智能轨道快运系统快速充电技术研究

针对智能轨道快运系统(autonomous-rail rapid transit,ART)大功率快速充电需求,文章分析了车载动力电池式储能系统及地面快速充电系统对ART这种中小运量城市轨道交通制式的适应性及其带来的车地通信交互难题。通过对比分析超级电容式有轨电车及动力电池式公交客车充电方式,基于ART线路运营特点,提出了一种双无线通信链路的升弓充电方案。该方案通过引入无线通信链路,解决了升弓充电无通信硬线情况下充电交互信息的传输问题;同时在充电位配备射频定位系统,配合司机在充电位一键完成升弓充电操作,缩短了充电准备时间及实际充电时间,提高了ART线路运营效率。实际应用结果证明了该方案的有效性和实用性。     

自供电磁阻车辆检测节点设计

针对无线车辆信息采集系统寿命受制于节点功耗的问题,设计了一种基于各向异性磁阻传感器的自供电车辆检测节点。节点采用电源动态管理,设计了快速信号采集电路,结合低功耗芯片的选用以及执行睡眠等方法来控制节点功耗。为减少通信次数和保证可靠通信,针对应用定制了时分多址加跳频的无线通信协议。节点采用超级电容加充电锂电池的存储结构收集太阳能,通过软硬件协同设计实现了简单高效的能量管理方法,具有供电源自动切换和充电控制功能。实验测试的结果表明该节点能够胜任车流量检测应用,自供电能够满足节点可持续工作的需要。     

超级电容负载的耦合并联充电系统无源分布式协同控制

储能式轻轨车辆采用超级电容作为动力源,其并联充电系统每个充电机不可避免的存在着线路不对称、元器件老化及工艺误差等因素,使得输出电流不均衡.本文将并联充电系统的电流均衡问题抽象成一类非线性耦合动态互联系统的输出同步问题,结合系统的无源性,根据最近邻原则,借助饱和函数,设计了保证控制输入有界的输出同步控制器.利用子系统存储函数构造李雅谱诺夫函数,在系统满足无源性、通信拓扑满足细致平衡条件的情况下,借助Barbalat等相关引理证明了整个闭环系统的稳定性.将提出的无源性协同控制方法运用到了具有超级电容负载的并联充电系统控制实例中,借助仿真验证了本文提出的无源性协同控制方法的有效性.     

管道泄漏监测传感器网络的路由路径算法研究

分析管道流量泄漏监测的传感器网络特点,对传感器节点数据流量进行建模分析,如何保障在线监测网络设施的可用性,而链路通信质量随时空变化很大,并且有5%到15%的非对称链路存在。链路层服务不但可以发现邻居传感器节点,测量和预测邻居节点间的链路通信质量,而且还能提供链路数据转发机制减轻单向链路对其他协议的影响。为了提高路由路径的可靠性和减少能量损耗,利用链路层服务和分布式算法,为每个传感器节点建立到汇聚节点的最可靠路由路径,理论分析该算法的性能,在模拟器TOSSIM上进行仿真,实验结果表明基于链路层服务的最可靠路由路径建立算法,可充分利用单向链路建立更可靠的路由路径,有多于17%的节点建立更可靠的路由路径,路由路径的可靠性提高2%到51%。     

基于物联网的电动车智能充电系统

为了解决电动车充电管理不便、安全性低的问题,设计了一种基于物联网的充电系统。该系统智能充电节点通过RN8209模块实现对电动车充电电压、电流和功率的采集,并利用这些数据判断充电状态,异常时自动关闭。该设计不仅实现了电能的计量,而且确保了电动车充电的安全性。系统中控网关通过LoRa无线模块与多个智能充电节点通信,并通过4G模块实现了与服务器的数据交互。测试结果表明,LoRa无线能够穿透地下室,通信距离达到300m,网关与服务器通信稳定。该设计实现了对充电桩的远程监控,具有很好的应用前景。     

基于超级电容的电动小车动态无线充电系统

以电动小车无线充电为主题,实现了以超级电容为基本储能装置的电动小车动态无线充电系统。该系统使用了将无线充电模块与超级电容组相结合的模式,通过把直流电转换成高频交流电,再通过电磁感应原理为超级电容无线充电,放电时通过Boost变换为小车提供电能。实验可实现小车在跑道上的某点充电时,充电指示灯点亮起;当外界电源切断,充电断电后,小车可自动启动并循迹行驶。最终证明了超级电容与无线充电模块组合装置可实现小车在行驶中,经过通电线圈时可以进行闪充,并沿着既定运行轨道继续行进。     

