检索结果-南通市图书馆

作者：蒋牧曦电子科技大学

学位级别：硕士

随着自动控制、微型传感器等技术不断发展,无人机得到了快速的普及。搭载人机交互技术的无人机系统直接凭借人的直觉实现无人机飞行指挥,提升了其智能化和易用性。但当前仍存在交互距离短、易受光线干扰、场景适用性差等缺陷。本文设计... 详细信息

随着自动控制、微型传感器等技术不断发展,无人机得到了快速的普及。搭载人机交互技术的无人机系统直接凭借人的直觉实现无人机飞行指挥,提升了其智能化和易用性。但当前仍存在交互距离短、易受光线干扰、场景适用性差等缺陷。本文设计了通过骨骼点识别进行人机交互指挥的方法,通过视觉惯导融合进行定位的方法,以及室内外两种位置控制方法,实现了基于人体姿态信息的无人机人机交互控制系统。本文搭建了基于ZED双目相机和TX2机载计算机的无人机平台,进行了仿真及实物实验证明了本方法的可行性。本文工作主要包括以下几个部分:1.基于Openpose的人体姿态识别算法实现了对人体骨骼点的提炼,得到了高级的肢体关键点特征。设计了基于OVO-SVM的交互指令分类算法,准确获取有效的人体姿势,完成了人机交互系统中对于人的交互意图的感知。2.分析了系统的坐标系转换关系,对相机和IMU进行内外参标定,实现领航员相对于无人机状态的测量。采用视觉惯导融合的VINS算法得到相机坐标系和IMU坐标系的转换关系与时间偏移,完成了无人机的位姿估计。3.面对室内和室外不同场景,对无人机设计了绝对位置控制算法和相对位置控制算法,得到了更鲁棒的无人机飞行控制率,避免了领航员超出相机视野的情况。4.实验方面,对姿态识别、分类算法进行评估。在仿真环境里进行了定位及整个交互飞行模拟实验。并搭建了无人机硬件平台,成功进行室内外的实物演示实验。

关键词：无人机人机交互人体姿态识别视觉惯导定位双目相机

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基于集成学习的增强子预测算法研究与实现

基于集成学习的增强子预测算法研究与实现

作者：刘梦迪西北农林科技大学

学位级别：硕士

增强子是DNA序列非编码区中用于增强基因表达的顺式调控元件,通过与其目标基因的启动子相互作用实现对基因的表达调控。超级增强子由多个普通增强子组成,能够更大幅度地激活基因的表达。增强子与超级增强子能够维持细胞身份、决定细胞... 详细信息

增强子是DNA序列非编码区中用于增强基因表达的顺式调控元件,通过与其目标基因的启动子相互作用实现对基因的表达调控。超级增强子由多个普通增强子组成,能够更大幅度地激活基因的表达。增强子与超级增强子能够维持细胞身份、决定细胞命运、驱动癌细胞转录,关于其研究已成为基因表达调控研究领域的两大热点。由于增强子没有特定的序列特征,且具有较高的组织细胞特异性,同时又包含多种亚型,因此从DNA序列中识别增强子及其强度具有一定困难,而超级增强子作为增强子的上层结构,在癌症研究中具有更大的研究价值。使用传统方法预测增强子和超级增强子存在成本高,耗时大,信息挖掘不充分和精度不高等问题,难以满足数据量较大的复杂预测问题。集成学习融合了不同基分类器的决策结果,具有容错率高、泛化性好和鲁棒性强的优势,在数据量较大的复杂场景中通常可达到比传统方法更为优良的性能。本文基于集成学习的思想,开展了基于集成学习的增强子预测算法系列研究,针对增强子和超级增强子预测任务,分别提出了适用于具体应用场景的集成学习模型,主要的研究工作如下:(1)基于Stacking集成学习的增强子及其强度预测算法研究针对传统增强子及其强度预测算法存在的序列数据特征挖掘不充分、分类器容错率低且预测精度不高等问题,本研究针对DNA序列数据中的碱基频率、理化特性和空间特性进行特征编码,集成多个优质基分类器构建了基于多特征融合和Stacking集成学习的方法——i Enhancer-SKNN,针对增强子及其强度进行预测。实验结果表明该模型不仅优于基于单一特征的模型和单一机器学习模型,同时还优于现有的集成学习方法。此外,本研究还分析了增强子区域中潜在的转录因子结合位点基序,证实了增强子在转录调控过程中具有关键的生物学功能。(2)基于Stacking集成学习的超级增强子预测算法研究针对传统超增强子预测算法中缺乏DNA序列数据、对序列特征挖掘不充分、容错率较低且在跨细胞系预测场景中泛化性不强等问题。本研究提出了一种基于Stacking集成学习的超增强子预测算法——Stack SE,该算法将多个传统序列特征融合,以表征DNA序列数据,采用多个分类性能好的基分类器,实现了仅使用DNA序列数据准确预测超级增强子算法。针对超级增强子具有高度的组织特异性,在Stack SE模型基础上提出了一种细胞特异性预测模型Stack SE-specific,实现了基于细胞特异性的超级增强子预测和跨细胞系预测。在Stack SE模型基础上还提出了一种具有良好迁移能力的多细胞系通用预测模型Stack SE-integrative,可以准确预测不同细胞系的超级增强子,且该算法优于现有的计算模型,研究表明超级增强子可能在不同细胞系中拥有隐藏的共享序列模式。(3)基于Stacking集成学习的超级增强子预测算法研究本部分结合本文所提的基于集成学习的增强子与超级增强子预测算法,设计了一种可实现人机交互的增强子与超级增强子预测系统。该系统分为:基于集成学习的增强子预测系统登陆界面模块、调控增强子预测任务场景选择模块、DNA序列数据信息显示模块和预测结果结果统计模块。各模块可通过人机交互的方式,开展基于集成学习的增强子与超级增强子预测实验,并统计出实验结果。

