中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 刘耀达青岛科技大学 2011年硕士导师: 张彦军共127页

摘要 : 滑模变结构控制具有响应快和对系统参数以及外部干扰呈不变性的优点,而且其算法简单易于工程实现,近年来在解决复杂非线性系统的综合问题时取得了比较突出的进展。神经网络是一种具有高度非线性的连续时间动力系统,它有着很强的自学习功能和对非线性系... 展开滑模变结构控制具有响应快和对系统参数以及外部干扰呈不变性的优点,而且其算法简单易于工程实现,近年来在解决复杂非线性系统的综合问题时取得了比较突出的进展。神经网络是一种具有高度非线性的连续时间动力系统,它有着很强的自学习功能和对非线性系统的强大映射能力。神经网络用于滑模变结构控制,可实现自适应滑模控制。本文主要研究滑模变结构控制与RBF神经网络相结合的等效滑模变结构控制,通过改进RBF神经网络以产生性能更为优越的神经网络自适应变结构控制。首先,根据变结构控制的特点并且结合各种RBF神经网络在线控制算法提出了一种基于RBF神经网络中心向量的动态递推算法,即对隐单元节点的中心采用动态递推算法,而对于隐单元节点的宽度和网络权值则采用基于经典梯度下降算法的动量因子法进行调整,仿真结果证明了该算法的可行性和有效性。然后,通过研究BP算法的改进措施并且结合RBF神经网络在等效滑模变结构控制中的应用特点,提出了一种基于自适应学习速率的RBF网络等效滑模变结构控制方法,即对网络权值采用自适应学习速率算法进行迭代,而对于隐单元节点的中心和宽度则采用经典梯度下降算法的动量因子法进行调整,仿真结果证明了其削弱抖振的能力优于常规的梯度下降法。最后,针对一类能采集到的等效滑模变结构在线控制数据的变结构控制问题,将经典的遗传算法和RBF神经网络结合起来,提出了两种基于GA_RBF的等效滑模变结构控制方法,即基于梯度下降算法的GA_RBF网络补偿控制器的滑模变结构控制和基于K.Furuta控制算法的GA_RBF网络补偿控制的滑模控制。这两种控制算法应用遗传算法的优化方案和优化原理相同,但因其采集数据的不同而又具有不同的应用。基于梯度下降算法的GA_RBF网络补偿控制器的滑模变结构控制器能进一步提高系统位置跟踪的精度;基于K.Furuta控制算法的GA_RBF网络补偿控制的滑模控制器能使新得到的基于GA_RBF网络补偿控制的滑模控制器具有K.Furuta控制算法的稳定性和不需要知道RBF神经网络不确定部分的上界的优点。仿真结果说明了以上两种控制器的先进性。收起

