关键词： 智能交通   目标检测   多目标追踪   交通信号控制   深度强化学习  

摘要： 随着中国经济的快速发展,越来越多的人们为方便出行购买汽车,不断增多的汽车数量给道路交通带来了严重的拥堵问题。本文针对单交叉路口在信号灯定时控制下通行效率低的问题,提出基于深度强化学习的智能控制方法,通过及时检测车流量、车辆平均车速和路口车辆排队长度对交通信号灯进行控制,缓解路口交通拥堵问题,提高交叉路口的通行效率。主要工作有:(1)以交叉路口监控摄像头拍摄的视频图像作为YOLOX目标检测算法的输入图像,利用卷积神经网络提取图像特征,目标检测算法输出图像中的车辆目标位置信息。以YOLOX目标检测算法输出的信息作为DeepSORT跟踪算法的输入,利用检测跟踪获得的数据信息,统计计算得到车流量、车辆的行驶速度和车道车辆排队长度。改进后的目标检测算法减少了漏检误检目标车辆的情况,提高了检测交通状态信息的准确度。(2)在VISSIM软件中搭建单交叉路口的双向五车道交通仿真模型,既为智能体学习提供交通状态信息,也为智能体控制交通信号灯提供仿真环境。(3)利用深度强化学习算法建立交通信号灯控制算法,以车流量、车辆行驶过路口的平均车速和车辆平均排队长度作为智能体的状态输入,以车流量、车辆行驶过路口的平均速度、车辆平均排队长度和行程延误时间计算奖励值,通过神经网络计算动作带来的价值。因为DQN计算动作价值时,会高估动作Q值,长期累计经验会带来较大的误差,所以引入Double DQN和Dueling DQN改进算法,改进后的方法缓解了过高估计Q值的问题。(4)使用Python语言编写控制算法,通过com接口与VISSIM联合仿真完成实验。结果表明,在单交叉路口中基于深度强化学习的交通信号灯控制方法优于传统的控制方法,减小了单交叉路口的拥堵情况,提高了车辆的通行效率。

关键词： 柔性合环装置   三电平换流器   负荷转供   GAM   线性控制  

摘要： 随着经济社会的发展和我国电力产业的逐步升级,可靠供电、连续供电已成为居民的基本要求,合环操作能够在线路检修时实现不停电合环转供,保证供电的连续性和可靠性。在10k V中压系统中,通过合环转供电操作来避免停电的方法日趋成熟,而配电网低压系统实现不停电合环转供却鲜有研究。传统合环操作中,合环瞬间会产生较大的合环电流,影响供电的稳定性。因此,本文借鉴中压配电网合环形式,提出一种低压配电网柔性合环装置,实现不停电故障检修,提升供电可靠性,满足用户连续供电需求。论文的主要内容及工作如下:1.针对目前合环装置的不足,引出本文所采用的背靠背合环装置。随后对该装置的主要拓扑——二极管箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)三电平拓扑进行研究,详细介绍了NPC三电平的工作原理。2.采用通用平均模型(Generalized Averaged Model,GAM)对二极管箝位型三电平拓扑进行建模,该模型不局限于直流变量,且可以处理高阶分量的平均,能够在接近开关周期小时间刻度内重复动态行为。3.在使用直流侧合环的情况下,通过采用双闭环控制方法使两个换流器稳定工作,在合环前获得了稳定的直流电压。成功合环后,改变控制策略,此时在GAM的基础上,采用基于控制输入占空比的线性控制,获得稳定的交流电压,并完成负荷转供。4.最后通过Matlab/Simulink模型进行仿真验证,并基于Speedgoat搭建半实物仿真平台,进一步验证本文所提合环装置的可操作性以及控制策略的有效性,为线路检修时实现不停电合环做准备。

