铝水制氢-发电的水下应急电源运行控制关键技术研究
这是一篇关于水下无人装备,水下应急电源,铝水制氢,控制系统,PLC,触摸屏HMI画面设计的论文, 主要内容为随着水下无人装备逐渐向高航速、大航深、长航程方向发展,在这一趋势下,为保证此类水下无人装备的可靠运行,现行办法是为其增设相应的水下应急电源系统,在水下无人装备失电的情况下紧急供给电能。同时为了保障水下应急电源在供电过程中的可靠性和安全性,需要设计一套水下自动化供电的控制系统,来对水下应急电源系统进行管理和维护。本文根据水下应急电源的实际工况和控制需求,对控制系统的软硬件进行选型和设计,通过现场调试验证程序能够实现系统的控制需求,为水下应急电源控制方面研究提供参考。本文主要围绕铝水制氢-发电的水下应急电源控制系统,按以下几个方面展开研究:(1)根据可靠性、安全性、先进性、便于拓展等设计原则,对控制系统方案进行设计,分析铝水制氢-发电的水下应急电源系统的原理和结构。通过计算得出气体流量、循环周期、反应温度、堆积密度、铝水比等重要工艺参数。(2)按照系统的工艺参数和控制需求,来对系统硬件和低压设备进行设计和选型。给系统中所有硬件设备分配I/O地址,根据地址分配表和控制逻辑来绘制电气原理图纸,然后进行接线和系统搭建。(3)通过博图V16编写系统PLC控制程序,软件设计主要包括系统控制程序设计和触摸屏HMI画面设计。控制程序具体包括故障报警程序、传感器模拟量采集程序、步进电机轴控制程序、循环泵PID控制程序等。系统控制的关键是对反应釜内部温度进行控制,控制方式采用PID控制,保持最佳反应温度使铝水反应产氢最优。触摸屏画面变量与程序变量关联,在触摸屏上可以实现对水下应急电源系统的运行参数监测存储、故障诊断报警、硬件设备启停控制。(4)将控制程序和触摸屏HMI画面对应下载到硬件实物中,进行设备功能、报警功能和触摸屏控制功能等测试,观察系统硬件设备是否按照控制逻辑进行启停动作。最终通过调试确认所编写的控制程序满足水下应急电源系统的控制需求,且能够保证系统安全可靠地运行。
奶牛乳头视觉定位系统设计与实现
这是一篇关于奶牛乳头,机械臂,控制系统,视觉定位的论文, 主要内容为现代化牧场正朝着智能化、无人化的管理模式发展,自动挤奶设备是其中重要的组成部分。本文聚焦于自动挤奶设备中的奶牛乳头定位这一关键技术,展开了系统性研究,设计了一种乳头视觉定位系统,研究了系统的组成部分、控制方式、定位算法等关键性要点,实现了奶牛乳头视觉定位并完成了系统搭建。论文主要工作如下:1.针对奶牛生物特征,设计了一款三自由度机械臂结构,通过步进电机驱动丝杠旋转的方式,实现了机械臂在三维空间中移动。首先确定机械臂的驱动方式和自由度数,然后分析其组成结构以及传动方式并进行建模,最后通过计算参数指标,验证了设计结构的可靠性。2.针对自制机械臂,设计了控制器电路及控制器软件算法。以机械臂的定位功能为出发点,自顶向下设计了控制器系统的主控电路、通信电路、显示电路和电源电路。同时考虑到信号的稳定性,针对易受干扰的部分,设计了不同的保护电路和布局布线规则。结合控制器电路,设计功能相协调的软件任务:自定义了基于RS-232接口的上层通信协议;编写了电机控制算法并通过CAN总线控制机械臂运动;搭建了人机交互界面;统计了主控芯片的使用率。实验测试结果表明,设计的控制算法可以有效地控制机械臂的运动速度和位置。3.针对核相关滤波算法在实际应用中无法自动选择跟踪目标、具有尺度缺陷等问题,提出了一种自匹配、尺度自适应的奶牛乳头定位算法。首先对图像进行预处理;然后在核相关滤波算法的基础上加入奶牛乳头匹配模块,对目标乳头的特征点进行提取并配准,在配准成功后,算法可自动跟踪视频中的乳头目标;最后在算法中引入尺度滤波器,实现了乳头的尺度估计,可以更精准地输出奶牛乳头位置坐标。实验结果表明自匹配、尺度自适应定位算法对奶牛乳头的匹配和跟踪效果良好。4.为了验证奶牛乳头视觉定位系统的有效性,本文将乳头视觉定位算法部署在ROS操作系统中,并搭建了实验平台。通过构建通信节点,发布了乳头坐标话题,实现了控制器与视觉端之间的通信,控制机械臂移动并完成了定位功能。