关键词： DNA序列分析集成学习预测增强子超级增强子

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臂手假肢眼控交互系统设计与实现

臂手假肢眼控交互系统设计与实现

作者：仇诗凯华中科技大学

学位级别：硕士

世界范围内的肢体残疾人口数量庞大,臂-手机器人可望为肢体残疾患者的日常生活带来便利,然而对于上肢肢体残疾患者而言,难以通过传统的人机交互方式控制臂-手机器人。为此,本文提出了一种利用人眼来实现人机交互的理念,基于该理念设计... 详细信息

世界范围内的肢体残疾人口数量庞大,臂-手机器人可望为肢体残疾患者的日常生活带来便利,然而对于上肢肢体残疾患者而言,难以通过传统的人机交互方式控制臂-手机器人。为此,本文提出了一种利用人眼来实现人机交互的理念,基于该理念设计并实现了一种利用人眼凝视点控制的手眼协调假肢臂手系统,本文主要研究工作包括:(1)用户目标物体识别。针对用户感兴趣目标物体的提取问题,本文提出了一种瞳孔检测算法用于提取人眼凝视信息,通过高斯过程回归算法将凝视信息进行映射得到场景图像中二维凝视点,融合目标识别算法与追踪算法提取场景图像中常见物体的锚框,根据二维凝视点与物体锚框的位置关系识别目标物体。(2)目标物体位姿估计与系统坐标系统一。针对目标物体定位问题,本文通过双目三维重建算法与姿态估计算法估计目标物体在前景左相机局部坐标系下的位姿,利用灯塔定位技术对眼动仪与假肢臂手进行实时追踪,建立起系统各模块坐标系的变换关系,将目标物体位姿转换到假肢臂基坐标系中,从而实现目标物体在全局坐标系下的位姿估计。(3)臂-手机器人运动学反解与误差补偿。针对臂-手机器人控制问题,本文对七自由度假肢臂的工作空间进行离散化遍历生成可达空间数据库,提出一种叫做最小化相对角度偏差绝对值(AAD)的优化方法,用于在多组反解结果中选取最优的关节角组合,接着基于灯塔定位框架实现假肢臂执行误差估计,进而提出一种用于假肢臂反馈控制与误差补偿的方法。(4)目标物体抓取实验。基于头戴式眼动仪与假肢臂手实验平台,设计了针对目标物体的定位与抓取实验,通过实验数据的分析,测试并验证了系统的手眼协调抓取功能,实验结果表明,系统定位模块精度高且工作稳定,假肢臂手能有效抓取用户感兴趣目标物体。

关键词：手眼协调凝视点识别位姿估计运动学反解误差补偿

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基于OpenGL技术的虚拟装配系统研究

基于OpenGL技术的虚拟装配系统研究

作者：李跃海内蒙古工业大学

学位级别：硕士

随着新技术和新的企业模式发展的需要,现代企业的制造要求与目前装配技术的不完善的矛盾日益突出,在计算机上实现产品的虚拟装配设计就成为解决这个矛盾的关键,因此基于虚拟现实技术下的装配系统的开发应运而生。目前对虚拟装配技术的... 详细信息

