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能力导向、一体双模、虚实协同“控制理论与工程实践”课程群建设探索

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高等工程教育研究 2024年第1期 58-64页

作者：刘微容李炜鲁春燕刘朝荣兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州理工大学本科教学指导专门委员会教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会

秉承工程教育OBE理念和“金课”建设要求,以“课程群”协同建设为抓手,围绕复杂工程控制系统设计能力培养,从课程体系优化、教学模式创新、实践平台虚实协同、能力目标达成评价等方面持续进行全方位改革。经过8轮次探索与实践,团队构建... 详细信息

秉承工程教育OBE理念和“金课”建设要求,以“课程群”协同建设为抓手,围绕复杂工程控制系统设计能力培养,从课程体系优化、教学模式创新、实践平台虚实协同、能力目标达成评价等方面持续进行全方位改革。经过8轮次探索与实践,团队构建了层次递进、交叉互补、协同优化的能力导向体系,探索了理念、方法、途径深度融合的BPS、CPS互动探究型教学模式,改造了复杂度渐升、虚实协同的工程实践平台,形成了可溯源能力型量化评价和综合评估方法,打造出特色鲜明的能力导向、一体双模、虚实协同“控制理论与工程实践”课程群,为自动化人才毕业要求达成提供了强有力支撑。

关键词： OBE 控制理论与工程实践课程群

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液压蓄能式风力机组并网转速解耦优化控制

湖南大学学报（自然科学版） 2023年第4期50卷 155-164页

作者：刘婕刘沛栋刘睿张彦刘微容兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法(Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC).首先,DGPOC利用基于广义预... 详细信息

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法(Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC).首先,DGPOC利用基于广义预测的前馈解耦方法解除变量马达摆角和蓄能器比例阀开度之间的耦合关系,进而调节蓄能器比例阀,依靠蓄能器吸收波动流量,同步调节变量马达摆角实现恒转速控制,解决因风速、同步发电机负载变化引起的变量马达转速波动问题;其次,将蓄能器比例阀的能量损耗作为性能约束项,加入到优化目标函数中,求取最优控制量,从而提高液压蓄能式风力机组风能利用率;最后,利用建立的MATLAB-AMESim联合仿真实验平台验证DGPOC方法的有效性.实验结果表明:DGPOC方法不仅可以实现变量马达摆角和蓄能器比例阀开度两个变量的解耦,提升变量马达转速控制的快速性及鲁棒性,而且能够降低系统的能量损耗.

关键词：自动控制技术并网转速控制解耦预测控制液压蓄能式风力发电机组能量优化

基于双重速率QDMC的液压型风力发电机组变量马达转速控制

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太阳能学报 2022年第2期43卷 471-478页

作者：刘微容杨帆刘婕米彦春宋昊文郭宏林兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心兰州730050 天水电气传动研究所集团有限公司天水741000

由于二次动态矩阵控制(quadratic dynamic matrix control,QDMC)算法中二次规划求解计算量大、实时性差等问题,难以满足液压型风力发电机组变量马达转速的高精度快速控制需求。该文提出一种双重速率二次动态矩阵控制算法(dual rate QDMC... 详细信息

由于二次动态矩阵控制(quadratic dynamic matrix control,QDMC)算法中二次规划求解计算量大、实时性差等问题,难以满足液压型风力发电机组变量马达转速的高精度快速控制需求。该文提出一种双重速率二次动态矩阵控制算法(dual rate QDMC,DR-QDMC),将控制增量的求解分解为快速层和慢速层2个时间尺度进行,利用AMESim-Simulink/Matlab联合仿真平台构建液压型风力发电机组的AMESim仿真模型并研究分析DR-QDMC算法性能。仿真实验结果表明,DR-QDMC算法不仅可增强系统控制实时性,而且还能提升变量马达转速控制的快速性和抗扰性。

关键词：风力发电机组液压传动速度控制动态矩阵控制双速率框架

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多级注意力传播驱动的生成式图像修复方法

自动化学报 2022年第5期48卷 1343-1352页

作者：曹承瑞刘微容史长宏张浩琛兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050

现有图像修复方案普遍存在着结构错乱和细节纹理模糊的问题,这主要是因为在图像破损区域的重建过程中,修复网络难以充分利用非破损区域内的信息来准确地推断破损区域内容.为此,本文提出了一种由多级注意力传播驱动的图像修复网络.该网... 详细信息

