输送系统整机三维数字模型,拟定整机参数和总体方案。(2)基于产品可靠性要求,对输送、摆渡、上料等主要装置进行选型和结构设计;应用ANSYS Workbench对工作台和机架进行静力学分析,对整机进行模态分析,获取其前6阶的固有频率和振型,验证设计的合理性和整机工作的稳定性。(3)在工艺要求和结构设计的基础上,开发一套基于PLC的智能控制系统。根据功能要求,确定硬件部分结构方案并对关键硬件选型;选择控制系统编程软件,设计PLC自动控制程序和人机界面。(4)基于总体方案和结构设计,开展锂电池制造柔性输送系统样机试验工作,对样机进行现场试制,完成机械总装和软硬件集成并调试,对主要技术指标和重复定位精度进行测试验证。样机现场运行结果表明,锂电池制造柔性输送系统运行稳定,输送效率高且操作方便。在连续运行情况下,直线运动中的速度波动为±0.35mm/s,最大输送速度为1.5 m/s,最大加速度为25m/s2,重复定位精度为0.0335mm,能够满足锂电池自动化制造基本性能要求,可为今后锂电池生产配件输送设备的研究提供理论参考。

关键词： 多智能体系统   编队控制   一致性   不确定性   脉冲控制   自适应控制  

摘要： 群体智能是新一代人工智能领域的重要研究方向之一,其中具有代表性的多智能体系统协同问题近来得到了高度关注。实际应用中环境、器件等约束导致的非理想情况,对多智能体系统的协同控制提出了新的挑战。同时脉冲控制方法具有低能耗和强鲁棒的特点,其在大规模网络系统控制中也具有优势。因此,为完善理论并促近应用,本文研究了针对非理想多智能体系统协同问题的脉冲控制方法,主要工作可概括为以下几点:研究了线性多智能体系统编队的异步脉冲控制方法。考虑非对称饱和反馈控制,提出了最小完全通信时间的概念,建立了不带补偿和带有时变补偿的两种脉冲控制方法,分别对固定编队控制和动态编队控制问题进行了系统分析,得出了实现系统编队控制的充分条件。同时,对由饱和引起的容许域问题进行了讨论,并提出了估计其大小的方法。研究了不确定二阶多智能体系统一致性的混合脉冲控制方法。考虑不确定二阶系统模型,利用了神经网络在线学习以处理不确定性。针对全状态和部分状态信息可用两种情况,设计了两类估计器以辅助控制,并分别提出了应对两种情况的混合脉冲控制方法。对两种方法下的系统跟踪一致性进行了分析,得出了保证系统收敛且误差有界的充分条件。研究了不确定异构多智能体系统一致性的自适应脉冲控制方法。考虑不确定高维异构系统模型,基于神经网络在线学习设计了利用脉冲时刻采样信息的自适应脉冲控制方法。此外,设计了仅在脉冲时刻更新的在线学习机制,构建了基于附属系统的自适应脉冲控制方法。对两种方法下的系统一致性进行了分析,得出了保证系统收敛且误差有界的充分条件。研究了执行器故障下多智能体系统的自适应脉冲容错控制方法。考虑二阶非线性系统下执行器可能具有的多模式效率下降故障,针对全状态和输出信息可用两种情况,分别设计了参数异步更新和同步更新的两种自适应脉冲容错控制方法。对两种方法下的跟踪一致性进行了分析,得出了保证系统收敛的充分条件,并进行了条件可行性分析和讨论。研究了多重非理想因素耦合多智能体系统的混合脉冲控制方法。针对综合了系统不确定性、执行器故障以及异步通信机制的系统模型,设计了结合在线学习机制、参数自适应补偿以及异步通信的自适应异步混合脉冲容错控制方法。对该控制方法下的系统跟踪一致性进行了分析,得出了保证系统收敛且误差有界的充分条件。综上所述,本文分析了多智能体系统在非理想环境下的协同问题,设计的多种脉冲控制方法不仅在系统收敛性和容错性上具有良好效果,也在大规模网络通信中具有一定能耗优势。