关键词： 地铁屏蔽门   永磁同步电机   PID控制   粒子群优化算法   智能运维  

摘要： 作为地铁基础配套设施的重要组成部分,屏蔽门系统通过稳定、高效的运行,为乘客提供安全、安静的出行环境。地铁屏蔽门系统实际运行时往往存在各种工况,当电机控制系统设计不合理,可能导致屏蔽门运行过程中开合速度发生振荡,不仅影响其使用性能,还会影响零件的使用寿命。针对地铁屏蔽门系统正常运行时,实际运行工况发生变化,导致屏蔽门运行振荡的问题,本文拟对永磁同步电机在地铁屏蔽门运行时,对不同工况下的智能控制技术进行深入系统的分析与研究,重点对永磁同步电机控制系统中PID控制进行研究,以解决电机控制系统在运行过程中不同工况导致的速度震荡问题。 本文主要研究内容如下: (1)永磁同步电机控制系统仿真模型的构建。基于永磁同步电机的数学模型与控制方式,分析永磁同步电机控制系统的各个组成部分,介绍永磁同步电机的控制策略与调制方式,构建各个部分的仿真模型,以Simulink仿真软件为基础,建立永磁同步电机控制系统仿真模型。 (2)永磁同步电机控制系统对不同工况的适应性研究。基于粒子群寻优算法与BP神经网络,分析地铁屏蔽门系统对门体运行速度的控制需求,将控制需求转换成一定条件下的函数寻优问题,引入粒子群智能寻优算法对速度曲线进行参数寻优,获得较优的控制参数,同时将粒子群寻优算法获取的参数放入神经网络进行训练,建立转速、负载与PID控制参数之间的关系。基于MATLAB的Simulink仿真,对比传统PID控制方法与神经网络控制方法下的地铁屏蔽门速度曲线,确定该方法的有效性与优越性。最后搭建电机实验台,分别对搭载传统PID控制和神经网络PID控制的电机进行实验,将两种控制方式下的电机转速曲线进行分析对比,评价该控制方法的控制性能以及对不同工况的适应性。 (3)地铁屏蔽门监控系统的开发。基于物联网架构,针对性选择软件框架,搭建一套合适的软件系统,实时接收由屏蔽门系统中门控单元发送的电机及其他设备相关数据。同时为了更好的对算法与模型进行维护,将训练后的网络部署于云端,根据实时数据进行工况变化判断,自适应调整PID控制参数,用于校正后续屏蔽门的开合过程。最后为了方便操作人员进行管理维护,增加人员管理、故障管理等其他功能。

关键词： 软仪表   数据处理   机理建模   在线校正   先进控制  

摘要： 为了增加高价值产品产量，在确保产品质量合格的条件下，最大限度地减少质量过剩，实现产品质量卡边优化控制，实时获得在线产品质量分析数据是关键。开发的软仪表系统，主要由数据采集及预处理、辅助变量选择、模型开发及应用和模型校正四个模块组成；建立准确的软仪表模型并通过化验分析校正实现在线实时监测和闭环控制。以某炼化企业常减压、催化裂化、延迟焦化等装置为例，对比应用软仪表和化验分析获得的数据，对指导炼化生产操作、减少化验频次和提高装置经济效益具有重要意义。