现有图像修复方案普遍存在着结构错乱和细节纹理模糊的问题,这主要是因为在图像破损区域的重建过程中,修复网络难以充分利用非破损区域内的信息来准确地推断破损区域内容.为此,本文提出了一种由多级注意力传播驱动的图像修复网络.该网络通过将全分辨率图像中提取的高级特征压缩为多尺度紧凑特征,进而依据尺度大小顺序驱动紧凑特征进行多级注意力特征传播,以期达到包括结构和细节在内的高级特征在网络中充分传播的目标.为进一步实现细粒度图像修复重建,本文还同时提出了一种复合粒度判别器,以期实现对图像修复过程进行全局语义约束与非特定局部密集约束.大量实验表明,本文提出的方法可以产生更高质量的修复结果.

关键词：注意力传播特征压缩复合粒度判别器图像修复

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基于多级解码网络的图像修复

电子学报 2022年第3期50卷 625-636页

作者：刘微容米彦春杨帆张彦郭宏林刘仲民兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室甘肃天水741000

当前主流的图像修复方法重点依赖于自动编解码网络,此类方法试图利用编码阶段压缩后的信息在解码阶段恢复出原始图像.然而自编码网络在压缩过程中必然存在信息丢失,仅利用压缩后的信息难以得到细节丰富的修复结果,主要表现为模糊和修复... 详细信息

当前主流的图像修复方法重点依赖于自动编解码网络,此类方法试图利用编码阶段压缩后的信息在解码阶段恢复出原始图像.然而自编码网络在压缩过程中必然存在信息丢失,仅利用压缩后的信息难以得到细节丰富的修复结果,主要表现为模糊和修复区域周围明显的边缘响应.本文针对图像信息利用不完备的问题,提出多级解码网络(Multi-Stage Decoding Network,MSDN),由多个解码器对编码阶段各层特征进行解码并聚合,增大对编码器不同尺度特征的利用率,进而得到更能反映缺损区域内容的特征映射.在国际公认数据集上组织的对比实验结果表明,MSDN修复的图像视觉效果有一定提升.

关键词：图像修复编解码器多级解码网络(MSDN)

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基于迭代最优阻抗的人机物理交互控制方法

北京航空航天大学学报 2023年

作者：刘微容魏子丰晋振兵孟家豪王星琨张浩琛兰州理工大学电气工程与信息工程学院

为了提高人机物理交互的准确性和柔顺性，实现最优交互性能，针对基于迭代学习的阻抗控制方法需要多次重复同一任务的问题，借鉴迭代最优控制无需系统矩阵信息即可优化代价函数确定系统最优控制输入的机制，提出了基于迭代最优阻抗的人... 详细信息

为了提高人机物理交互的准确性和柔顺性，实现最优交互性能，针对基于迭代学习的阻抗控制方法需要多次重复同一任务的问题，借鉴迭代最优控制无需系统矩阵信息即可优化代价函数确定系统最优控制输入的机制，提出了基于迭代最优阻抗的人机物理交互控制方法。所提控制方法采用双环控制结构。其中面向任务的外环，设计了迭代最优阻抗控制器（Iterative Optimal Impedance Controller，IOIC），将求取最优阻抗参数的问题描述成线性二次型调节器问题，利用迭代最优控制，求取最优反馈增益，使包括跟踪误差和交互力在内的代价函数最小化。同时引入软辅助函数，避免参数突变可能带来的机器人抖动问题。面向机器人的内环，设计了非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器（Nonsingular Terminal Sliding Mode Trajectory Tracking Controller，NTSMTC），使机器人实际轨迹跟踪外环输出的阻抗轨迹，通过饱和函数消减了控制律的抖振。仿真结果证明，所提方法在人机协作任务中，仅利用一次任务初始阶段的交互信息即可求得最优阻抗参数，使任务过程中的轨迹跟踪误差和交互人所消耗的力最小化。

关键词：人机物理交互阻抗控制轨迹跟踪控制最优控制滑模控制

基于CIP协议的液压型风力发电机组上位监控系统通信方法研究

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机床与液压 2022年第22期50卷 84-89页

作者：张彦刘微容刘沛栋刘睿郭宏林刘婕兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室甘肃天水741000

