无人帆船研究现状与展望

无人帆船是一种以海洋环境能源为驱动,可以胜任远海作业、具有实时数据传输功能和实时定位功能、低运营成本的多用途新型海气界面移动观测平台。其以风力作为航行驱动力,以太阳能电池板等获取电能供给控制系统和传感器使用。与传统的海洋移动观测平台相比,可以实现低成本的长航时、大范围、高时空分辨率海洋观测,尤其是海气界面的海表气象数据和次表层海洋数据等海洋环境要素的精细观测。可以为全球气候变化、海洋酸化、海洋碳循环、极地气-海-冰相互作用等前沿热点问题的研究提供数据。对国际上具有代表性的无人帆船进行介绍分析,对无人帆船的帆船结构、运动机理与航行控制等技术的研究现状进行综述,并对无人帆船的发展趋势和关键技术进行讨论。     

用于应力应变和疲劳显微分析的原位拉伸系统的研制

工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。     

基于模块化AUV的控制系统研究

采用模块化的设计理念,介绍一种基于模块化AUV(自主水下航行器)平台的控制系统。该平台系统可搭载功能模块,使其具备相应工作能力,有很强的扩展性。控制系统以以太网总线为基础,将控制系统分解为水平与垂直两个方向,并设计对应控制器进行控制,实现高精度的自动控制。经过湖上测试,这种方法提高系统可靠性和稳定性,且具有良好的深度、航向控制功能。     

自主水下航行器控制系统的设计及实现

在海洋观测、海底资源开发以及水下勘察等水下作业中,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为不可或缺的装备.航位推算是AUV在水下自主航行的关键技术.因此,介绍AUV的结构组成、硬件控制系统以及软件控制系统等,重点介绍了一种AUV自主导航的航位推算算法以及最后的湖试实验...     

基于C#的AUV控制软件的设计与实现

介绍了用于水下自主机器人(AUV)航行的控制软件的设计与实现.该软件是基于C#在Visual Studi0 2005.NET环境下,运行于Windows操作系统下的程序,使用Serial Port类实现串口通信功能,可以有效控制AUV的前进、后退、左转、右转、自主航行、预编程模式航行等,并在数据处理后将AUV状态及航行轨迹显示到界面上.试验表明,该控制软件达到了预期效果.     

基于模块化控制的配电终端智能调试机器人控制系统

提出了基于模块化控制设计一种配电终端智能调试机器人控制系统。首先,采用通信模块与数据采集模块获得智能调试机器人的数据信息,通过传感器等设备将数据传输给主控制模块;然后,汇总相关数据信息,并在主控模块下达指令对配电终端智能调试机器人进行控制;最后,通过模块化使机器人控制系统实现动态避障与最短路径规划。实验结果表明,该系统实际调试配电终端时能够平滑稳定的控制机械手完成调试工作,同时具有良好的避障效果,配电终端调试效率高。     

基于虚拟设备的车载异构网络互联模型

针对车载网关中异构网络及多种类设备间与互联网的通信问题,设计并实现了一种新的基于Linux虚拟设备的车载异构网络互联模型.该模型利用Linux中的模块动态加载特性及虚拟网络设备来实现多种类设备间的统一化和互联通信.逻辑上,在TCP/IP协议栈和实设备驱动层之间设计了一个虚拟网络设备层,所有的数据在系统内核与实设备通信的时候均通过虚拟网络设备层,而虚拟网络设备则提供统一的socket层接口,使得上层应用服务的设计和实现更为简单.实验测试表明,该模型可以完成异构网络间的通信,尤其是与Internet的通信.     

盾构刀盘液压驱动实验系统仿真分析与实验研究

以盾构刀盘驱动系统实验平台为研究对象,基于AMESim仿真软件构建该实验台泵控马达液压控制系统的仿真模型,通过分析变载荷条件下刀盘转速的动态响应特性,来验证刀盘驱动实验系统的载荷顺应能力和多马达同步控制性能,并基于所设计实验平台进行相关实验研究,结果证明所设计液压系统满足预期控制要求.     

鱿鱼加工专用设备控制系统设计

我国海洋生鲜食品加工的自动化程度较低,针对鱿鱼专用加工设备的使用设计了一套具有实用性较强的控制系统。该系统基于MCU,利用智能节点采集驱动系统与执行系统的原始数据并与上位机通讯,对鱿鱼专用加工设备进行控制,从而实现鱿鱼生鲜食品的自动化生产。     

高海况下AUV回收过程力学特性研究

为了深入研究复杂海洋环境对AUV回收过程的影响,基于Fluent中的UDF和VOF模型,建立了AUV回收过程中三维海洋波浪模型,在此基础上对AUV回收过程中的阻力、升力干扰进行了研究。     

基于S7-1500PLC的电梯控制系统设计

应用西门子S7-1500PLC作为运算控制器,博图作为开发工具平台,开发单部6层电梯软硬件控制系统,详细阐述该控制系统的硬件选型、I/O分配、梯形图程序编写及HMI设计并通过仿真验证系统的可行性。利用S7-PLCSIM Advanced仿真软件,以UaExpert作为客户端,基于工业通信标准OPC UA协议实现与上位机的数据通信,通过实验证明该设计可对电梯进行实时监控与数据监测,进而验证系统的有效性。同时,该系统所使用的数据通信技术也是智能制造概念下的具体工程应用,技术本身具备良好的推广和应用价值。     