关键词： DREM   参数辨识   预定义时间控制   状态约束   固定时间控制   复合学习   动态面控制   非线性严反馈系统  

摘要： 在实际工程中,由于系统结构复杂且会存在一些参数未知、物理限制等因素,如何设计控制器使得系统在复杂情况下具有稳定可靠的性能是控制器设计和分析过程的巨大挑战。控制器设计过程中使估计参数更接近或收敛于其理想值是提高闭环系统整体稳定性和鲁棒性的重要方法。本文基于动态回归扩展与混合(Dynamic Regressor Extension and Mixing,DREM)参数辨识和自适应动态面控制(Dynamic Surface Control,DSC)方法,研究非线性严反馈系统的参数辨识和轨迹跟踪控制问题。主要研究内容如下: (1)针对线性回归辨识模型,提出了一种基于DREM方法的具有放松激励条件的开关预定义时间参数辨识算法。该算法引入一个平滑开关函数,将激励条件放松为基于两层滤波技术的初始激励(Initial Excitation,IE)条件。利用预定义时间稳定性定理,将辨识算法的稳定时间设置为系统参数,继承了经典DREM方法,保证了参数误差各元素的单调性,实现了预定义时间收敛。最后仿真结果验证了该算法的有效性。 (2)针对一类具有不确定参数的非线性严格反馈系统,提出了在全状态约束下的具有实际固定时间参数估计的复合学习自适应DSC方法。引入非线性转换函数将全状态约束系统转换为无约束非线性系统。提出一种基于三层变换技术的IE条件下的固定时间参数辨识算法,放宽严格持续激励(Persistent Excitation,PE)条件。在控制中引入双曲正切函数避免了奇异性问题,将参数辨识算法纳入自适应DSC框架内构成一种复合控制方案,保证了全状态约束下的参数估计误差(Parameter Estimation Errors,PEE)和轨迹跟踪误差在实际固定时间内收敛。理论分析和数值仿真验证了算法的有效性。 (3)针对一类具有不确定参数的非线性严格反馈系统,提出了一种实际预定义时间参数辨识算法和基于复合学习的实际预定义自适应DSC方案。基于本文的三层变换技术,提出一种在IE条件下的预定义时间参数估计算法。利用双曲正切函数设计了一种非奇异自适应DSC方案,将参数辨识算法集成到自适应DSC方案中形成复合控制,保证了PEE和轨迹跟踪误差在实际预定义时间内收敛,李雅普诺夫稳定分析证明了闭环系统是半全局一致预定义时间有界的。最后仿真结果验证了算法的有效性。 图33幅,表5个,参考文献108篇。

关键词： 双电机伺服系统   离散控制   命令滤波   反步法   自适应控制  

摘要： 随着《中国制造2025》的持续推动,为了发展高端装备加工、数字化制造等新兴产业,智能制造转型升级对伺服系统提出了更高的要求。在面对大惯量的负载时,采用多个中、小惯量电机共同带动大惯量负载成为一种有效的控制策略。此外,以高精度数控机床为代表的离散系统大多利用数字计算机进行采样与控制,而且在工业伺服系统应用中,基于离散系统的控制设计方法在稳定性、可实现性方面优于采用连续系统设计的控制器。因此,本文考虑多电机伺服系统中不可避免的非线性扰动转矩和输入饱和等因素对控制性能的影响,研究多电机驱动伺服系统高性能离散控制方法。此外,由于复杂工程应用中往往难以建立精确的被控对象数学模型,研究了基于数据辨识所得特征模型的伺服系统离散控制方法。综上,本文在反步法的基础上,综合应用模糊逻辑系统、命令滤波技术、终端滑模以及Lyapunov稳定性理论等理论知识与技术手段,研究多电机驱动的高精度伺服控制问题。本文主要的工作内容归纳如下:1.针对含有扰动转矩的双电机驱动伺服系统,在反步法的基础上,结合命令滤波技术,避免“计算爆炸”和“因果矛盾”问题。应用离散系统自适应技术和模糊逻辑系统处理其中的不确定非线性项,并建立误差补偿方程,处理滤波器产生的滤波误差,进一步提高跟踪精度。采用Lyapunov稳定性理论证明系统的稳定性。通过对比仿真验证了,所设计的离散控制方法能使双电机伺服系统在扰动转矩的影响下稳定地跟踪期望信号,跟踪误差收敛到原点附近的极小邻域内。2.针对双电机伺服系统实际工程应用中不可避免的输入饱和现象,设计考虑输入饱和的双电机伺服控制方法。首先,对电机中普遍存在的输入饱和问题进行数学分析,结合分段函数将其限制在一定的范围。其次,采用命令滤波器来对虚拟控制信号进行滤波处理,通过得到信号的差分,有效地减少了传统反步法所需的计算量,并克服了传统反步法设计过程中的“因果矛盾”问题,引入补偿机制处理滤波误差,结合Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。最后,仿真结果表明本文设计的控制策略可以使带有输入饱和的双电机伺服系统实现较好的位置跟踪性能。3.基于传统离散模型的双电机伺服系统控制性能受模型复杂度及建模精度影响,控制器形式复杂非线性程度高,为工程实现带来了困难。因此,本文根据特征模型理论,结合终端滑模控制方法,设计了一种基于特征模型的离散自适应终端滑模控制器。此外,对闭环系统的有限时间稳定性进行了证明。最后,在双电机伺服转台实验中验证了所提出的控制方法在跟踪阶跃、斜坡和正弦三种典型指令信号时具有较好的控制性能,跟踪误差能够保持在原点附近的充分小邻域内。