随着新技术和新的企业模式发展的需要,现代企业的制造要求与目前装配技术的不完善的矛盾日益突出,在计算机上实现产品的虚拟装配设计就成为解决这个矛盾的关键,因此基于虚拟现实技术下的装配系统的开发应运而生。目前对虚拟装配技术的研究已经很广泛,但大多数在精度和效率上研究还不够。基于这方面的缺陷,本文在研究和总结大量的前人虚拟装配算法的基础上,提出了基于坐标和向量的虚拟装配算法和装配评价算法,并予以实现。算法实现是通过Visual c++编程工具和OPengl库函数的结合,开发出了一个虚拟装配系统,该系统通过第三方软件(PRO/E)建立零件装配模型,通过编写*.stl格式的软件接口实现零件模型的导入/导出功能。通过编写虚拟装配算法的程序代码实现装配控制台功能,通过编写装配评价算法代码建立装配评价机制。该系统除了虚拟装配模块模型和导入/导出模块之外还有网格化模块、人机交互模块、装配评价模块、模型特征模块和实时跟踪检测模块等组成。本系统以一个虚拟齿轮泵的虚拟装配为例,实现了零件模型在系统中的正常装配,验证了基于坐标和向量的虚拟装配算法的有效性。通过装配评价机制对装配的结果进行综合检测和实时检测,通过系统信息提示可以方便快捷的显示各种装配属性和性能。系统借助Visual c++中动态链接库的功能实现了常用功能的集成,并通过Opengl库的调用实现了系人机交互、网格化、模型属性功能。实验证明系统具有很好的装配效果。

关键词：虚拟装配装配算法人机交互实时检测

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人体上肢末端刚度测量、估计与人机交互

人体上肢末端刚度测量、估计与人机交互

作者：林剑锋华中科技大学

学位级别：硕士

阻抗控制是提升人机交互柔顺性的关键技术,刚度参数作为阻抗控制中的一个重要参数,对机器人柔顺控制起到决定性的作用。借鉴于人体刚度调节以抵抗环境干扰的机制,研究人体阻抗参数并辨识其中的刚度参数,有助于实现机器人的拟人刚度调节... 详细信息

阻抗控制是提升人机交互柔顺性的关键技术,刚度参数作为阻抗控制中的一个重要参数,对机器人柔顺控制起到决定性的作用。借鉴于人体刚度调节以抵抗环境干扰的机制,研究人体阻抗参数并辨识其中的刚度参数,有助于实现机器人的拟人刚度调节,能够改善交互型机器人的顺应性与拟人性。人体表面肌肉电信号(sEMG)蕴含信息丰富,无创采集,并且信号产生时间早于肢体动作,适合作为人体刚度信息解码信号,并向机器人发送刚度调节指令。本研究采用自主搭建的人体上肢末端刚度测量装置进行刚度测量,通过对上肢肌肉的sEMG解码实现上肢刚度的实时预测,并进行机械臂的导纳控制。所以本文研究主要包含以下几个方面:(1)人体上肢末端刚度测量平台的搭建。本文设计的刚度测量平台根据功能可分为三个模块:测量模块、传动模块与驱动模块。其中,关键机构包括凸轮机构与行星轮机构,利用凸轮机构与行星轮机构之间的转速比实现水平面上的随机振动。(2)基于局部扰动理论的上肢末端刚度测量。结合上肢末端刚度测量平台开展测量实验,记录实验过程中受试者上肢末端的回复力与位移数据,配合两种动力学模型计算刚度值,分析弹簧动力学模型与刚度-阻尼-惯性动力学模型的末端刚度计算精度并绘制刚度椭圆图形化分析刚度特性。(3)基于表面肌电信号的人体上肢刚度估计模型。结合上肢八块肌肉的sEMG与肩、肘关节力矩辨识基于sEMG的关节力矩估计模型参数,计算肌肉共同收缩系数(IMCJ)。分析不同末端回复力与IMCJ对末端刚度的影响规律,建立基于IMCJ的上肢刚度估计模型。(4)基于机器人操作系统(ROS)的导纳控制系统开发。建立了机械臂的运动坐标系实现逆运动学求解,设计了基于机械臂末端力反馈的导纳控制器,选择不同阻抗参数改变导纳控制器性能,探究机械臂的导纳控制效果,验证所提出的刚度估计方法应用于人机交互的可行性。

