关键词： 现代化城市   智能运输系统   智能控制  

ISBN: (纸本)9787114190964

摘要： 本书分为《战略框架篇》和《关键技术篇》两册，是中国工程院重点咨询项目“中国智慧城市、智能交通与智能汽车深度融合发展战略研究”的重要成果。

关键词： 遥感系统   多光谱成像   无人机   自适应控制   辐射一致性校正  

摘要： 无人机低空遥感在农田作物生长监测中有着重要的作用,其中采用多光谱传感设备进行图像信息采集是农业遥感的主流手段之一。随着遥感技术的发展,国内外出现了多样化的机载多光谱遥感系统,然而这些遥感系统大多未能完全符合农业低空遥感作业的实际需求,存在着主控性能差、云台体积大、集成化程度低、曝光参数调节方法单一等问题。在无人机平台上,农业无人机低空遥感以多旋翼为主,尽管多旋翼平台成本较低且易于操控,但在续航和载重方面有所欠缺,在未来大尺度的农田遥感作业趋势下具有一定的局限性。 针对以上问题,本文开发了一款搭载高性能边缘计算模块、可实现环境照度实时感知的机载多光谱相机参数调节系统,并提出了一种基于环境照度自适应控制多光谱相机参数调节的曝光参数选择策略,最后搭建了具有长时间、大载重特性的无人直升机平台,验证了机载多光谱遥感系统图像采集性能及自适应曝光策略适用性。具体内容及成果如下: (1)研制了一款支持环境照度实时感知的机载多光谱遥感系统。该遥感系统支持25波段CMOSIS CMV2000多光谱成像传感器和WP-US1260高清可见光相机,支持多光谱图像和可见光图像的同时获取;搭载高性能Nvidia Jetson TX2边缘计算模块和照度采集模块,实现了环境照度的实时感知;选用Simple BGC云台控制模块并进行了云台机臂和高集成化连接件的自主设计,保证了云台的稳定性;进行了相机控制程序的开发,支持实时环境照度感知、图像获取存储、多光谱图像分割和相机参数自适应调节等功能。该遥感系统的续航时间达到了37 min左右,理论最高存储速度达到54.7 MB/s,照度获取误差低于1%,支持上电即用的无界面启动,并且拥有最低0.4 s的双相机图像获取间隔,满足了农业机载遥感系统对高性能的需求。 (2)提出了一种基于环境照度自适应控制的多光谱相机参数调节方法。针对传统单一曝光参数选择策略无法避免作业中环境照度变化导致的图像过/欠曝问题,本文提出了基于实时照度信息进行曝光参数调节的图像前处理辐射一致性校正方法。基于多光谱相机的线性特性,提出了针对均一反射物的灰度值(Digital Number,DN)恒定的曝光参数调节方法,并结合遥感系统性能及环境照度测量误差,提出了融合系统误差的环境照度自适应曝光参数调节策略模型。实验结果表明,本文提出的环境照度自适应曝光参数调节策略能够显著降低目标反射物图像DN值,其标准差相较于传统策略降低约为73.9%,为农业多光谱相机曝光参数调节提供了理论基础。 (3)完成了基于无人直升机平台的机载遥感系统应用实验及曝光参数调节策略效果对比。通过力学分析确定直升机作业参数,在飞行高度为25 m、飞行速度为2.5 m/s、航带间距为4.5 m、协调转向线速度为1.1 rad/s和横滚角为15.8°的设定下,可以稳定地完成遥感作业任务。在飞行作业中挂载自研机载多光谱遥感系统,使用双多光谱相机进行自适应曝光参数调节策略与传统方法效果对比,计算了图像平均DN值、标准差、图像熵、光谱相关系数和Laplacian梯度函数。结果表明,使用自适应曝光参数调节策略有利于改善不同航带间的相邻图像在拼接后出现的阴影条纹问题,与传统单一曝光的光谱相关系数均达到0.90以上,标准差降低34.9%,有效提升了图像清晰度与DN值的均一性,证明了该机载多光谱遥感系统及自适应曝光参数调节策略在多光谱图像获取上具有良好的表现。

关键词： 电子信息工程   智能控制系统   设计  

摘要： 本文研究了电子信息工程中智能控制系统的设计。概述了智能控制系统的定义、特点、组成及应用，探讨了设计原则与策略。介绍了系统硬件与软件的实现方法，并提出了性能优化措施。本研究为电子信息工程中智能控制系统的设计提供了理论支持和实践指导。

关键词： 智能控制  

ISBN: (纸本)9787522130910

摘要： 本书从人工智能概述、基于人工智能的网络安全防御、人工智能与电气自动化控制、人工智能与过程控制研究、人工智能与质量管理控制、智能控制的发展研究、人工智能与自动化控制几个方面进行了介绍，并针对当前人工智能在控制领域的现状及存在问题作出了分析和探索，提出了一些改革措施和建议。