关键词： 可配置   智能控制   模糊PID   MODBUS   污水处理系统  

摘要： 我国经济飞速发展的同时,工业化也带来严重的水质污染。水污染处理关键在于水处理工艺及设备,水处理设备直接决定水处理工艺成效。受环境、经济等因素影响,不同水域的水处理设备也不同,带来了水处理成本的增加。水处理控制系统是水处理设备的关键,因此研究可配置的污水处理控制系统,对降低污水处理成本,提高水循环利用能力具有重要现实意义。 本文依据污水处理工艺,结合智能控制技术,研发一种可配置的污水处理智能控制系统。主要工作内容如下: 电机工作性能决定水处理设备运行稳定性,本文对三相无刷电机的控制算法进行了优化以保证电机的平稳运行,启动部分对变频变压的加速曲线进行优化,转子检测部分采用反电动势过零点检测,同时对闭环加速做了缓冲优化,使得电机加速平滑稳定。 依据污水处理过程中参数非线性和时变性的特点,结合PID控制算法和模糊智能控制算法,本文设计一种可配置控制算法。 在此基础上,设计可配置控制系统的软硬件部分。控制系统由控制终端、现场控制器和三相无刷无感直流电机驱动板组成。硬件部分:以ARM处理器STM32为核心,完成电源电路,电机驱动电路,转子检测电路,通信电路等模块设计。软件部分:控制器将污水处理事项分成多个任务,结合控制算法,进行软件设计;控制终端则是通过远程检测和配置参数,与现场控制器配合控制,采用通信协议为MODBUS协议。 以溶解氧浓度控制为例,借助BSM1污水处理仿真基准模型,本文对设计的控制算法效果进行验证。实验结果表明基于本文控制算法仿真出水组分与实际出水组分的数据对比相差不大,优于PID控制器且溶解氧浓度控制稳定。另外,系统测试结果表明:电机控制启动平稳、加速稳定、闭环变速稳定。控制终端与控制器通信良好,控制稳定。