关键词： 磁悬浮主轴   磁悬浮轴承   滑模控制   自适应控制   线性系统输出调节  

摘要： 复杂曲面的加工、制造代表着一个国家制造业的发展水平,在一定程度上代表了国家的工业化程度。传统复杂曲面的加工过程中,刀具与工件之间存在颤振现象,严重时会在工件上产生周期性的振纹,甚至造成工件损坏。使用磁悬浮轴承的磁悬浮主轴凭借着无接触的电磁力对转子进行支撑,大幅降低了颤振现象带来的影响,得到了广泛关注。智能主轴中的磁悬浮轴承需要工作在安全、高速场景,因此需要使用鲁棒性强的控制算法,确保加工过程的安全及稳定。鉴于此,本文针对磁悬浮轴承系统在加工电主轴的应用场景下进行了如下的研究:针对磁悬浮轴承系统这一典型非线性系统的特性及鲁棒性要求,本文以滑模控制为基础提出了解决方案。首先设计了传统的滑模控制器,并对控制误差和控制器输出抖动进行了说明。之后引入线性扩展状态观测器对控制器进行改进,给出了系统稳定的充分条件。实验结果显示减振滑模控制器有效降低了抖振,提高了精度。针对多变工作环境的不确定性、复杂的外界扰动,本文提出了自适应的策略。首先引入了等效控制的概念,并基于此设计了二阶自适应律,使用线性扩展状态观测器对系统总扰动进行观测。随后结合滑模运动的三阶段,对系统稳定性进行了分析,给出了系统稳定的充分条件。实验结果显示自适应滑模控制器进一步降低了抖振,进一步提高了精度。针对旋转过程中存在大幅度、高频率的三角扰动及随时启停的需求,本文以输出调节为基础给出了解决方案。首先基于磁悬浮轴承二阶系统模型,设计了线性系统的输出调节器。经推导之后,调节器退化为比例-积分控制器,降低了控制器的调参难度。实验结果验证了电主轴在加工领域的可行性,为后续算法部署打下了基础。综上,本文针对磁悬浮轴承的控制问题进行了深入研究,同时验证了磁悬浮主轴的加工性能。并在最后对全文进行了总结,对未来磁悬浮主轴系统及磁悬浮轴承系统的研究方向及挑战进行了讨论。

关键词： 楼房养殖   楼房通风结构   IB2S控制系统   模糊PID控制器  

摘要： 随着自然资源部与农业农村部在《关于设施农业用地管理有关问题的通知》中明确指出“养殖设施允许建设多层建筑”,楼房养殖在我国蓬勃发展起来。当前楼房养殖广泛采用以风井式为代表的楼房通风结构实现养殖舍内空气流通,采用与平房养殖相同的独立控制系统实现养殖单元和风井之间通风量的调控。但受风井式结构的影响,同一风井下通风量一定时,高低楼层养殖单元所受风井通风量影响不均衡,导致各个养殖单元中温度调控偏差较大,难以对每个养殖单元的舍内温度实现精准控制,进而影响猪只产能。为缓解这一问题,本文开展了楼房养殖控制系统的研究,主要研究内容如下:（1）针对同一风井下高低楼层所受风井通风量影响不均衡而导致难以对各个养殖单元舍内温度实现精准控制的问题,本文提出了一种楼房养殖智能控制系统方案——IBS（Intelligent building dual system）控制系统。该方案将同一风井中各个楼层划分为独立的养殖单元,分控系统负责每个单元舍内温度的调控,主控系统根据各个分控系统的通风量需求调控风井通风量,以此实现同一风井下各个养殖单元舍内温度调控的精确性、及时性和稳定性。（2）IBS控制系统的软硬件设计。根据控制系统功能模块的划分对系统硬件进行设计,分别进行电磁兼容（Electromagnetic compatibility,EMC）测试和恒温恒湿运行测试,验证系统硬件电路的稳定性、抗干扰能力和高温高湿耐受性。针对控制系统的功能需求,基于UC/OS操作系统,按照系统不同功能模块的功能需求及其重要程度,划分为不同优先级的任务模块,并对每个独立的任务模块进行软件设计,实现各个模块的软件功能。（3）针对楼房养殖环境中外部干扰严重,而传统控制系统多采用PID控制器或PI控制器导致系统响应慢、稳态误差大和抗干扰能力差等问题,本文将模糊PID控制算法应用在IBS控制系统中,在楼房养殖舍内温度调控方面,仿真验证该方案比传统方案具有更快的响应速度和更强的鲁棒性,对该问题具有一定的缓解作用。（4）搭建实验平台。首先对系统设备进行数据通信测试,截取报文分析,验证系统设备及设备与平台之间数据通信的准确性和稳定性。其次将控制系统安装至楼房养殖现场运行测试,截取现场温度调控数据,分析系统实际运行的可靠性和稳定性。实验结果表明,本文提出的IBS控制系统可以缓解风井通风量对高低楼层影响不均匀的问题,有控楼房各个养殖单元中的实时温度调控在理想范围内,因此该方案具有可行性。