基于风险矩阵的海洋石油动态RCM技术研究

传统RCM技术是设备完整性管理和开展预防性维修的重要手段,可以根据不同设备和风险因素制定对应的预防性维修策略,但时效性不足。海洋石油关键动设备逐步建设具备智能化的在线状态监测系统,可以提供设备实时状态。本文提出采用基于风险矩阵,将具备在线状态监测与传统RCM进行数据打通,基于在线状态监测智能预警诊断状态修正维修策略的动态RCM方法,并研发出海洋石油动态RCM分析软件系统,系统测试达到了设计要求。     

基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析

由于所携带能源总量的限制,目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求.为了有效地减少能耗,解决AUV工作时间短的问题,提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV.该AUV通过着陆坐底实现定点测量,可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测.基于此,对AUV的着陆策略进行研究.在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上,分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系.最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案,并基于模糊控制设计着陆控制器.该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量,可以使AUV以较短的时间着陆于海底,同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内,满足了AUV安全着陆的要求.仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性.     

基于基金会现场总线高速以太网的软PLC设备的研制

基金会现场总线（FF）对离散信号的处理能力不强，需要在其上集成PLC以弥补其不足。为此，研制了基于基金会现场总线高速以太网（FF HSE）的软PLC设备。阐明了该设备的系统组成、工作原理、开发系统和目标系统的设计与实现方法。提出了一种新颖的设计方案：在软PLC目标系统中采用2个嵌入式控制器分别实现系统的通信与控制功能。用于通信功能的嵌入式控制器把软PLC的分散控制功能集成到了基金会现场总线上。实验结果表明，设备对高速离散信号的处理能力强，能够无缝地集成于FFHSE上，有效地增强了FF现场总线控制系统对离散信号的处理能力。     

基于FPGA与USB2.0的温度数据采集与控制

在数据采集领域,基于FPGA和USB2.0的数据采集系统广泛地应用在各种数据采集场合.介绍了一种用于温度测量数据的采集与控制系统的设计方法.该系统基于FPGA与USB2.0的架构,FPGA控制系统对温度传感原件热敏电阻温度的数据采集和通过外围电路驱动控温执行元件半导体制冷器TEC对被测物进行加热或制冷,达到自动温控的效果.首先利用Verilog语言设计了高精度的脉冲计数模块和USB2.0设备控制器的模块,并将其集成在SOC中,实现NIOS系统与PC机的通信,然后设计了作为数据采集通道的USB芯片CY7C68013A工作在slavefifo模式下的固件程序,以及数据显示与处理的应用程序.实验结果表明,利用FPGA与USB器件可实现温度数据的高速和准确传输,并且对TEC的控制反应迅速.     

基于DSP的步进电机控制系统与上位机的串行通信设计

首先简述了基于DSP的步进电机控制系统及步进电机的细分控制原理,给出了步进电机的驱动接口电路。重点论述了上位机与基于DSP的步进电机控制系统之间的串行通信设计,上位机使用VC 的MSComm控件实现串行通信,给出了DSP的串行通信的硬件接口电路,并给出了部分程序代码。实验证明,实现监控此方案可行有效。     

机械设备电液驱动自动控制系统

针对观测噪声和控制对象随机扰动的机械设备电液驱动自动控制系统,建立了作为自动控制对象的机械设备电液驱动工作过程的数学模型。该数学模型包括描述液压马达驱动动力部分和调节泵工作容积过程的线性动态环节。根据分离方法,将随机线性最优系统的综合任务的求解分为最优滤波器的综合任务和最优系统的确定性综合任务。在最优线性控制器的设计中,采用了动态规划的方法,对自动控制系统的动态特性进行了研究,分析了不同驱动参数下角位移和角速度的过渡过程。结合设备的工艺特点,对最佳传递系数的选择提出了建议。     

Linux系统下基于SPI总线的外部A/D驱动设计

为了满足工业控制系统的测控要求,设计了一种Linux系统下基于SPI总线的外部A/D驱动程序。通过总线设备模型的方法编写驱动程序能动态地加载和卸除设备驱动,A/D和ARM之间通过SPI总线进行数据交互,应用程序通过数据处理进程和数据收发进程进行数据采集计算和传输,两者通过消息队列实现同步。具有设备动态加载、可移植性强等特点,不仅提高了系统转换精度,还提高了总线的传输速率,经测试表明该驱动的设计可行。     

基于串行总线的数据采集系统的设计与实现

基于串行总线的异步通信是一种实用高效的数据传输方式。使用单片机为核心设计数据采集装置，配合利用多线程技术和串口技术的软件系统可以实现对多种数据的采集记录，并且满足系统对实时性与稳定性的要求。主控软件可对前端数据采集装置的工作状态实施有效的控制，并对采集的数据提供多种样式的观测模式，实现了对数据的宏观与微观观测，以及对采集数据有效的归档存储，极大的提高了数据采集工作的效能。     

基于液压传动多自由度机器人控制系统研究

针对传统工业生产自动化程度不足,设计了一款基于PLC和液压驱动的圆柱坐标系搬运机械手。介绍了搬运机械手基本组成结构、控制要求以及控制系统相关的辅助元件,重点分析了搬运机械手工作原理、液压回路、PLC控制程序等,并利用组态软件进行组态仿真实验。实验数据验证了该控制系统控制下机械手的工作性能良好及控制系统设计的合理性,并能够达到实际生产的要求。