关键词： 光-储直流微网   最大功率跟踪控制   虚拟直流发电机控制   虚拟同步发电机控制   自适应控制  

摘要： 光-储直流微网作为新能源的有效接入方式之一,有助于加快建设低碳高效的现代化能源系统。然而,目前光-储直流微网中的接口变换器常采用“刚性”控制策略,这加剧了光-储直流微网低惯性、弱阻尼的严重程度。因此,为解决光-储直流微网惯性缺乏的问题,并保证光-储直流微网在光伏出力波动、负荷投切以及电网频率突变等扰动下的稳定运行,本文以光-储直流微网为研究对象,对光伏最大功率跟踪控制、储能处的直流侧接口变换器(DC/DC)以及交流侧接口变换器(DC/AC)的控制策略进行研究。首先,介绍光-储直流微网的整体结构,阐述光-储直流微网储能处的直流侧接口变换器(DC/DC)和交流侧接口变换器(DC/AC)的拓扑结构,并根据工作原理建立数学模型。其次,为提高局部遮阴环境下后期光伏最大功率跟踪的收敛速度,研究基于灰狼算法与扰动观察法进行结合的最大功率跟踪控制策略。通过利用灰狼算法的全局搜索能力确定最大功率点的范围,然后利用扰动观察法进行局部搜索,在跟踪精确最大功率点的同时减少收敛时间。再次,为保证局部遮阴环境下光照以及负荷功率突变时光-储直流微网直流侧母线电压的稳定,研究基于虚拟直流发电机储能处的直流侧接口变换器(DC/DC)控制策略。通过类比直流发电机的运行原理建立虚拟直流发电机控制的数学模型,并根据小信号模型分析参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,通过设计虚拟惯量阻尼自适应控制策略,提高直流母线电压的动态稳定性。最后,为实现光-储直流微网与交流电网的柔性连接,研究基于虚拟同步发电机的交流侧接口变换器(DC/AC)控制策略。通过建立虚拟同步发电机控制的数学模型,利用小信号模型对关键参数进行根轨迹分析,明确参数变化与系统稳定性的关系。在此基础上,设计虚拟转动惯量阻尼协同自适应控制策略,改善交流侧电网频率的动态调节性能。研究结果表明,局部遮阴环境下对光-储直流微网直流侧接口变换器(DC/DC)与交流侧接口变换器(DC/AC)分别采用虚拟直流发电机控制和虚拟同步发电机控制,不仅可以保障直流侧母线电压和交流侧电网频率的稳定,还能提高光-储直流微网的惯性以及暂态特性,对大规模新能源的渗透具有更强的适应性。

关键词： 电压型PWM整流器   自抗扰控制   模糊控制   连续光滑函数   非线性状态误差反馈律  

摘要： 脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)整流器由于具有网侧电流畸变率小、直流侧输出电压恒定、可能量双向流动以及单位功率因数运行等优点,广泛应用于电力电子技术、工业生产、交通运输等领域,是实现节能和电能的“绿色变换”的关键部分。三相PWM整流器是一个多输入多输出的强耦合非线性时变系统,系统在实际运行过程中常遭遇负载突变、系统参数变化以及外界扰动等不确定工况,采用传统的线性控制难以获得理想的控制效果。针对三相PWM整流器,探索具有强鲁棒性、强自适应性及强抗扰能力的多输入多输出非线性控制策略,依然是当前PWM整流器研究的核心问题。自抗扰控制方法具备多变组合的非线性函数特性,其不依赖于或不完全依赖于精确的系统数学模型,具有控制精度高、抗扰能力强等特点。模糊控制能够利用数学手段在一定程度上仿效人的思维过程,对复杂事物进行模糊识别和模糊决策,并善于利用不精确及不完备的信息,自抗扰控制和模糊控制的这些特点为解决PWM整流器这类多输入多输出强耦合非线性系统的控制提供实质帮助。本文拟以三相电压型PWM整流器作为研究对象,设计了一种新型的模糊自抗扰控制器,为解决PWM整流器这类多输入多输出强耦合非线性系统的控制提供支撑。具体研究内容如下。首先,对三相电压型PWM整流器的工作原理进行了概述,进一步,基于基尔霍夫电压电流定律推导了三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下整流器的数学模型,为后续整流器系统的控制策略设计奠定基础。其次,针对三相电压型PWM整流器,采用非线性自抗扰控制策略代替传统PI控制策略,分析了自抗扰控制器的原理、结构及其参数整定,并构造了连续且光滑的qin函数对扩张状态观测器和非线性误差状态反馈律的设计,以此改善传统扩张状态观测器运行过程中的高频震颤现象。再次,针对三相电压型PWM整流器内部参数变化和外界干扰时,传统双闭环PI控制策略存在动态性和抗扰性差等问题,采取了自抗扰控制器取代电压外环控制,通过扩张状态观测器估计并补偿系统内部及外部的扰动,以此来实现整流器系统线性化的目的。针对自抗扰控制器参数整定不易以及带宽限制的问题,将模糊控制器引入自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈律进行参数自整定,结合了两种控制器各自的优点,仿真实验结果表明,模糊自抗扰控制器相较于传统PI控制器和自抗扰控制器有效提高了整流器系统的动态响应性能和鲁棒性。最后,通过搭建三相电压型PWM整流器的实验样机,介绍了实验样机的硬件设计和软件设计,并对设计的模糊自抗扰控制器进行了实验验证,实验结果表明相较于传统PI控制方法,本文设计的模糊自抗扰控制方法能够提高三相电压型PWM整流器的动态响应性能和抗干扰能力,证明了该算法的可行性和优越性。