室内轨道巡检与作业机器人控制系统设计与开发
这是一篇关于配电房,巡检与作业,机器人,控制系统,图像识别的论文, 主要内容为随着电力普及水平的不断提高以及人工智能领域的深入探索,采用机器人进行巡检逐渐成为一个趋势。机器人巡检可以提高巡检的频次和效率,同时通过替代人工巡检也能减少人力投入并保障电力人员的安全。本文针对室内配电房巡检环境及功能要求,设计并开发了一种室内轨道巡检与作业机器人控制系统,并针对仪器仪表图像识别进行了算法设计开发。主要研究内容如下:进行了室内轨道巡检与作业机器人控制系统功能和系统技术指标的设计,设计了一种基于电力线载波通信的机器人控制系统总体设计方案。着重介绍了机器人本体吊舱机械结构、电力线载波运行轨道和作业臂的设计。通过分析与计算,完成了控制系统核心器件选型。完成了控制系统硬件电路总体方案设计。采用模块化思想对每个控制系统硬件电路进行了详细设计,主要包括:主控制系统电路、数据采集控制系统电路、手臂和吊舱旋转控制系统电路、小车和伸缩杆控制系统电路和作业机械臂控制系统电路等。在完成控制系统软件功能需求分析的基础上,完成了控制系统软件总体架构设计和各模块设计开发,主要包括:主控制系统软件、数据采集控制系统软件、手臂和吊舱旋转控制系统软件、小车和伸缩杆控制系统软件和作业机械臂控制系统软件。为确保机器人本体控制系统与后台终端之间、机器人本体主从控制系统之间通信的可靠性,制定了应用层通信协议。进一步,针对仪器仪表图像识别需求,设计了一种基于刻度搜索的指针式仪表自动识别算法,可以读取刻度均匀或不均匀的仪表。给出了一种基于距离的读数计算方法,仅利用指针的尖端及其最接近的两个刻度,就可以读取不同形状的指针式仪表示数。此外,进行了刻度值识别和刻度值推算。本算法不需要诸如仪表形状、刻度位置、刻度值数据以及刻度是否均匀等先验信息,并通过实验证明了该方法的鲁棒性和准确性。最后,完成了控制系统硬件调试、软件调试和软硬件联合调试。测试结果显示,巡检与作业机器人可以高效、安全地完成巡检任务。
基于深度学习的血橙分拣机的设计与研究
这是一篇关于血橙分拣机,结构优化,控制系统,图像分类,整机试验的论文, 主要内容为我国作为柑橘重要的原产地之一,近年来柑橘产业种植规模持续增长,2021年我国柑橘总产量已经达到5595.61万吨。柑橘分级不仅可以提升其商品价值,更有利于打造品牌提高优质产品知名度,增加其市场竞争力。目前国内外设计研究的柑橘分拣机存在体积大、价格高或分类标准单一等缺陷。中小农户很难购置大型智能分拣机,而小型柑橘分拣机的分类标准单一、智能化程度不足,为此本文设计研发了一种智能小型柑橘分拣机,具有重要意义。本文以塔罗科血橙为研究对象,结合柑橘分级标准以及水果分级机设计要求,运用试验优化、传感器、自动控制和机器视觉技术针对上述问题设计研制一种智能化血橙分拣机,主要研究内容如下:(1)整机总体方案及其关键结构的设计与试验通过分析血橙分级要求确定整机的设计方案,设计了挡板送料模块、黑箱识别模块和圆盘分拣模块等关键结构,结合血橙的果形特征、果径尺寸等因素,以电机转速、提升倾角、毛刷转角和挡板高度为试验因素,以合格率(Q)为试验指标,对整机的送料模块做单因素试验和正交试验,根据试验结果分析确定各因素值变化范围和最优组合,并对上述4个因素进行CCD试验,并利用Design-expert13软件对试验结果进行响应曲面分析和参数优化,试验结果表明影响合格率(Q)的因子主次顺序为:电机转速>提升倾角>挡板高度>毛刷转角;最优参数组合为电机转速为55r/min、提升倾角35°、挡板高度26.9255mm和毛刷转角37.0254°时,合格率达到最大值95.7071%,此时输送性能最佳。