“自动控制原理”课程思政研究与实践

立德树人作为高校的根本任务,全面推进课程思政建设是开展立德树人的重要举措之一。本文以自动化及相关专业的重要专业基础课“自动控制原理”为例,在一流课程建设背景下,从课程特点与定位、课程思政内涵分析、课程思政元素提炼等几个方面,进行了专业课中开展课程思政的探讨,并以课程中“负反馈控制原理”为例,进行了实施路径探索与实践研究。     

基于特征选择和数据增强的电池荷电状态预测

现有基于神经网络的电池荷电状态(state of charge, SOC)预测研究大多把重点放在模型结构和相关参数的优化上,却忽略了训练数据的重要作用.针对该问题,文中提出了一种基于特征选择和数据增强的电池SOC预测方法.首先,方法根据原始电池充放电数据进行特征工程,并使用排列重要性(permutation importance, PI)方法选出对模型预测最有帮助的7个特征;其次,通过加入高斯噪声来扩大训练数据样本总量,达到数据增强的目的.实验使用双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory, Bi-LSTM)作为预测模型,使用Panasonic 18650PF数据集作为训练数据.使用标准Bi-LSTM进行预测时,平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和最大误差(max error,MaxE)分别为0.65%和3.92%,而在进行特征选择和数据增强后,模型预测的MAE和MaxE分别为0.47%和2.62%,表明PI特征工程与高斯数据增强方法可以进一步提升电池荷电状态预测模型的精度.     

基于复杂网络的多电机同步控制系统 故障诊断与切换容错研究

针对多电机同步控制系统的传感器故障问题,受复杂网络同步输出耦合矩阵概念的启发,基于其中的信息和结构冗余,设计表征不同传感器输出数据一致性的相似度矩阵,通过在线对矩阵中元素大小及特征值的判断实现对故障传感器的检测、定位与估计;依据故障诊断结果,通过引入可靠系数对均值反馈的加权修正,实现对故障传感器的隔离与系统的切换容错.所提方法的创新之处在于充分利用了数据驱动方法中便利的数据获取与基于模型方法中能反映机理特征的各自优势,实现了基于模型与基于数据方法的有机融合,避免了繁杂的理论推导,具有算法简单、不需要改变系统原有的拓扑结构、易于工程实现等特点,同时适用于多故障情形.仿真实验验证了所提方法的有效性.     

基于故障程度的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障,采用一组线性二次最优控制器,并且设计了可变因子二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态和检测故障。当故障被检测和诊断出来时,通过可变因子二阶卡尔曼滤波器调节,同时切换到相应的线性二次最优控制器使故障影响变小。最后,在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障时,输出信号能够快速跟踪轨迹,实现了对执行机构部分失效故障的容错控制。     

速调管热测高压电源设计与研制

本文介绍了一种应用于速调管热测的高压电源,高压电源采用高可靠、高转换效率的零电流串联谐振技术;为拓展输出功率,电源采用“集中控制”的模块化设计,多台电源模块同步工作,模块之间通过输出整流桥串联强制均流;电源高频变压器采用低分布电容设计,以减少高频变压器漏感对充电时间的影响。仿真和实验结果表明,该高压电源作为高压脉冲电容器充电电源,应用在速调管热测系统能可靠工作,稳定度和精度均满足设计要求。     

基于提高定位精度的圆形嵌套麦克风阵列结构研究*

以提高定位精度为目的,同时从减少定位时延、消除定位模糊的角度出发,并且考虑到线阵定位角度范围的限制,提出了嵌套的均匀圆形麦克风阵列结构。由于在使用高分辨率的近场声源三维定位算法时,会带来较高的计算复杂度,因此,本文采用了宽带聚焦算法进行了处理,为了使其时延得到较大幅度的降低。仿真结果表明,该方案取得了较好的定位效果。     

基于计算实验的公共交通需求预测方法

一般来说,用于交通需求预测的数学模型往往缺少对出行个体微观水平上的异质性和可变交通情景的考虑.针对这些问题,本文提出了一种基于计算实验的公共交通需求预测方法.该方法主要由交通调查、基于Agent的人工交通系统（Artificial transportation system,ATS）和计算实验3部分组成.在出行个体Agent建模中引入BDI（Belief-desire-intention）模型,来推演各出行个体在出行过程中对各交通选择的决策制定过程.在人工交通系统的基础上,可以设计并执行大量的计算实验来进行交通需求预测.本文通过基于校车系统的一系列交通调查和计算实验验证了该方法的可行性和优越性,并针对各种不同交通情景进行了交通分布预测和交通方式划分预测.     

连云港市水资源承载能力评价研究

为客观评价连云港市水资源承载状况,构建了包括水量、水质、水生态3个要素及6项指标的水资源承载能力评价体系,并制定了评价方法,根据评价结果划定了超载区、临界超载区、不超载区,并分别绘制县域水资源承载状况图。结果标明,2016年,灌云县水资源综合承载状况为临界超载,其他各县区均为超载,全市水资源综合承载状况表现为整体处于超载状态,其中市区最严重。造成全市超载的主要原因是水功能区达标率较低、地下水过度开采和入河污染物量超标等,评价成果可为连云港市水资源开发利用和保护提供决策依据。     

基于故障可诊断性量化评价的传感器优化配置方法研究

提出了一种基于故障可诊断性量化评价的传感器优化配置方法.针对可能发生故障的非线性系统,首先,基于K-L散度思想,通过计算故障情形下残差概率密度函数的差异度,得到了系统不同故障下故障可检测性和可分离性的量化指标,由于稀疏内核密度估计和蒙特卡洛算法的引入,克服了K-L散度计算中残差概率密度函数难以估计和非线性结构的K-L散度计算复杂度高的困难;其次,以故障可诊断性的定量评价为基础,借助于动态规划方法给出了系统满足期望故障可诊断性的传感器最优集合;最后,通过数值仿真和实体实验仿真验证了文中方法在故障诊断系统传感器优化配置中的有效性.     

洞庭湖区表层沉积物重金属污染特征与风险评价

长江经济带的人口和经济总量占比均超过全国的40%,处理好长江流域洞庭湖水系开发与治理的关系,是实现长江经济带"共抓大保护,不搞大开发"的重要环节之一。为了解洞庭湖水系重金属污染特征与生态风险,2017年8月对洞庭湖水系24个点位表层沉积物进行了采样,分别对研究区域中Hg、As、Cr、Cd、Pb和Cu等6种重金属含量进行了评价和来源分析。结果表明:①表层沉积物重金属平均质量分数表现为CrPbCuAsCdHg,Hg、As、Cr、Cd、Pb的含量分别为背景值的7.0,2.0,9.3,2.2,2.3倍,湖区Hg、As、Cr、Cd、Pb平均含量均略高于入湖水系,是入湖水系沉积物重金属含量的1.1～1.5倍。②地累积指数和潜在生态指数评价显示:重金属RI值从大到小的顺序为CdHgCuPbAsCr;Cd处于中度污染,重生态风险,Hg处于偏中度污染,重生态风险,表明Cd、Hg是主要污染物;mPEC-Q均值为0.43,表明研究区域内发生生物毒性不利影响的可能性在15%～29%之间。③来源分析表明:As、Pb、Cd、Cu等重金属具有同源性,主要来自"四水"流域工业废水,需进一步推动企业转型升级;为降低Cr含量,应加强生物灭螺实际应用研究。