摘要： 2023年8月25日,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题,标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。

关键词： 列车协同控制   车车通信   位置输出受限控制   自适应控制   多智能体系统  

摘要： 城市轨道交通作为一种安全可靠、高效便捷、节约能源和大运载力的运输方式,在缓解城市交通压力方面起着至关重要的作用,其先进的列车运行自动控制方式是确保列车安全运行和高效运营的有效手段。城市轨道交通列车运行自动控制过程由于受到运行阻力、线路条件和外部扰动等因素的影响,不可避免的存在不确定性,这对其核心控制算法提出较大的自学习和自适应能力的要求。此外,城市轨道列车运行主要基于移动闭塞模式,采用自动驾驶、分散调整方式,在现有的短追踪间隔、高行车密度和动态耦合运行的状态下,难以在保障列车运行安全的同时,进一步提升城市轨道交通运营效率。基于车车通信的多列车协同控制作为一种能够提升整体的列车运营效率和全局的系统安全性的最佳选择,已成为近年来国内外研究的热点。本文围绕上述列车运行自动控制和基于车车通信的多列车协同控制问题进行深入研究,主要包括以下几个方面的研究内容及结论:(1)综合考虑基于车车通信的列车在运行过程中受到的基本阻力、附加阻力、未知外界干扰和内部因素等对列车运行状态的影响,基于运动力学机理,建立基于RBFNN(Radial Based Function Neural Network)的列车运行过程不确定性的重构方法,以弥补列车动力学模型对变化的运行环境没有自学习能力的缺陷。深入分析多列车协同运行和站点定点停车的安全性及控制精度要求,基于输出受限控制理论和反步设计方法,提出对列车运行位置输出值的上、下界做出严格限制的列车位置输出受限控制方法,并考虑列车运行阻力参数的不确定性,设计自适应控制方法辨识阻力参数,保证列车运行控制系统的良好自适应性。结果表明:列车能够以预先限定的±0.21m的位置跟踪误差对期望的列车运行曲线进行跟踪,从根本上降低了多列车协同控制位置误差“后延”的概率,其整体的速度误差在-0.24m/s～0.26m/s,实现对目标速度距离曲线的精确跟踪控制。(2)考虑基于车车通信的多列车协同运行最小安全间隔受限的特性,提出基于RBFNN位置输出受限的多列车自适应协同控制方法。针对多列车运行过程状态约束和通信协作模式的协同控制问题,分析状态约束对列车协同运行调整过程的影响,构建RBFNN多列车非线性动力学模型,设计前行-跟随车车通信模式下的RBFNN位置输出受限自适应协同控制方法,实时调节每列车的速度和相对位置,保证追踪列车与前行列车之间的追踪间隔稳定在最小安全位置处,实现多列车协同运行队列的稳定性。进一步将提出的自适应协同控制方法推广至领头-邻接车车通信模式下的多列车协同控制过程,并设计多列车分布式协同控制方法,保证多列车协同运行的稳定性。结果表明:两种模式下的领头列车对于期望的列车位置曲线能够以预先限定的±0.21m的精度进行跟踪,后车与前车之间始终保持安全间隔距离500±0.21m,实现多列车的稳定安全运行。(3)考虑基于车车通信的多列车协同运行的动态调整控制过程,提出一种基于多智能体的列车群位置输出受限自适应协同控制方法。将基于车车通信的多列车协同控制系统中的列车群作为一个多智能体系统,根据列车运行位置输出受限、运行环境时变和模型参数不确定的特性,基于相邻列车的实时运行信息,设计分布式位置输出受限自适应协同控制方法,在保证每列车能够跟踪期望运行轨迹的同时,使得任意相邻两列车之间的距离始终保持在设计的安全范围之内,实现多列车协同运行的安全性。结果表明:基于多智能体的列车群位置输出受限自适应协同运行队列中的每列车都能够以预先限定的±0.2m的位置精度跟踪理想的位置曲线,且各列车的速度能够达到一致,从而将列车间距保持在设定的期望距离,保证多列车的安全运行。(4)考虑降低基于多智能体的列车群位置输出受限自适应协同控制系统的计算量和控制算法的结构复杂度,提出一种具有单值学习能力的列车群位置输出受限自适应协同控制方法,在保证列车协同控制性能的同时,改善算法的结构复杂度和工程实用性。结果表明:多智能体位置输出受限的单值学习自适应协同控制能够很好的自适应估计不确定的运行环境和列车参数的变化,并根据相邻列车的运行信息调整自身的运行状态,在有效保证多列车协同运行的安全性和稳定性的前提下,改善算法的结构复杂度和工程实用性,为新一代车车通信平台下多列车协同控制系统的研发及应用提供借鉴。