基于协同控制的串联超级电容电压均衡策略

超级电容作为储能式轻轨的动力源,其性能非常重要,为此提出一种分布式协同控制策略来实现串联超级电容的电压均衡.在信息层将串联超级电容单体视为智能体,均压问题可建模成多智能体系统协同跟踪问题;将串联超级电容单体之间分散的通信网络利用有向图来描述;借助有界的S型饱和函数,基于最近邻原则,设计了有界的控制增益可调节的协同均压控制律;在假定有向图含有生成树的前提下,利用李亚谱诺夫函数,结合拉塞尔不变集原则,证明了整个闭环系统的渐近稳定性;利用仿真验证了所提出的协同控制策略的有效性和可行性.     

应用于天然气管网安全监测的无线传感器网络节点设计与实现

利用无线传感器网络技术可对城市天然气管网安全进行在线、实时监测.结合具体应用需求和特点,设计了一种支持IEEE802.15.4和ZigBee协议的新型无线传感器网络节点.利用该节点,可以识别施工或其它外力对天然气管道的撞击破坏,检测管道附近泄漏的天然气浓度及异常温度等不安全因素.在集成微处理器和射频收发模块的"片上系统"芯片的基础上,实现了射频通信、数据采集和电源等模块的硬件电路设计,给出了节点间组网及数据传输的软件机制.实验结果表明,该节点具有功耗低、通信可靠等特点,可满足天然气管道安全监测的实际需要.     

欺骗攻击下具备隐私保护的多智能体系统均值趋同控制

针对通信网络遭受欺骗攻击的离散时间多智能体系统,研究其均值趋同和隐私保护问题.首先,考虑链路信道存在窃听者的情形,提出一种基于状态分解思想的分布式网络节点值重构方法,以阻止系统初始信息的泄露.其次,针对所构建的欺骗攻击模型,利用重构后节点状态信息并结合现有的安全接受广播算法,提出一种适用于无向通信网络的多智能体系统均值趋同控制方法.理论分析表明,该方法能够有效保护节点初始状态信息的隐私,并能消除链路中欺骗攻击的影响,实现分布式系统中所有节点以初始值均值趋同.最后,通过数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

城市燃气管道检测机器人测控系统研究与发展现状

检测与控制系统分别用于城市燃气管道检测机器人在管道内的缺陷检测和运动控制,是城市燃气管道检测机器人核心部分.综述了国内外城市燃气管道检测机器人测控系统研究和发展现状;论述了城市燃气管道检测机器人测控系统发展过程;结合各种燃气管道检测机器人系统构成示意图及测控系统构架图,阐述了测控系统工作原理,重点分析了基于通信线缆通信和基于无线通信的监督式测控系统;指出了未来城市燃气管道检测机器人测控系统的研究方向.     

电缆管道巡检机器人远程测控系统的研究与实现

采用图形化编程语言LabVIEW,通过构建多循环应用程序框架,开发了一种用于电缆管道巡检遥操作机器人的新型远程测控系统.该系统能够远程控制机器人在电缆管道内的运动并实时监测机器人沿管内行进时的位置和姿态,能通过机器人获取管内视频信息并进行Canny算子边缘处理以及对管内敷设电缆的温度监测.实际运行结果表明,该测控系统设计新颖、运行可靠、功能实用,对类似遥操作机器人的远程监测与控制系统开发有较好的参考作用.     

基于电力载波的综掘工作面监测系统设计

针对传统的综掘工作面监测系统采用敷设专用电缆信道为主、无线通信方式为辅的通信方法存在维护难度大、通信距离和可靠性受限的问题,提出了一种基于电力载波的煤矿井下综掘工作面监测系统。该系统利用煤矿现有电力电缆进行通信,不需要敷设专用通信电缆,大大降低了系统成本,减少了因通信链路故障而导致的通信中断问题,实现了对综掘工作面的稳定、可靠监测。     

Cable Joints

Robustly and efficiently simulating cables and ropes that are part of a larger system such as cable driven machines, cable cars or tendons in a human or robot is a challenging task. To be able to adapt to the environment, cables are typically modeled as a large number of small segments that are connected via joints. The two main difficulties with this approach are to satisfy the inextensibility constraint and to handle the typically large mass ratio between the small segments and the larger objects they connect. In this paper we present a new approach which solves these problems in a simple and effective way. Our method is based on the idea to simulate the effect of the cables instead of the cables themselves. To this end we propose a new special type of distance constraint we call cable joint that changes both its attachment points and its rest length dynamically. A cable connecting a series of objects is then modeled as a sequence of cable joints which reduces the complexity of the simulation from the order of the number of segments to just the number of connected objects. This makes simulations both faster and more robust as we will demonstrate on a variety of examples.     