关键词 : 滑模变结构控制 RBF神经网络自适应控制抖振削弱自学习

2. 民用涡扇发动机自抗扰控制及参数优化研究

[学位论文] 韩铖青岛科技大学 2019年硕士导师: 张彦军共109页

摘要 : 航空飞行技术的不断发展和飞机使用频率的日益增长对航空发动机的性能及飞机运行的稳定性提出了更高的要求。航空发动机的整个工作过程是非常复杂的气动热力学过程，由于不同环境条件和状态下的气动热力学过程差别很大，因此航空发动机系统的数学模型... 展开航空飞行技术的不断发展和飞机使用频率的日益增长对航空发动机的性能及飞机运行的稳定性提出了更高的要求。航空发动机的整个工作过程是非常复杂的气动热力学过程，由于不同环境条件和状态下的气动热力学过程差别很大，因此航空发动机系统的数学模型通常处于不断变化之中，且具有极强的非线性特征。对于这样一个非线性时变系统，若不对其施加合理的控制手段，航空发动机将不能正常工作，因此航空发动机控制系统作为提升发动机性能、保护发动机部件、维持发动机稳定运行的机构，变得日益重要。现如今PID仍在航空发动机控制中占据主导地位。虽然PID控制具有较高的稳定裕度，但具有良好动态品质的裕度不大，且被动抗扰所需控制能量较高，因此本课题将研究基于自抗扰的航空发动机控制系统并对其进行参数优化，使系统具有较强的抗扰能力，最终实现以较低的控制能量维持良好发动机性能的目标。本文的主要研究内容和工作如下：第一，对民用涡扇发动机的数学模型进行了深入细致的研究。利用空气动力学原理和热力学原理，通过部件级建模技术建立了民用涡扇发动机的稳态和动态非线性模型。为了便于对发动机的控制系统进行研究与设计，本文进一步通过偏导数法对所建立的部件级非线性模型在稳态点处进行了线性化，并通过频谱分解法对其进行了降阶。进而通过对降阶后的模型进行归一化处理，解决了由于参数数量级不同而导致方程组求解病态的问题。第二，通过自抗扰控制技术设计并导出了涡扇发动机控制系统。本研究设计了涡扇发动机自抗扰控制系统的整体结构，进而针对每一个稳态点处的系统设计了相应的稳态自抗扰控制器，并给出了控制系统稳定的条件，然后将各稳态点处的控制器通过调度的方式构成发动机全状态下的稳态控制器。另外，本文对自抗扰控制器中的各项参数进行了详细的分析，利用带宽整定的方法对控制器参数进行了整定和赋值并进行了仿真验证，结果表明该方法得出的参数值能够使系统响应具有优良的特性，但控制信号的瞬时值容易出现激增而超出执行机构的承受界限。第三，利用自适应遗传算法研究了自抗扰控制器参数的优化问题。为了防止出现控制信号激增的情况，本文将系统响应的稳态特性、动态特性和对控制信号的约束项均包含在适应度函数之内。进而本文将优化设计后的自抗扰控制器与航空发动机控制领域常用的PID控制器进行了对比。仿真实验的结果表明，利用本文所设计的自适应遗传算法对上述稳态自抗扰控制器进行优化后，有效消除了控制信号的激增现象，保护了执行机构的安全，同时保证了系统响应具有良好的动态及稳态特性。最后，为实现对非线性发动机的直接控制，本文对各稳态点处的控制器进行了综合，结合增益调参法设计了非线性涡扇发动机的自抗扰控制系统。以发动机的高压转子转速为依据，对各稳态点处的自抗扰控制器参数进行实时插值运算，得到相应的非稳态点处的控制器参数并赋值给动态控制器，进而通过增益调度的方法将稳态控制器和动态控制器组合起来对非线性发动机施加控制作用。在稳态点附近通过稳态控制器控制，在非稳态点处由动态控制器控制。航空发动机模型参数的变化是非线性的，而本文通过插值运算得到的动态控制器也是非线性的，最后的仿真实验结果表明，本文所设计的航空发动机控制系统能够直接对非线性发动机进行有效的控制，在保证涡扇发动机的稳定运行的前提下，使发动机既具有良好的动态性能和稳态特性，又具有较强的主动抗干扰能力。收起

