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基于静-动态特性协同感知的复杂工业过程运行状态评价

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自动化学报 2023年第8期49卷 1621-1634页

作者：褚菲许杨尚超王福利高福荣马小平中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心徐州221116 清华大学自动化系北京100084 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 香港科技大学化工系中国香港999077

针对当前过程监测和运行状态评价方法等对工况信息感知不全面、漏报和误报现象严重等问题,在深入研究工业现场数据静-动态特性协同感知方法的基础上,提出关键性能指标(key performance indicators, KpI)驱动的慢特征分析(Slow feature a... 详细信息

针对当前过程监测和运行状态评价方法等对工况信息感知不全面、漏报和误报现象严重等问题,在深入研究工业现场数据静-动态特性协同感知方法的基础上,提出关键性能指标(key performance indicators, KpI)驱动的慢特征分析(Slow feature analysis, SFA)算法.将关键性能指标信息融入到慢特征分析中,协同感知复杂工业过程的静-动态特性变化,并进一步通过计算潜变量之间的相似度及其一阶差分间的相似度实现对过程稳态和过渡的评价.在此基础上,建立基于静-动态特性协同感知的过程运行状态评价统一框架.针对非优状态,提出基于稀疏学习的非优因素识别方法,实现对非优因素变量的准确识别.最后,通过重介质选煤过程实际生产数据和田纳西·伊斯曼(Tennessee Eastman, TE)过程数据验证了该方法的有效性.

关键词：复杂工业过程运行状态评价静-动态特性协同慢特征分析稀疏学习

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三相不平衡的单/三相交直流混合微网能量协同管理策略

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电力系统自动化 2019年第14期43卷 190-199页

作者：马大中王雪纯王昊王睿孙秋野东北大学信息科学与工程学院辽宁省沈阳市110819 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海市200240 流程工业综合自动化国家重点实验室(东北大学) 辽宁省沈阳市110819

针对三相不平衡的单/三相交直流混合微网,直流微网内分段下垂的自治分布储能系统和交直流微网接口变换器的区域电能均衡的能量管理策略被分别设计以实现均衡功率和提高可再生能源利用率.首先,单/三相交直流混合微网的拓扑结构及其功率... 详细信息

针对三相不平衡的单/三相交直流混合微网,直流微网内分段下垂的自治分布储能系统和交直流微网接口变换器的区域电能均衡的能量管理策略被分别设计以实现均衡功率和提高可再生能源利用率.首先,单/三相交直流混合微网的拓扑结构及其功率交换模式被建立.然后,针对基于分段下垂曲线的储能系统易出现的局部环流、难以实现分布式电源和负载即插即用等问题,设计了一种动态均衡的荷电状态一致性策略.提出了计及恒功率交互、混合微网电压、频率稳定性,基于分段下垂的自治分布储能系统与区域电能均衡策略的协调控制方法.最后,通过仿真和实验验证了所提能量管理策略的有效性.

关键词：单/三相交直流混合微网(微电网) 功率均衡环流抑制分布式储能系统

多智能体系统一致性问题的控制器与拓扑协同优化设计

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控制理论与应用 2019年第5期36卷 720-727页

作者：马丹张宝峰王璐瑶东北大学信息科学与工程学院流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

本文考虑多智能体系统一致性问题的控制与拓扑协同优化设计.首先在给定的二次性能指标下,对多智能体系统的分布式一致性控制协议寻优,得到依赖于网络拓扑图拉普拉斯矩阵的最优控制器.其次,为进一步最大限度地减少拓扑之间的连边,又不降... 详细信息

本文考虑多智能体系统一致性问题的控制与拓扑协同优化设计.首先在给定的二次性能指标下,对多智能体系统的分布式一致性控制协议寻优,得到依赖于网络拓扑图拉普拉斯矩阵的最优控制器.其次,为进一步最大限度地减少拓扑之间的连边,又不降低多智能体系统的收敛速度,通过权衡系统的通信能量和控制能量,寻求网络拓扑的优化设计,给出了拓扑优化算法和多智能体系统特征值的优化方法.最后,仿真研究验证了在控制器优化的基础上进一步寻求拓扑优化,可大大提升系统的一致性性能.