关键词： 马铃薯   环形升运   耦合仿真   智能控制   低损输送  

摘要： 针对国内马铃薯联合收获机对低损和高效清洁收获的作业需求,分析了制约国内马铃薯收获机发展的技术难点,将低损收获输送技术作为主要研究方向,设计研发了一种环形集薯升运装置,为马铃薯联合收获机进行多次清选提供竖直空间上的输送支持,具体研究如下1)结合国内外研究现状,分析了马铃薯收获机存在问题,阐述了马铃薯环形集薯升运装置对于马铃薯联合收获设备发展的重要意义,结合马铃薯联合收获机整机作业需求,制定了环形集薯升运装置总体设计方案。2)基于总体功能和空间的设计,对总体结构和工作原理进行了阐述,并对环形集薯升运装置的关键部件进行了设计,确定了环形集薯升运装置的运行方向以及作业主体升运、托运输送带的协同作业方式,对环形集薯升运装置上被升运的马铃薯运动进行动力学和运动学分析,确定影响马铃薯损伤和升运效率的关键因素,并确定了环形集薯升运装置升运马铃薯一端的升运转角运行轨迹半径为600mm。3)为确定环形集薯升运装置关键部件的具体参数,对影响马铃薯损伤和升运效率的关键部件尺寸和配合形式进行仿真分析,利用Edem-Recur Dyn耦合仿真,将部件模型导入该软件并结合实际情况设定参数,通过马铃薯颗粒以24t/h生成的情况下,对升运挡板高度、升运挡板与升运输送带间的倾角、相邻两升运挡板间距和升运输送带运行线速度进行单因素耦合仿真试验,以马铃薯颗粒模型在输送过程中的碰撞受力均值和最高值为试验指标,确定网板高度200mm、网板倾角76°、网板间距240mm,并以升运作业速度为因素对参数取值进行验证试验,升运作业速度为0.9～1.1m/s时,马铃薯颗粒受到的最大碰撞力和平均碰撞力分别为150～154N、18.5～20N,升运效果较好。4)根据实际马铃薯升运输送量和上章耦合仿真后较优速度区间,设计了适应于该装置的控制系统,并对其液压部分工作原理进行了阐述,对传动系统的传动比进行了分析,并结合传动比和升运输送带所需的最大运行线速度对液压泵和液压马达的排量进行了计算;根据装置作业工况,引入智能控制系统,在超声波传感器作用下,升运输送带运行线速度随着上料量的增大自动提高,保证机器始终处于高效率低损伤的工作状态。5)为确定该装置关键部件参数设计的合理性,对该装置进行台架试验和田间试验,台架试验以马铃薯的上料量、升运输送带运行速度以及上料速度为试验因素,以破皮率、最大碰撞加速度作为评价指标进行三因素三水平的正交试验,通过DesignExpert 10软件进行数据分析,得出相应的影响规律,并通过参数优化模块结合实际情况得到最佳参数组合为:当上料量为24.64t/h、升运输送带运行速度为0.95m/s、上料速度为0.97m/s时,破皮率为1.03%、最大碰撞加速度为58.65g。通过田间试验进行验证试验,环形集薯升运装置升运效果良好,未出现马铃薯翻滚掉落等现象,升运效果较好,整机以0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s进行收获作业时,伤薯率分别为0.94%、1.06%、1.12%,破皮率分别为1.09%、1.21%、1.33%。