关键词 : 航空涡扇发动机自抗扰控制参数优化自适应遗传算法增益调参法

3. 硒化银柔性热电复合薄膜制备及其热电性能的研究

[学位论文] 赵亚欣中北大学 2022年硕士导师: 张彦军共97页

摘要 : 近些年来，随着智能可穿戴电子设备如无线耳机、智能眼镜、智能手表等在生活中越来越受欢迎，传统的电池供电方式已无法满足人们长期使用需求，市场迫切需要开发一种能满足可持续的供电技术。在众多新兴能源发电方法中，可以直接将人体与外界环境之间... 展开近些年来，随着智能可穿戴电子设备如无线耳机、智能眼镜、智能手表等在生活中越来越受欢迎，传统的电池供电方式已无法满足人们长期使用需求，市场迫切需要开发一种能满足可持续的供电技术。在众多新兴能源发电方法中，可以直接将人体与外界环境之间的温差转化为电能的热电器件（thermoelectric generator，TEG）逐渐走进了人们的视野，易于穿戴集成且无机械振动，能做到可持续供电而不需要维护，是一种理想的自供电技术。在热电材料领域，研究较多的基本是p型热电材料，相对而言n型热电材料中研究较多的是一些有毒的含Te材料，如碲化铋和碲化银，并不适用于柔性可穿戴设备，因此需要探索无Te热电材料。硒化银（Ag2Se）作为一种“电子晶体，声子液体”的n型热电材料，在近室温附近具有高导电性和低导热性，具有丰富的地壳储量，是一种环境友好性材料。本论文先是使用模板法制备出纯相Ag2Se粉体，通过真空辅助过滤和丝网印刷制备热电薄膜及热电单元，后采用磁控溅射制备热电薄膜，如下：（1）首先采用模板法合成了纯相Ag2Se纳米棒，后通过真空辅助过滤方法制备了不同Ag2Se含量的Ag2Se/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）复合热电薄膜。其中，0.15wt%Ag2Se/PVP薄膜热电性能最佳，在320K时功率因子最大为16.18μW?m-1?K-2。由其制备出的热电单元在温差为40K时，开路电压为10.9mV，输出功率为55.57nW。柔性测试薄膜弯曲500次时，电导率变为初始值的89.8%。在空气中放置40天内的薄膜的热电性基本保持稳定，50天后仅电导率下降到初始值的89%。在该实验的基础上提出对薄膜进一步冷压处理，其中仅冷压处理不加PVP热电薄膜的热电性能最佳，在380K时最大功率因子为136μW?m-1?K-2，且柔性可靠性最佳，弯曲1500次后电导率仅变为原来的91.48%，由其制备出的热电单元在温差为40K时，开路电压为17mV，输出功率为391nW。（2）提出了使用丝网印刷制备Ag2Se/PVP热电单元。调整Ag2Se与PVP的比例制备了三种热电单元。其中PVP含量最少的PI30热电单元的功率因子最大，室温时为4.3μW?m-1?K-2，但其柔性可靠性最差。热电单元的电导率在弯曲1500次后降低到初始值的81%。测试PI30热电单元输出性能，在温差为40K时，开路电压为21.6mV，最大输出功率为233.3nW。在制备Ag2Se/PVP热电单元的基础上，提出了扇形Ag2Se-Cu2S热电单元，调整Cu2S与PEDOT∶PSS比例制备了四种热电单元。其中PI1.2热电单元性能最佳，在300K时，功率因子为6.39μW?m-1?K-2。在弯曲1500次后，PI1.2电导率降至初始值的75%。选择PI1.2Cu2S/PEDOT∶PSS热电单元和PI30Ag2Se/PVP热电单元制备了扇形Ag2Se-Cu2S热电单元，对其进行输出性能测试，当温差为20K时，开路电压为33.5mV，输出功率为163.20nW。（3）提出了采用磁控溅射制备Ag2Se柔性热电薄膜，系统的研究不同退火温度、溅射功率和溅射时间对薄膜热电性能的影响。控制其余实验变量，真空氛围下设置了6个退火温度，其中623K退火处理的薄膜热电性能最佳，300K时功率因子为526.86μW?m-1?K-2。控制其余实验变量，设置了5个溅射功率，其中80W薄膜的热电性能最佳，300K时功率因子为526.86μW?m-1?K-2（80W薄膜即623K薄膜）。控制其余实验变量，设置了5个溅射时间，其中25min薄膜的热电性能最佳，300K时为555.55μW?m-1?K-2。对573K薄膜进行柔性测试，在弯曲1000次后，薄膜的电导率仅下降到初始值的87%，并且随着弯曲次数的增加，其电导率基本保持不变。收起