关键词：多智能体系统一致性控制器优化拓扑优化

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数据驱动的最优运行状态鲁棒评价方法及应用

自动化学报 2020年第3期46卷 439-450页

作者：褚菲赵旭代伟马小平王福利中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819

在现代复杂工业生产过程中,细致而稳健的运行状态评价及非优因素识别对指导工业生产具有十分重要的实际意义.考虑到复杂工业过程难以建立准确的数学模型和实际工业过程数据噪声及离群点污染比较严重的问题,本文提出一种全潜鲁棒偏M估计... 详细信息

在现代复杂工业生产过程中,细致而稳健的运行状态评价及非优因素识别对指导工业生产具有十分重要的实际意义.考虑到复杂工业过程难以建立准确的数学模型和实际工业过程数据噪声及离群点污染比较严重的问题,本文提出一种全潜鲁棒偏M估计的复杂工业过程最优状态的鲁棒评价方法.在建立离线评价模型时,通过对过程数据主元和残差子空间的进一步分解,提取出能够反映与原材料、生产消耗和产品质量等因素相关的经济指标的变化信息,同时采用样本数据加权的方法消除离群点对评价模型的不利影响,提高算法的鲁棒性;在线评价时,针对生产过程中存在不确定性因素,引入在线数据窗口及相似度分析进行在线评价,并给出在线评价的准则和流程,提高评价结果的可靠性,当评价结果非优时,通过计算相应变量的贡献率识别非优因素.最后,通过重介质选煤过程验证了所提方法的有效性.

关键词：复杂工业过程数据驱动运行状态评价全潜鲁棒偏M估计非优因素

基于异构数据模型的电-气耦合网络状态感知方法研究

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中国科学：技术科学 2020年第3期50卷 346-360页

作者：胡旭光张化光孙秋野王睿马大中东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819

随着电力、天然气网络开放互联,多能流耦合在实现能源科学管理与优化调度的同时,彼此间能量转换使得原本独立能源网络的状态感知复杂度增加.因此,在实现快速分析及考虑耦合网络特性的基础上,本文提出一种针对多维电-气耦合网络的异构数... 详细信息

随着电力、天然气网络开放互联,多能流耦合在实现能源科学管理与优化调度的同时,彼此间能量转换使得原本独立能源网络的状态感知复杂度增加.因此,在实现快速分析及考虑耦合网络特性的基础上,本文提出一种针对多维电-气耦合网络的异构数据模型状态感知方法.首先,针对子网络交互影响以及相应检测变量变化过程,构建出刻画不同子网络时间响应特性的异构数据模型.然后将构造的模型通过归一化及函数转换得到对应的协方差矩阵提高节点数据变化灵敏度,并且将状态感知判断转化为随机矩阵谱差异值变化程度的分析.在确定网络状态改变的前提下,根据谱分布对应的最大特征向量得到发生变化的网络节点,从而完成整个耦合网络状态感知过程.最后对不同电-气耦合网络状态改变情况进行仿真,仿真结果验证了本文所提方法的可行性与有效性.

关键词：电-气耦合网络多时间尺度异构数据模型数据驱动谱分析

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微电网电磁时间尺度相角稳定性分析

电力建设 2019年第9期40卷 99-106页

作者：王睿孙秋野张雪猛马大中东北大学信息科学与工程学院沈阳市110819 流程工业综合自动化国家重点实验室(东北大学) 沈阳市110819

随着电力电子化的分布式可再生能源大规模接入电网,同步振荡和谐波失稳现象越来越受到人们的关注。相较于传统的电力系统,新型微电网更多地表现出负阻抗性、低惯性、负阻尼性和能量的双向流动性。基于此,文章提出了一种基于小信号的电... 详细信息

随着电力电子化的分布式可再生能源大规模接入电网,同步振荡和谐波失稳现象越来越受到人们的关注。相较于传统的电力系统,新型微电网更多地表现出负阻抗性、低惯性、负阻尼性和能量的双向流动性。基于此,文章提出了一种基于小信号的电磁时间尺度相角稳定性分析方法。首先,建立了电磁时间尺度电力变换器的小信号模型,通过系统相角与分布式电源无功功率的内在联系得到电力变换器的相角稳定性指标;然后,建立了电力变换器的闭环传递函数并通过特征值分析得到相角稳定域;最后,通过仿真和实验验证了所提的微电网电磁时间尺度相角稳定性分析方法。

关键词：分布式电源电磁时间尺度小信号分析相角稳定性

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仿生六足机器人步态设计与运动仿真

计算机仿真 2023年第2期40卷 255-260,269页

作者：马秀峰张奇峰孙英哲中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁省水下机器人重点实验室辽宁沈阳110169 东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819 中国科学院大学北京100049