(2)控制系统设计根据分拣机需要实现的各项功能,本文以PC和STM32为控制器搭建整机硬件控制系统,该系统主要包含了STM32控制模块和计算机视觉控制模块;送料模块、位置检测模块以及图像采集模块、分拣模块。研发的控制系统能够实时获取光电传感器信号、控制摄像机获取血橙图像并分类、驱动舵机旋转完成目标动作,达到血橙分级目的。本文软件系统分别采用C语言和Python语言为系统开发语言,在分析了控制系统的硬件基础之上,根据实际需求对整机的控制系统软件程序进行了设计。主要针对直流电机驱动、位置检测、图像获取分类子程序以及分拣执行子程序进行软件设计与开发,通过整个系统软件的设计,使得分拣机控制系统的软硬件相互配合,共同完成血橙分级系统的决策并执行对应动作.(3)图像分类系统设计本文是以Paddlepaddle框架为基础搭建的图像分类系统,根据建立的血橙分类规则,利用自制的图像采集台架,按照paddle中图像分类数据集格式要求制作血橙数据集,并对数据集按照训练集、验证集和测试集划分,各自占比为70%、15%、15%。利用建立的数据集对Res Net、Dense Net、Mobile Net和PP-LCNet分别进行训练,根据训练结果最终得出Dense Net、Mobile Net模型Loss值收敛后高于Res Net和PP-LCNet,虽然Res Net和PP-LCNet的Loss收敛值非常接近,但是PP-LCNet在测试集的准确率最高,在验证集上PP-LCNet最终预测的准确率和调和均值均为98.79%,表现最佳,因此确定其为血橙分类最终网络。本文利用paddlex将训练模型转换为inference格式导出,通过pycharm编写视觉控制代码程序,利用paddlex对应的API将其部署至PC端。(4)整机分级性能试验研究在完成血橙分拣机样机试制的基础上,参考NY/T 2617-2014《水果分级机质量评价技术规范》,对分拣机的单类果和混合果分别进行试验研究,实验结果表明:该血橙分拣机对三类血橙的分拣准确率顺序为C1>A1>B1,对应概率为99.00%、96.00%和94.33%,3类血橙的平均合格率为96.44%>95.00%,达到分级机标准;混合果的5组试验结果准确率均值为95.47%,虽然低于单类果分类准确率均值96.44%,但任然仍然大于95.00%,满足《水果分级机质量评价技术规范》中的相关标准。本研究为血橙分级劳动强度大,分级机械智能化程度低、设备使用成本高和分级标准单一等问题提供了有效的解决办法,为小型智能化血橙分拣机械的研究提供了理论技术依据。
数据驱动的烟草生丝水分控制系统设计与实现
这是一篇关于烟草生丝水分,数据驱动,控制系统,随机森林,机器学习的论文, 主要内容为烟草生丝水分是烟草制丝生产过程中的关键指标,其控制效果将基本决定所生产烟丝的品质效果。为了提升烟丝质量,满足严格的烟丝生产工艺标准,确保生产出来的烟丝符合产品要求,需要提高烟草生丝水分的控制精度和稳定性。烟草生丝水分受到烟草制丝生产过程中各重要因素间的交叉影响,同时有高实时性要求和储叶大滞后影响。当前某卷烟生产企业主要依赖烟草制丝生产现场专家累积的人工控制历史经验进行烟草生丝水分控制,现场专家需要具备较高的业务实操水平,人工控制的滞后性也会影响整体烟丝的均质性。