关键词：人体上肢末端刚度刚度测量装置刚度估计方法导纳控制人机交互

Kinect关节数据处理算法及在机器人体感控制中的应用

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Kinect关节数据处理算法及在机器人体感控制中的应用

作者：张弛华中科技大学

学位级别：硕士

随着机器人技术与人机交互技术的不断发展,机器人体感控制技术以其自然方便的控制体验,在机器人民用化的发展过程中正在扮演着越来越重要的角色。同时,随着计算机视觉技术的发展,基于计算机视觉的机器人体感控制技术使体感控制复杂度得... 详细信息

随着机器人技术与人机交互技术的不断发展,机器人体感控制技术以其自然方便的控制体验,在机器人民用化的发展过程中正在扮演着越来越重要的角色。同时,随着计算机视觉技术的发展,基于计算机视觉的机器人体感控制技术使体感控制复杂度得到降低,因此视觉传感器已经成为机器人体感控制信息获取的主要途径。Kinect传感器作为一种高性价比的视觉体感传感器,利用TOF(Time of Flight)技术获取体感信息,克服了传统视觉传感器受环境光照变化、背景复杂性影响的缺陷,并将丰富的空间三维信息融入机器人体感控制之中,有助于提升体感控制的性能。因此,本文拟将Kinect传感器引入机器人体感控制系统。针对这一问题的研究,需要重点解决以下几个问题。首先,由于场景存在遮挡以及kinect自身软硬件设计问题,导致Kinect传感器会得到错误的体感信息,这些错误的体感信息会引起体感控制不准确的问题,因此,我们研究的第一个问题是消除kinect的错误体感信息;其次,坐标系映射问题,Kinect传感器的坐标系与机器人的运动坐标系并不相同,需要一系列的转换算法才能够将Kinect传感器获取的体感信息应用到机器人体感控制中。本文针对以上两个问题展开了研究。首先,本文提出了一种Kinect关节数据优化算法。该算法首先通过kinect传感器获取人体关节位置数据,之后通过帧内约束与帧间约束确定Kinect关节数据的可靠度,通过可靠度阈值将关节数据划分为错误数据和待优化数据。接着提出基于改进霍尔特滤波的关节数据优化算法,针对错误关节数据根据霍尔特滤波预测公式与人体约束条件进行预测与替代,针对待优化数据根据霍尔特滤波平滑公式与关节可靠度结合进行关节优化,最终生成优化后的人体关节数据。通过实验对比分析,本文提出的关节优化算法有效获取了准确的关节数据。其次,本文采用基于空间几何法与D-H(Denavit-Hartenberg)矩阵法结合的坐标变换方法。通过空间几何法将人体关节位置信息转换为人体运动角度信息,接着通过D-H矩阵法对机器人运动建立模型,生成机器人运动坐标变换矩阵。最后,将人体运动角度信息与运动变换矩阵相结合,生成机器人坐标系下的机器人运动信息。最后,本文将提出算法应用于虚拟机器人体感控制,实现了基于Choregraphe的Nao机器人仿真平台,实现通过Kinect传感器对虚拟机器人的体感控制,将理论研究向实际应用进行转化。

关键词：机器人体感控制 Kinect 关节数据优化运动信息变换

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工业机器人码垛功能的设计与实现

工业机器人码垛功能的设计与实现

作者：王昌杰华中科技大学

学位级别：硕士

码垛是工业生产运输中的重要一环。随着生产自动化程度的提高,传统的人工码垛将远远无法满足生产需求。开发出自动化高、速度快以及柔性强的工业机器人码垛具有十分重要的意义。研究生产中的堆垛工作,分析工业生产对码垛的堆叠方式、路... 详细信息