仿生六足机器人稳定性好、灵活度高在众多领域得到了使用。为实现对六足机器人的运动控制和性能分析,通过构建机器人D-H连杆坐标系结合机械结构参数,确定了运动学正解、逆解表达式;设计可修改参数的机器人行走参考步态,引入了控制机体... 详细信息

仿生六足机器人稳定性好、灵活度高在众多领域得到了使用。为实现对六足机器人的运动控制和性能分析,通过构建机器人D-H连杆坐标系结合机械结构参数,确定了运动学正解、逆解表达式;设计可修改参数的机器人行走参考步态,引入了控制机体保持水平的姿态控制和适应不平整地形的腿着陆控制。以maTLAB的Simulink作为仿真环境,构建机器人模型,完成运动仿真,并对测量到的运动数据和腿部关节输出力矩进行分析。其结果表明,机器人能够跟随所设计步态生成的轨迹连续稳定行走,使用基于模型设计的方法,验证了所提算法的正确性和可行性,最后得到了腿部各关节力矩分布,为后续六足机器人设计与运动控制提供参考。

关键词：六足机器人运动学步态设计运动仿真

基于三次样条插值法的储能锂电池建模与参数辨识

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电源学报 2023年第1期21卷 133-141页

作者：马锐贾学翠张永康闫士杰李相俊杨东升中国电力科学研究院有限公司新能源与储能运行控制国家重点实验室北京100192 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

针对锂电池低荷电状态时输出变化大和模型参数辨识困难问题,提出一种基于三次样条插值法的建模与参数辨识方法。首先建立了含SOC动态的三阶3rC-3D等效电路模型,分析了低SOC时应用最小二乘法对不同模型参数进行辨识产生的误差。在此基础... 详细信息

针对锂电池低荷电状态时输出变化大和模型参数辨识困难问题,提出一种基于三次样条插值法的建模与参数辨识方法。首先建立了含SOC动态的三阶3rC-3D等效电路模型,分析了低SOC时应用最小二乘法对不同模型参数进行辨识产生的误差。在此基础上,结合三次样条插值法的拟合特性和合适的边界条件,构造了三次样条插值函数,在SOC≤10%区间进行了模型各参数辨识,并拟合出了模型参数变化曲线。最后,将辨识后的模型参数曲线与混合脉冲功率特性HppC(Hybrid pulse power Characterization)试验的实际测量值进行了对比。从比较结果看,本文所提的辨识方法减小了参数辨识误差,提高了模型精度,验证了在SOC≤10%区间应用三次样条插值法进行锂电池模型参数辨识的有效性。仿真结果表明,基于三次样条插值辨识方法建立的三阶3rC-3D等效电路模型能够高精度地跟踪锂电池输出外特性。

关键词：锂电池三阶等效电路模型参数辨识最小二乘法三次样条插值法

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基于图像聚焦定位的AFM自动逼近方法研究

仪器仪表学报 2018年第1期39卷 58-67页

作者：刘剑马骏驰于鹏魏阳杰袁帅沈阳建筑大学信息与控制工程学院沈阳110168 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

原子力显微镜（AFM）是纳米科学技术领域中的常用工具。AFM扫描成像前需要手动或半自动操作步骤实现探针与样品逼近过程,自动化程度低、操作繁琐,探针容易受损。由此,提出了一种粗精结合的分段式自动定位方法。在粗定位阶段,采用自动聚... 详细信息

原子力显微镜（AFM）是纳米科学技术领域中的常用工具。AFM扫描成像前需要手动或半自动操作步骤实现探针与样品逼近过程,自动化程度低、操作繁琐,探针容易受损。由此,提出了一种粗精结合的分段式自动定位方法。在粗定位阶段,采用自动聚焦定位方法,提出了一种最强边缘拉普拉斯算子均值算法,具有很强的抗噪性能,可以适应AFM长行程、不同纹理样品自动聚焦,以确定探针和样品的相对位置;精定位阶段,采用精确力反馈控制方法,当样品和探针作用力超过设定值时,探针在Z向纳米平台的带动下能够自动回退,使针尖得到有效保护。通过这两种方法的有效技术融合,可以实现探针-样品逼近过程的自动化操作,提高AFM的易用性和使用效率。

关键词：原子力显微镜自动逼近自动聚焦清晰度函数