关键词： 地铁站空调系统   负荷预测   智能控制   节能策略  

摘要： 随着数字化和信息化技术在我国的快速发展,越来越多的行业开始引入计算机技术进行自动化作业,并通过数据分析来优化操作流程的各个环节。地铁作为高度现代化的交通方式之一,已经成为许多城市建设规划的关键构成要素。空调系统是地铁站环控系统的重要组成部分,能够为地铁乘客创造一个舒适的环境。然而,仅仅依靠地铁工作人员对空调系统的直接控制容易导致效率低下、反应不及时、监控管理水平不高等问题。因此,本文提出了一种基于OPC-UA协议的地铁站空调智能控制系统,该系统能够采集地铁站空调系统所需的环境数据,并通过自动控制算法对空调系统进行在线调控,从而减少地铁工作人员的工作量,提高空调系统的控制效率和精度。本文的主要内容如下:1)根据地铁站环境特点和空调系统需求,设计了一种基于负荷预测的自动控制逻辑。该逻辑充分考虑了地铁站内关键的舒适性指标和空调系统负荷,实现了空调系统的自动控制。经过实验数据分析,本研究发现负荷预测模型具有一定的准确性和可靠性,能够满足地铁站空调系统的实际需求。此外,本研究还采用PID等控制算法对空调系统输出进行调整,以确保空调系统能够稳定运行并满足舒适性指标要求。2)为了运行此自动控制逻辑并满足地铁工作人员的监控管理需求,本研究设计并实现了一种智能控制系统。本文详细介绍了地铁站空调系统的分析建模、设备数据的采集记录分析、周期性任务的自动调度以及人机交互的流程等多个方面。经过充分的测试,该系统已成功部署,并应用于地铁站的空调控制中。此系统的设计和实现对未来智能地铁空调控制系统的研究具有一定的参考价值。综合上述的自动控制逻辑和智能控制系统,本研究所设计的系统已经在绍兴地铁一号线中进行了部署、运行和测试。实验结果显示,在温度预测方面,模型的平均绝对误差约为1.0℃,最大误差不超过6.7℃,表现出较为准确的预测能力。在负荷预测方面,初期大系统和小系统的平均绝对误差分别为37.584k W和1.259k W,长期运行后为6.004k W和1.095k W,预测结果相对准确。此外,系统的自动判断和执行逻辑运行正常,有助于维持舒适的环境。总体来说,本研究所设计的自动控制逻辑和智能控制系统在地铁站空调控制中具备一定的可行性和有效性。