关键词 : 柔性热电复合薄膜硒化银制备工艺热电性能

4. 水泥烧成智能监控系统设计与研究

[学位论文] 古静青岛科技大学 2017年硕士导师: 张彦军共94页

摘要 : 能源短缺以及环境污染现今已经成为全球都比较关心的问题，同时这两个问题也已成为制约我国发展的重大难题。对于水泥行业来说“低碳水泥，绿色发展”已经成为中国新兴经济模式下的必然要求。通过设计各种控制分析软件来提升能源使用的效率的方法，已... 展开能源短缺以及环境污染现今已经成为全球都比较关心的问题，同时这两个问题也已成为制约我国发展的重大难题。对于水泥行业来说“低碳水泥，绿色发展”已经成为中国新兴经济模式下的必然要求。通过设计各种控制分析软件来提升能源使用的效率的方法，已经在很多领域得以实施，并取得了立竿见影的效益。本课题主要研究水泥烧成智能监控系统，通过计算机完成能源数据的在线采集，以及对数据进行分类、整合和分析计算，以便于准确、快速和实时的监测水泥生产过程中的能耗，并进行优化控制。本文依托XX水泥厂4#生产线，展开以下工作：（1）分析水泥烧成系统的工艺流程，对完成该系统的监控所需要的参数进行详细的分析，然后确定主要以篦冷机的优化控制为核心的监控方案。在此基础上，完成了对水泥烧成智能监控系统的功能结构的设计。最后对前台界面、数据处理、通讯模块、优化控制算法这四个模块进行详细设计。（2）根据水泥烧成智能监控系统的功能和特点进行软件开发，然后对软件界面进行详细的设计，以及完成了数据处理模块和基于OPC通讯协议的通讯模块的开发，进一步分析OPC通讯接口的读写方式及工作流程，设计基于规则库和推理机篦压优化控制算法模块，构建了篦压优化控制算法模块，最终完成对水泥烧成智能监控系统的研究及软件平台的设计与开发。（3）在优化控制算法模块，采用 K-means聚类算法完成了对篦冷机部分工况的划分，以此为依据设计工况识别器。再利用动态递归寻优算法寻找出篦冷机最优热效值以及与其相对应的篦压优化设定值，并将此作为专家知识，建立规则库和推理机，最终为用户提供篦压优化指导值，实现对水泥烧成系统中篦冷机部分的优化控制。收起

关键词 : 水泥烧成系统 OPC协议工况识别篦压优化设定监控软件

5. 基于信息融合的汽车自主防撞控制系统设计与研究

[学位论文] 杨闯青岛科技大学 2017年硕士导师: 张彦军共90页

摘要 : 伴随着我国经济的快速发展，我国的汽车拥有量出现爆发式增长，日益增多的交通事故已经引起人们的广泛关注。针对我国目前的交通事故现状，本文设计出了一种汽车自主防撞控制系统，使用飞思卡尔单片机作为系统的中央控制处理器，采用多种传感器检测汽... 展开

关键词 : 汽车自主防撞嵌入式控制系统通信协议数据融合

6. 基于物联网的智能燃气阀门控制系统设计与研究

[学位论文] 邢玉广青岛科技大学 2019年硕士导师: 张彦军共85页

摘要 : 近年来，随着低碳经济的发展以及人们环保意识的增强，越来越多的人们使用燃气替代木柴、煤等污染严重的常规能源。但由于瓶装燃气市场经营混乱、违章操作严重，一些燃气充装商为谋取私人利益，时常做出如充装空气、使用报废钢瓶、偷窃钢瓶等违法的事... 展开近年来，随着低碳经济的发展以及人们环保意识的增强，越来越多的人们使用燃气替代木柴、煤等污染严重的常规能源。但由于瓶装燃气市场经营混乱、违章操作严重，一些燃气充装商为谋取私人利益，时常做出如充装空气、使用报废钢瓶、偷窃钢瓶等违法的事。同时，目前大部分燃气充气站使用效率低下、容易出错的人工方法来进行钢瓶信息跟踪管理，导致存在钢瓶丢失难找回及各种报废瓶、翻新瓶仍在大量流通的问题，大大增加了人们使用燃气的安全隐患，为了降低这种安全隐患保证人们的人身财产安全，本文开展了智能燃气阀门控制系统的设计与研究工作。首先，深入研究了传统燃气阀门控制系统的原理。针对其不具有定位、芯片识别及信息跟踪管理的缺陷，本文结合物联网技术，对传统燃气阀门控制系统的软、硬件进行改善，确定了智能燃气阀门控制系统的总体结构方案并阐述了其实现的原理，本文设计的智能燃气阀门整体控制系统由四部分构成：智能燃气阀门、智能燃气充气枪、带定位功能的燃气钢瓶及远程监控系统。其次，在总体结构方案的指导下，按照模块化设计思想完成了控制系统的整体硬件设计，并分别对最小控制系统、RFID无线射频、GPS定位、GPRS通信、WiFi无线传输、电磁铁等模块做了详细的硬件设计和电路分析。接着，在设计的硬件电路基础上，使用C语言编写了各模块的软件程序，并在服务器端使用C#编写了远程监控系统，同时对各模块的功能做了测试。然后，在远程监控系统中又加入了数据分析及路径规划功能，为后续充气站的选址及当钢瓶丢失为方便找回设计了最优方案。本文一方面选用模糊C均值聚类（FCM）算法对得到的定位数据进行分析，使用MATLAB进行仿真得到各聚类中心区域；另一方面，使用MapInfo制作了电子地图，并选用MapBasic语言进行二次开发，根据迪克斯特拉（Dijkstra）算法设计了钢瓶的最优跟踪路径，并进行了仿真。最后，本文对设计的智能燃气阀门控制系统及远程监控系统进行了功能测试。测试表明，本文设计的智能燃气阀门整体控制系统具有防拆、防充、定位、芯片识别及信息跟踪管理功能，能达到预期要求。收起