关键词： 闭环供应链   鲁棒H∞控制   牛鞭效应   数字孪生  

摘要： 经济发展飞速的同时,对资源的浪费、环境的破坏也变得严重起来,各国政府和组织开始大力推行闭环供应链的概念,企业纷纷投入到闭环供应链的研究中。然而传统的供应链研究方法并不能满足复杂供应链的要求,数字孪生的发展,进一步促进了闭环供应链的智能化,实现了供应链关键要素和数字技术的有机融合,能及时处理系统内的不确性带来的干扰,在激烈竞争中保持自己的优势。详细阐述了在数字转型时代,闭环供应系统正演变为一个更紧密、更协调的贸易伙伴网络,企业面临的生存环境因素较之以往更加复杂,可以直接产生波动性、复杂性和模型性,需要不断完善和优化来满足市场多元化需求,不仅需要供应链的效率,还需要能够处理突发情况的敏捷性和灵活性。本文主要工作为:针对闭环供应链系统中节点企业信息交互不及时以及顾客需求不确定性等造成系统牛鞭效应增大的现象,提出了利用数字孪生技术对闭环供应链进行数字建模,用数字技术表达实体的闭环供应链。建立一个四级闭环供应链和一个集群式闭环供应网络模型。在孪生空间内对闭环供应链动态模型采取鲁棒H∞控制策略,设计鲁棒控制器,进行数值仿真验证,实验结果表明生产时滞时间的长短能影响供应链性能,鲁棒H∞控制能抑制再制造时滞、需求不确性的影响,减少闭环供应链的牛鞭效应。在数字孪生供应链中验证了该方法的有效性后,孪生空间会输出该控制策略到实体供应链企业,实时帮助企业管理者做出生产、库存计划动态优化,减少供应链成本,实现利润最大化。本文采用数字孪生技术和鲁棒控制结合的方法对闭环供应链进行研究,符合了数字化发展的大趋势,为企业应对不确定挑战提供了强有力的支撑。

关键词： 永磁同步电机   无位置传感器控制   高频信号注入   初始位置检测   参数自整定   位置误差抑制  

摘要： 随着电气化进程的深化发展,电机系统作为能量转换的核心部件,在智能制造领域发挥着重要的作用。永磁同步电机凭借其高效率和高功率密度等优点得到了广泛应用,其矢量控制需要准确的转子位置信息以进行有效解耦,但是位置传感器的使用会导致系统成本和体积增加。此外,受极端环境(如高温和高压等)影响,导致系统中无法安装位置传感器。因此,基于电机位置自传感的无位置传感器控制策略得到了广泛关注。高频信号注入法是控制永磁电机低速无传感器可靠运行的有效途径,目前该方法仍存在一些核心问题亟需解决,主要包括:转子初始位置检测、参数自整定、转子位置偏移误差补偿以及脉动误差抑制等。本文面向工业领域应用需求,对上述关键问题进行研究,以实现永磁电机低速运行的自适应无传感器控制。 转子初始位置是实现系统可靠起动运行的重要信息,传统方法主要利用高频信号注入方式估计电机转子磁极位置,并通过双向脉冲信号注入判别磁极极性,导致检测过程不连续且存在显著噪音等问题。为此,本文提出一种基于随机高频方波电压注入的永磁同步电机转子初始磁极位置及极性辨识方法。首先,通过提取静止轴系中的随机高频响应电流对磁极初始位置进行估计,然后研究一种随机高频响应电流峰值累加的信号处理方法,实现对磁极极性的同步辨识。为进一步提高磁极极性辨识准确度,研究了一种饱和峰值电流延时补偿策略,降低了数字延时对高频信号处理的影响。所研究方法利用随机高频电流信号处理实现了磁极位置和磁极极性的同时检测,无需大幅值脉冲信号注入,有效减小了附加噪音。 当采用高频信号注入法进行永磁同步电机低速运行无传感器矢量控制时,注入信号参数、闭环控制器参数和位置观测器参数对转子位置估计精度、电机暂态和稳态控制性能有重要影响。本文提出一种基于多目标绝对误差积分优化的高频注入法参数自整定策略,利用静态自学习和环路等效模型对参数进行离线整定,并将绝对误差积分平均值作为整定规则,以转速和转矩波动为优化指标设计自适应律,对控制器和观测器参数进行在线整定。针对绝对误差积分提取环节,研究了一种基于移动窗口的误差检测方法,避免了参数误整定和整定延迟的问题。所提出方法将离线与在线整定相结合,在确保电机顺利起动的前提下,进一步改善了低速运行的稳态和暂态性能,实现了永磁电机高频信号注入法无位置传感器控制系统自适应免调试运行。 针对永磁电机磁场交叉饱和效应等非理想因素引起的高频信号注入法易产生转子位置观测偏移误差问题,本文提出一种基于电流矢量角自适应调节的转子位置偏移误差补偿策略。通过自适应调节电流矢量角获取两个不同的电流矢量幅值和相角信息,并结合永磁同步电机电磁转矩特性,运用解析几何的方法在线检测转子位置观测偏差,从而实现误差的自适应补偿。由于所研究方案的电流矢量角可以跟随负载变化进行自适应调节,解决了传统方法在轻载时信噪比较低和重载时电流幅值波动较大的问题。该方法无需离线测量或有限元分析,对不同负载条件下的位置偏移误差均有较好的补偿效果,提升了无传感器控制算法的性能。 受逆变器非线性、磁场空间谐波和电流采样误差等方面影响,高频信号注入法的转子位置观测结果中存在显著的脉动误差,从而引起转矩波动,进而导致无传感器系统低速运行性能降低。本文提出一种基于自适应迭代学习的转子位置脉动误差抑制策略,通过构建遗忘因子比例型迭代学习的转子位置观测器,实时获取跟踪误差并迭代生成控制补偿量,从而对转子位置脉动误差进行在线抑制。研究了一种迭代学习增益自整定策略,进而改善了不同运行工况条件下位置脉动误差的抑制能力。所研究方法无需区分脉动误差产生原因和谐波误差频次,对不同因素导致的谐波误差成分均有较好的抑制效果,从而降低了无传感器控制系统的转矩脉动。 最后,在无传感器永磁同步电机驱动系统实验平台上实现所研究控制方法的数字算法,并进行无传感器系统起动性能和低速运行性能等实验测试。结果验证了所提出永磁同步电机高频信号注入无位置传感器自适应控制策略的有效性,可以为实现高性能无传感器控制系统提供理论和技术支撑。