关键词： 异质多智能体系统   准一致性   事件触发控制   间歇控制   自适应控制  

摘要： 随着人工智能与大数据的飞速发展,多智能体系统的分布式协调控制在智能电网、无人机编队、智能交通管制等实际工程中展现出巨大的应用前景。其中,一致性作为多智能体系统分布式协调控制的基础和首要条件引起了学者的极大关注。目前针对一致性的研究主要集中在单一智能体所构成的同质多智能体系统上,而在实际工程中需要不同结构和功能的异质多智能体来完成错综复杂的任务。但是目前实现异质多智能体系统一致性的方法都是非常复杂而且应用成本极高的。其实工程应用中是允许有一定误差的,可以通过简单的线性控制来使一致性误差收敛到一定范围,即实现准一致。本文针对线性部分和非线性部分可分离的异质多智能体系统,设计了几种分布式控制协议来实现系统的领导-跟随准一致。本文主要研究内容如下:(1)研究了通过事件触发控制协议来实现非线性异质多智能体系统的领导-跟随准一致的问题。通过事件触发控制协议同时控制邻居节点之间的耦合边权以及领导者与跟随者之间的反馈增益。利用相关的不等式技术以及Lyapunov函数法,推导出系统达到准一致的充分条件以及误差的收敛范围。进一步地,将此事件触发控制协议应用于无人机编队模型,数值仿真实验验证了所设计的控制协议的正确性。(2)研究了通过间歇控制协议来实现非线性异质多智能体系统的领导-跟随准一致的问题。通过设计一种周期间歇控制协议来实现带干扰的非线性异质多智能体系统的准一致。通过设计一种非周期间歇控制协议来实现含时滞的非线性异质多智能体系统的准一致。利用相关假设结合不等式技术以及Lyapunov函数法推导出系统达到准一致的充分条件,并得出误差收敛范围。进一步研究了这两种间歇控制协议的牵制控制协议,并将这两种协议应用于永磁同步电机系统模型的准一致性,通过数值仿真实验证明所设计的两种控制协议的合理性。(3)研究了通过饱和自适应控制协议来实现非线性异质多智能体系统的领导-跟随准一致的问题。设计了一种饱和自适应控制协议,当准一致性误差收敛到允许范围内时,该控制协议的自适应律不再更新。在此控制协议的基础上进一步设计了三种饱和自适应牵制控制协议,只自适应控制部分耦合边权以及反馈增益即能实现系统的准一致,为实际工程应用减少成本。最后将此饱和自适应控制协议推广到多机械臂系统模型的准一致性之中,通过数值仿真实验证明所设计的控制协议的有效性。

关键词： 切换非线性系统   多维泰勒网   自适应控制   Backstepping设计   输入输出约束  

摘要： 随着工业生产过程的智能化,实际被控系统的物理限制越来越多,安全性能要求越来越高.从而,输入输出的约束控制问题受到工程控制领域的广泛关注.切换非线性系统作为一类能描述受控对象相互关联的数学模型,其控制设计可为很多实际系统的控制问题提供思路.因此,具有输入输出约束的切换非线性系统控制成为控制界的研究热点.然而,如何统筹切换规则的设计以实现系统的有效约束控制是一个有待突破的难点.在克服被控系统中存在的非线性、未知性以及不确定性的前提下,如何设计出一种结构简单的实时控制策略也是学者们研究的重点.本文在任意切换的框架下,针对输入输出约束问题,建立了Lyapunov稳定性判定准则,发展了一些约束控制工具,结合自适应控制,Backstepping设计以及多维泰勒网逼近技术,研究了几类切换非线性系统的跟踪控制问题,其主要研究成果可被概括为以下三点:(1)考虑非对称输入饱和与输出磁滞共存的大规模切换非线性系统,研究这类系统的自适应跟踪控制问题,有以下两个研究技巧:一是利用光滑函数近似饱和输入,进而将其转化为光滑函数与有界函数的和式;二是根据改进的BoucWen磁滞模型将未知的输出磁滞表示为线性项与类似扰动项的组合.在任意切换的情况下,利用多维泰勒网技术和中值定理,给出了一种基于Backstepping设计的自适应分散控制策略.(2)在系统输出的多个高幂次组合被约束的情况下,研究切换非线性系统的自适应有限时间跟踪控制问题.为了满足多重目标约束,创造性地构造了一个时变且非对称的障碍函数,将多重目标约束系统转化为无约束系统.在此基础上,动态面技术被引入到Backstepping控制过程中,并通过构建误差补偿系统来减少滤波导致的误差,结合有限时间控制理论,给出了避免“奇异性”问题且不违反约束的自适应多维泰勒网控制策略.(3)基于不依赖初始状态的预定性能控制,研究切换非线性系统的自适应全局跟踪控制问题.通过引入预定函数和归一化函数将跟踪误差的约束问题转化为障碍函数的有界问题.为了获得最优的控制性能,在考虑传统主导逼近的自适应律的基础上,引入了一个主导逼近域外控制的鲁棒自适应律,并创造性地构造了一个多切换控制器,结合多维泰勒网逼近技术,给出了一个能实现全局渐近稳定的自适应Backstepping控制策略.根据Lyapunov稳定性理论、数值仿真和实际系统仿真验证了上述自适应控制策略在理论和应用方面的可行性.这些研究成果为切换非线性系统控制开辟了一条新途径.