关键词 : 智能燃气阀门控制系统硬件电路软件开发物联网

7. 飞秒倾斜光纤光栅制备及折射率传感特性研究

[学位论文] 朱枫彤中北大学 2023年硕士导师: 张彦军共84页

摘要 : 倾斜光纤光栅(TitledFiberBraggGrating,TFBG)是一种结构特殊的光无源器件，其结构上的特点是刻写在光纤内部的光栅平面相对于光纤轴向方向存在一定的倾斜角度。这个结构使得光纤的纤芯模式与包层模式或辐射模式产生复杂的模间耦合，进而可以检测外界... 展开

关键词 : 光无源器件传感器光纤光栅飞秒激光直写折射率传感

8. 基于PEDOT:PSS的柔性有机/无机复合热电膜的制备及性能研究

[学位论文] 闫竹青中北大学 2021年硕士导师: 张彦军共84页

摘要 : 随着可穿戴电子设备的快速发展，人们对电子器件供电电源的柔韧性、便携式、可集成化的需求越来越高。热电材料作为一种能够将热能转换为电能的材料，在温差发电领域有巨大发展潜力。导电聚合物材料聚3，4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）... 展开随着可穿戴电子设备的快速发展，人们对电子器件供电电源的柔韧性、便携式、可集成化的需求越来越高。热电材料作为一种能够将热能转换为电能的材料，在温差发电领域有巨大发展潜力。导电聚合物材料聚3，4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）因具有成本低、易于生产、热导率低等优势成为首选，但与无机热电材料相比，PEDOT:PSS材料的热电性能较差，无法满足设备的实际供电需要。近年来，研究者们进行了一些将PEDOT:PSS与无机热电材料复合提高性能的研究，这为热电材料的发展开辟了新的方向，也为可穿戴电子器件的进一步发展提供了可能。 SnSe、Cu2S由于具有较高的Seebeck系数而受到研究者们的广泛关注，MWCNTs具有极高的导电性，将其与高Seebeck系数材料复合可进一步增强热电性能。为了提高导电聚合物PEDOT:PSS的热电性能，将无机热电材料SnSe、MWCNTs、Cu2S与PEDOT:PSS进行复合，使其同时具有较好的柔韧性和较高的热电性能。本文的主要研究结论如下：（1）首先，利用真空辅助过滤法制备了尼龙膜支撑的SnSe/PEDOT:PSS复合膜，研究了不同SnSe含量和温度对复合膜热电性能的影响。当SnSe的含量达到10wt%时，复合膜的功率因子在353K处达到最大，为24.42μWm-1K-2。10wt%SnSe/PEDOT:PSS复合膜在半径为4mm的铁棒上弯曲1000次后相对电阻仅增加9%，具有很好的柔韧性。由3个性能最优的SnSe/PEDOT:PSS热电条组成的热电发电机在温度梯度为50K时的最大输出功率为13.37nW。（2）其次，在10wt%SnSe/PEDOT:PSS基础上，将不同含量的MWCNTs通过真空辅助过滤法与10wt%SnSe复合，制备了尼龙膜支撑的MSPPD三元复合膜，研究了不同温度下三元复合膜的热电性能变化。当MWCNTs含量达到10wt%时，MSPPD三元复合膜的功率因子最大值为59.35μWm-1K-2，10MPa压力处理后，它的功率因子最大值达到166.5μWm-1K-2，是未进行冷压处理时的2.8倍。作为对比，研究了同样进行10MPa冷压处理的MSPPD0和MPPD10复合膜的性能，发现MWCNTs/SnSe同时与PEDOT:PSS复合比MWCNTs或SnSe与PEDOT:PSS单独复合更能增强热电性能。由4条10MPa冷压MSPPD10三元复合膜制成的柔性热电发电机在温度梯度为30K时，器件的开路电压为2.7mV，最大输出功率为13.5nW。（3）最后，利用真空辅助过滤法制备了自支撑的Cu2S/PEDOT:PSS复合膜，研究了不同Cu2S比例和温度对Cu2S/PEDOT:PSS复合膜热电性能的影响。在393K温度下，10wt%Cu2S/PEDOT:PSS复合膜的最大功率因子为56.15μWm-1K-2。4MPa压力冷压后该复合膜的功率因子增强到115.08μWm-1K-2，是未处理时的2.1倍。在温度梯度为30K时，由4条冷压复合膜组成热电发电机的开路电压为2.3mV，最大输出功率为23.06nW。收起