为提高烟草生丝水分的控制精度与稳定性,本文将机器学习算法与控制策略融合后提出一种数据驱动的烟草生丝水分预测控制方法。该方法采用随机森林算法和目标优化函数对采集的数据进行分析与计算,结合烟草制丝生产的工艺要求和现场专家累积的人工历史控制经验作为烟草生丝水分的输出判定标准,使用最小二乘法求解出符合要求的可解释结果。经某卷烟企业(生产品牌为“利群(新版)”)的实际数据进行验证后可知:对比三种方法的烟草生丝水分波动范围和标准偏差,本文提出的随机森林数据预测控制方法比烟草制丝生产现场专家总结的人工控制方法分别减小了0.3%和0.015%;对比三种方法的烟草生丝水分过程能力指数,本文提出的随机森林数据预测控制方法比烟草制丝生产现场专家总结的人工控制方法增加了1.5。本文提出的随机森林数据预测控制方法不仅能进一步减小误差,还能提高烟丝均质性。针对烟草生丝水分控制所涉及的工艺过程较多、影响因素繁杂和实时性要求较高等问题,本文设计实现了一套数据驱动的烟草生丝水分控制系统。系统以B/S架构为基础,系统后端用Flask开发框架提供逻辑编码、数据处理和权限管理等服务,系统前端以React开发框架为主提供页面展示与交互服务,My SQL提供数据库服务。本系统开发完成了身份认证模块、数据采集和存储模块、烟草生丝水分控制模块和数据展示模块。系统结果表明各模块达到预期目标,实现了烟草生丝水分的实时监控管理。
基于磁导航的AGV叉车控制系统设计与研究
这是一篇关于AGV叉车,磁导引,射频识别,控制系统,生产线规划,运动控制算法的论文, 主要内容为AGV因具有高度柔性化、自动化的特点,在现代化工厂中的应用越来越普遍。针对目前磁导航AGV标签动作指令单一,运动控制算法复用性差等问题,结合企业实际需求,对AGV叉车的控制系统进行研究设计。具体工作内容如下:(1)通过对控制系统工作流程及作业模式等方面进行分析研究,设计确定了AGV叉车控制系统的总体架构,使用C++语言编写后台算法程序,组态软件搭建人机交互界面,以SQLServer作为系统数据库平台;对叉车式AGV车载系统进行设计,并对各硬件设备进行配置和选型,通过各设备间的电气连接完成了AGV叉车整车系统的搭建。(2)通过对车间原有工艺路线布局及作业点工位的分析,制定了叉车式AGV的动作方式和工作流程;提出一种针对复杂路径环境下的通用型生产线标签布置方式,将生产线信息抽象总结为线路、工位、标签三种数据,依次对工位和线路的标签布置、标签编码进行设计,完成行驶地图的构建;设计生产线相关数据信息表,将生产线数据储存于数据库中,减少了多次重复规划路径所需的工作量。(3)基于控制系统总体架构和已经设计好的生产线布置情况,提出一种适用于磁导航AGV叉车的运动控制算法,将系统任务分解为出工位、线路行驶、进工位流程的最小子任务,以实现算法的模块化设计及复用性需求;采取将电子标签作为位置识别,动作指令由运动控制算法生成并存储在车载控制系统的方式,使得车辆在执行不同任务的过程中经过同一个电子标签时可以执行不同的动作指令。(4)在实验室搭载试验环境结合实际情况进行验证分析,实现AGV叉车控制系统的任务调度和现场监测功能,分别进行了AGV叉车运动控制实验和生产线变更实验,通过实车试验证明,本文提出的生产线布置原则及运动控制算法,实现了在一个标签处执行多条不同指令的功能,对不同的生产线规划布局具有通用性,并且已经在某电力公司工业现场应用实现,达到了预期的设计要求及效果。
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