关键词： 多智能体系统   网络攻击   自适应控制   合围控制   线性矩阵不等式  

摘要： 随着科技和信息化技术的不断发展,多智能体技术广泛应用于人们生产生活的各方面领域。多智能体技术的一致性旨在通过每个单元的信息交互达成状态的一致。多智能体系统中的智能体可以是人、车辆以及软件程序等,因此,在实际控制过程中,多智能体系统的一致性很容易受到通信噪声、网络攻击、以及传感器受限等因素的影响。主要研究成果如下:1)针对具有时变执行器攻击的高阶多智能体系统,提出了分布式自适应一致性跟踪问题。所有智能体动态中都考虑了未知的控制方向,同时还考虑了未知的时变执行器攻击。首先,为了解决上述问题,引入了Nussbaum增益技术,补偿系统动力学未知的控制方向。其次,设计了分布式自适应控制协议,保证闭环系统的所有信号都是有界的。最后,通过Lyapunov稳定性理论和矩阵论原理,实现了整个闭环系统的全局稳定,最终跟踪误差渐近收敛到零,实现了一致跟踪。仿真结果验证了所提控制方案的可靠性。2)针对具有执行器攻击的线性多智能体系统的合围控制问题。考虑由多个领导者和多个跟随者组成的多智能体系统并假设跟随者智能体受到执行器攻击。首先,为了实现多领导者系统的一致性,设计了基于若干滤波器的自适应律和合围控制协议,通过自适应律估计系统中的未知参数,使其渐近收敛到其实际值。其次,通过求解线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI),可以求出控制增益,证明了跟随者状态收敛于由领导者状态张成的凸包中。最后,通过一个仿真实例来验证算法的有效性。

关键词： 城市集中供热系统   供热负荷预测   优化算法   流量控制   模糊PID控制  

摘要： 随着城市化与智能化的大力发展,城市集中供热作为城市发展的民生工程,也要顺应时代的要求加快智能化发展。由于城市集中供热系统的非线性、滞后性和强耦合,仍有部分热用户的热量供给达不到要求。为了进一步满足热用户的室温舒适度和减少能源的消耗,对城市集中供热控制系统引入新的智能控制方法,根据城市集中供热运行和控制调节原理,进行供热负荷分析,对一次网供热负荷和二次网流量实施智能控制。合理规划一次网的供热负荷,提出了基于改进金豺优化算法(IGJO)优化CNN-Bi LSTM的热负荷预测模型。综合考虑一次网各项参数和天气因素的影响,将热负荷历史值和一次网供水温度、供水流量、供水压力、外界天气温度等参数作为CNN-Bi LSTM网络的输入。同时,使用IGJO优化CNN-Bi LSTM网络的超参数,提高了一次网供热负荷预测的精度,能够精准预知热源的产热量,从而减少能源的消耗。为了提高二次网流量控制的稳定性和精度,建立GA-GWO优化模糊PID的二次网流量控制模型,GA-GWO能够根据二次网的流量需求优化模糊PID控制器,输出相匹配的PID参数,控制循环泵电机频率和转速,调节二次网流量达到需求值,保证热量的自适应和精准供应。构建基于IGJO-CNN-Bi LSTM一次网热负荷预测模型和GA-GWO-FPID二次网流量控制模型的城市集中供热智能控制系统,通过监控管理中心对控制效果的检验可知,所构建的智能控制系统使单位供热面积耗热负荷下降13.66%,热用户室温舒适度提高46.67%。图41幅;表11个;参50篇。