关键词： 列车自动驾驶   多质点模型   鲁棒控制   容错自适应  

摘要： 轨道交通具有高效快捷、安全可靠、运载量大等诸多显著优势。大力发展轨道交通运输对提高我国经济发展水平、推动各地区协调发展具有重要的战略意义。列车自动驾驶(Automatic Train Operation,ATO)系统作为列车自动控制系统中的重要子系统,是轨道交通智能化发展不可缺少的重要部分。列车实际运行情况复杂多变,这使得列车质量、运行阻力及线路状况等参数难以精确获得且存在时变特性,给列车控制算法的设计带来挑战;此外,列车在运行过程中长期保持高速运转,列车执行器单元(包括牵引单元和制动单元)可能会出现故障,导致原先的控制策略失效,目前,关于列车执行器故障下的ATO控制研究也较少。针对上述两类问题,本文一方面建立动车组的多质点动力学模型并设计非线性鲁棒控制器,对动车组在未知时变环境下的精准停车与追踪控制进行了研究;另一方面将受控拉格朗日函数(Controlled Lagrangians,CL)方法与参数自适应控制相结合,对动车组列车动力单元故障下的容错控制进行了研究。本文一方面研究动车组列车动力单元无故障时的追踪控制问题。首先,将一组动车与拖车视为一个动力单元,分析每个动力单元的受力情况,建立动车组列车的多质点动力学模型,并对模型参数中可能出现的不确定性和时变性进行分析。其次,根据Lyapunov再设计方法设计了一种非线性列车鲁棒控制器。该控制器将系统中的不确定性因素视为一个等价干扰并设计相应的鲁棒补偿项。根据模型参数的先验区间,设计的鲁棒补偿项能够抑制模型估计误差。同时,也给出了系统的最终一致有界稳定性证明。最后,选取不同的城市轨道交通场景进行仿真分析,结果表明所提出的控制方法在动车组模型参数未知且时变情景下也能实现对期望曲线的快速、精确追踪,最终的追踪误差趋近于零。系统表现出较强的鲁棒特性。本文另一方面研究动车组单个动力单元完全故障且列车模型参数未知的情景下的控制问题。首先,分析动车组多质点模型的故障情景,将参数自适应控制与受控拉格朗日函数法相结合,设计了一种列车容错自适应控制方案,实现了列车在参数未知运行情景下的容错控制。其次,选取包含系统受控能量和参数估计项的Lyapunov函数,并利用Barbalat引理对系统的渐近收敛性进行了证明。最后,仿真结果表明,在单个动力单元完全故障且模型参数未知时,所设计的控制器依然能够保证列车在期望位置的镇定。