关键词 : 复合热电膜聚苯乙烯磺酸盐真空过滤，制备工艺

9. 基于声达时间差的移动机器人声源定位方法研究

[学位论文] 王昊青岛科技大学 2020年硕士导师: 张彦军共83页

摘要 : 机器人听觉感知系统作为人机交互与环境感知的重要手段，可以与视觉感知方式配合使用，以弥补视觉感知的局限性，如受光线条件限制和障碍物阻挡影响等等，因此有了更广泛的应用。作为声源目标定位最核心的评价指标——定位精度，也便成了听觉感知系统... 展开机器人听觉感知系统作为人机交互与环境感知的重要手段，可以与视觉感知方式配合使用，以弥补视觉感知的局限性，如受光线条件限制和障碍物阻挡影响等等，因此有了更广泛的应用。作为声源目标定位最核心的评价指标——定位精度，也便成了听觉感知系统要研究的关键问题。定位精度的影响因素众多，主要包括环境噪声的影响、麦克风阵列的实际安装位置和定位计算模型的合理性。针对提高定位精度这一基本问题，本文在噪声存在的前提下研究了基于声达时间差方法的声源目标定位问题。主要进行了以下三方面的研究工作：（1）对传统的时延估计方法进行介绍，并分别对采用四种不同加权函数的广义互相关方法进行仿真实验和性能分析。由于实际环境中存在噪声，特别是非线性噪声，为提高声信号采集的信噪比，本文提出了一种基于LM-BP神经网络的非线性噪声消除方法，以Volterra滤波器为参考模型，对其进行训练，最终通过对噪声滤波，提高了信噪比。最后将本文提出的非线性噪声消除方法与广义互相关方法相结合，提出了基于非线性噪声消除的广义互相关时延估计方法，并对该方法和基本互相关、广义互相关方法进行仿真实验。仿真结果表明，该方法具有更好的抗噪声性能，且性能恶化速度降低。（2）在假定声源目标为远场信号的前提下，根据正四面体麦克风阵列结构和声音传播模型，构建了一种几何定位计算模型，并进行推导，最后进行了水平角和俯仰角误差仿真实验。仿真结果表明，随着声源距离的增加，水平角和俯仰角误差变小。（3）针对实际麦克风阵列与理想麦克风阵列存在差别的情况，本文提出了一种正四面体麦克风阵列标定方法。将距离已知的声源进行多次移动，得到多组测量数据，根据数据估计麦克风位置。该方法只需测量声源的距离，使用LM算法对数据进行处理。仿真实验结果证明，该方法具有很好的标定结果。收起

关键词 : 移动机器人声源目标定位声达时间差非线性噪声消除麦克风阵列标定

10. 高频焊机控制器及其远程监控技术的开发与研究

[学位论文] 徐志涛青岛科技大学 2018年硕士导师: 张彦军共82页

摘要 : 随着逆变焊接技术的不断发展，焊接设备控制器的数字化已经成为焊接领域研究的重点方向，根据某公司提出的高频焊机功能需求和设计指标要求，本文开展了高频焊机控制器及其远程监控技术的开发与研究工作。首先，根据高频焊机的工作原理及设计要... 展开

关键词 : 高频焊机数字化控制器软开关技术模糊自适应控制远程监控