Optimal regulation of a cable suspended robot equipped with cable interfering avoidance controller

Closed-loop regulation of a spatial cable suspended robot is performed in this paper subject to maximizing the Dynamic Load Carrying Capacity (DLCC) of the end-effector while the cable interference is avoided actively. Optimization is performed between two predefined boundaries and considering the cable interference constraint. This constraint is satisfied by designing a controller which prevents the cables’ collision. The overall formulation of the closed-loop optimal control based on Feedback linearization is derived in this paper for planning the optimal path with the highest load capacity. Then a complementary adaptive controller is designed and implemented to the main controller which is responsible for providing cable interfering avoidance. The efficiency of the designed controller for preventing the cables’ collision is shown by performing and analyzing some comparative simulations conducted on an under constrained cable robot with six cables and six DOFs. All results related to regulation, tracking and DLCC are compared between the simple optimal closed-loop system and the system which is equipped with the proposed cable interfering avoidance controller. It is proved that the planned path satisfies cable interference constraint while its DLCCs are optimized.     

煤矿井下有线宽带信息传输研究

指出要实现煤矿井下固定岗位无人值守、综采和综放等采煤工作面少人作业,应装备具有地面远程控制功能的煤矿监控系统、监视系统、矿用调度通信系统和矿井移动通信系统等;提出矿井信息传输系统应满足传输带宽宽、有线与无线相结合、抗故障能力强、传输距离远、可靠性高、标准化、安全性好等要求;在分析星型、环型、树型和总线型等煤矿井下有线传输网络结构优缺点的基础上,提出了双巷双缆、单巷双缆、单缆双树冗余结构,认为理想的煤矿井下有线传输网络应采用双巷双缆或单巷双缆双树冗余结构;提出煤矿井下有线宽带传输应采用基于无源光网络的矿用以太网或基于有源光网络的矿用以太网的观点,并提出了这两种矿用以太网的主要性能与技术指标要求。     

分布式通信电缆防盗报警系统设计

针对通信电缆经常被盗割的现象,利用通信电缆任意两根芯线作为检测回路,按照一定距离并联滤波电阻器.当通信电缆被盗割后,检测回路的总电阻的变化会引起电流的变化,然后将电流变化量转化为电压变化量,再通过单片机的A/D转换后与事先设置好的报警数据比较,通过声光报警,提醒值班人员.设计给出了通信电缆防盗报警系统总体设计框图、整体...     

Cable inspection robot for cable‐stayed bridges: Design,analysis, and application

As the most important component of cable‐stayed bridges, cable safety has been of crucial public concern. In this paper, a new robot system for the inspection of stay cables is proposed. The robot not only replaces human workers in carrying out risky tasks in a hazardous environment but also increases operational efficiency by eliminating costly erection of scaffolding or dragging of winches. The designed robot is composed of two equally spaced modules, joined by connecting bars to form a closed hexagonal body that clasps the cable. For safe landing in case of an electrical interruption or malfunction, a gas damper with a slider‐crank mechanism is proposed to use up the extra energy generated by gravity when the robot slips down. To conserve energy, a landing method based on back electromotive force is introduced. Laboratory and field experiments verified that the robot can stably climb random inclined cables and land smoothly upon electrical malfunction. Finally, along with an application example, the vision inspection system based on charge‐coupled device cameras, operating modes of the robot, control methods, and feasibility are discussed in detail. The field applications on two cable‐stayed bridges indicate that such a low‐cost robot system can improve the efficiency of inspection operations and satisfy the requirements of actual cable inspection. © 2011 Wiley Periodicals, Inc.     

管道检测机器人设计与实现

为了简化管道检测流程和提高效率,设计了一种以通信服务模块为中心的管道检测机器人系统.从硬、软件两方面介绍了该嵌入式系统的设计和实现方法.硬件部分采用低功耗、高性能的STM32处理器作为客户端,通信服务模块采用高通AR9331路由器处理芯片.软件部分主要使用基于Linux的小型开源系统OpenWRT,实现了运动控制、视频采集、参数检查、网络数据收发、级联工作等功能.根据管道机器人的特殊工作流程,制定了一套适用于管道检测的通信协议,保证了机器人的正常工作,提高了检查效率.各种测试结果表明该嵌入式系统设计合理,整体上满足管道检测机器人的各项功能要求.