以液压型风力发电机组的上位监控系统为研究对象,针对上位监控系统与下位机的通信问题,结合EtherNet/IP通信原理,提出一种基于CIP协议的液压型风力发电机组上位监控系统通信方法,并通过Microsoft Visual Studio开发环境,采用C#语言实现... 详细信息

以液压型风力发电机组的上位监控系统为研究对象,针对上位监控系统与下位机的通信问题,结合EtherNet/IP通信原理,提出一种基于CIP协议的液压型风力发电机组上位监控系统通信方法,并通过Microsoft Visual Studio开发环境,采用C#语言实现上位监控系统的通信。测试结果表明:采用基于CIP协议的通信方法能够实现液压型风力发电机组上位监控系统的通信,并独立于其他任何通信软件;与上位监控系统的其他通信方法相比,基于CIP协议的通信方法提升了通信效率,节约了资源,降低了成本,可为后续开发完整的液压型风力发电机组上位监控系统提供通信基础。

关键词：液压型风力发电机组上位监控系统通信方法 CIP协议

基于CPS的控制系统计算机仿真教学改革与实践

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高教学刊 2023年第18期9卷 130-133页

作者：毛海杰蒋栋年李炜刘微容兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心兰州730050

在贯彻落实OBE理念、实施工程教育过程中,针对控制系统计算机仿真课程所承载的知识、能力、素质有机融合不足,学生的学习积极性不高等问题,提出基于CDIO+PBL+SPOC的CPS教学改革探索与实践路径。主要包括教学体系优化和教学内容整合、教... 详细信息

在贯彻落实OBE理念、实施工程教育过程中,针对控制系统计算机仿真课程所承载的知识、能力、素质有机融合不足,学生的学习积极性不高等问题,提出基于CDIO+PBL+SPOC的CPS教学改革探索与实践路径。主要包括教学体系优化和教学内容整合、教学方法和教学手段改革、注重形成性评价的能力达成等。从学生的表现和三年的课程达成情况分析可以看出,课程改革有效提高学生的学习兴趣,极大提升其自主学习能力与工程实践能力,为有效的毕业达成发挥本门课程应有的作用。

关键词：计算机仿真课程改革 CDIO PBL SPOC

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可拓控制器设计方法研究

可拓控制器设计方法研究

作者：刘微容兰州理工大学

学位级别：硕士

在一些控制问题中，只考虑量值与量值之间的关系是难以解决的，它们也形成了控制中的矛盾问题，要解决它们，就必须考虑事物本身及其特征以及它们的变换。可拓学出现及发展为描述和研究智能控制提供了一种新的手段和方法，基于可拓理论... 详细信息

在一些控制问题中，只考虑量值与量值之间的关系是难以解决的，它们也形成了控制中的矛盾问题，要解决它们，就必须考虑事物本身及其特征以及它们的变换。可拓学出现及发展为描述和研究智能控制提供了一种新的手段和方法，基于可拓理论的可拓控制，是一种有效用于解决矛盾问题的手段。如何将可拓控制与已有控制方法合理结合提出性能更为优良的可拓控制器，提高可拓控制的效果并拓展应用范围成为急待解决的问题。本文以可拓控制器设计方法为核心，分别从数学基础、原理结构、实现方法、存在问题及改进等方面进行了研究。首先，介绍了把可拓学中解决矛盾问题的一些思想与理论运用于解决控制中矛盾问题的观点，以及可拓控制的基本内容，归纳总结了典型可拓控制器的设计步骤与方法。其次，针对基本可拓控制器中存在的需整定的参数较多、整定较为困难、多用于SISO系统且特征量主要选取系统偏差及偏差导数、可拓控制算法简单、对一些复杂的系统控制效果不好等问题进行研究，提出了不同改进方法;针对上层可拓控制器存在的结构不尽合理、功能划分不够明确等问题也进行了改进。最后，将典型可拓控制器、改进后可拓控制器分别应用到线性对象、时滞对象和非线性对象控制中，进行了对比仿真研究;并利用改进后可拓控制器对倒立摆进行控制以验证其正确性及有效性。总之，本文在前人已有工作基础上通过研究，拓展了可拓控制器的设计方法，并应用到单级倒立摆系统中结果良好，证明该方法有效。

关键词：矛盾问题智能控制特征量可拓集合关联函数可拓控制器倒立摆