码垛是工业生产运输中的重要一环。随着生产自动化程度的提高,传统的人工码垛将远远无法满足生产需求。开发出自动化高、速度快以及柔性强的工业机器人码垛具有十分重要的意义。研究生产中的堆垛工作,分析工业生产对码垛的堆叠方式、路径规划、码垛条件等的需求,设计了机器人码垛功能的总体方案。结合对工件堆垛时路径的规划,通过在堆垛路径中设置的趋近点和回退点,实现了工件在路径中和垛中位姿的匹配。针对生产对工件堆叠方式的要求,设计了两类工件堆叠模式:矩阵模式和全点模式,实现了对生产中大部分码垛应用的匹配。定义不同堆叠模式下工件的排序方式,提出了在机器人坐标系下,工件中心点相对于参考工件位置的计算方法,实现码垛时工件位置的自动计算;设计了适用于机器人码垛的开始结束、运动和寄存器指令,实现了码垛程序的自动运行;分析码垛过程中的工件尺寸、垛型参数、关键位置数据等变量,将其以参数形式添加进码垛人机交互界面中,实现了对不同码垛条件的配置。提出了两种干涉检测算法:基于实际位姿的工件干涉检测算法和基于机器人插补周期内脉冲速度的动态碰撞检测算法,提高了机器人在码垛工作过程中的安全性。模拟生产现场,搭建了机器人码垛功能的实验平台。设计测试用例,对码垛功能中各部分的实现进行测试,包括码垛条件的设置、工件序号和位置的计算、碰撞检测算法等;在各模块正确的条件下,进行码垛的功能测试,验证各种垛型下码垛的实现情况。实验结果表明,码垛功能的各部分均正常实现,整体实现情况达到预期要求。

关键词：工业机器人码垛码垛垛型干涉检测碰撞检测

基于机器视觉的直缝焊管焊缝位置识别研究与应用

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基于机器视觉的直缝焊管焊缝位置识别研究与应用

作者：于兵太原理工大学

学位级别：硕士

随着直缝焊管应用越来越广泛,其焊缝作为整根焊管最为薄弱的位置往往需要突出检测以满足实际场景的使用要求。本文依据水压机对直缝焊管进行静水压试验时,需要控制焊缝位置来观察焊缝处是否存在泄露的要求,提出了基于机器视觉来判断直... 详细信息

随着直缝焊管应用越来越广泛,其焊缝作为整根焊管最为薄弱的位置往往需要突出检测以满足实际场景的使用要求。本文依据水压机对直缝焊管进行静水压试验时,需要控制焊缝位置来观察焊缝处是否存在泄露的要求,提出了基于机器视觉来判断直缝焊管焊缝位置的方案。直缝焊管的焊缝位置在焊管上属于周向特征,位置信息为三维信息。本文通过单目视觉检测旋转中的直缝焊管焊缝距离目标位置的偏角,对转动停止时间进行控制,使焊缝最终停在目标位置。根据不同视角下对应的坐标系及其之间关系建立焊缝偏角与成像平面对应特征之间的数学关系计算偏转角度,为了获得焊缝特征的位置,本文设计了两种解决方案。(1)直接提取焊缝边缘与焊管边缘信息。针对传统Canny算法在识别直缝焊管焊缝边缘时易受噪声干扰、强弱边缘连接不佳等问题,提出一种改进的Canny算法检测直缝焊管焊缝位置方法。首先在进行非极大值抑制中引入了梯度方向局部均值偏差;其次对非极大值抑制之后的点利用最大类间方差法计算阈值;最后通过焊管图片强弱边缘分布特点将强边缘边界所连边界作为附加连接条件。通过实验验证改进的非极大值相对于传统方法能够有效的抑制噪声点并保留边缘信息。在直缝焊管焊缝边缘位置识别中改进的Canny算法相对于传统边缘检测算法能够减轻锈斑划痕等因素的干扰,保留更多的焊管边缘与焊缝边缘。在常用的BSDS500数据集上改进的Canny算法的峰值信噪比与均方误差在88.79%的图片中优于其他边缘算法。最后利用Hough直线特征识别,进行直线检测并带入焊缝位置数学模型得到最终焊缝的位置信息。(2)利用直缝焊管在焊接时焊缝位置的确定性,在焊缝位置周向90°位置喷涂颜色标定。对图像进行彩色分割,以彩色连通区域最小外接矩形中线作为颜色标定位置。对图像利用最大类间方差法进行二值化,并使用竖直边缘检测器得到焊管的边缘,带入焊缝位置数学模型得到颜色标定位置,并延迟90°后得到焊缝位置。经过实验验证,通过图像处理颜色标定特征比直缝焊管焊缝特征检测结果更加稳定。对检测系统硬件进行了分析选型,分析了各种光源组合方案对于金属柱面照明的优劣,完成了系统的硬件选型。设计了检测程序的人机交互窗口,通过窗口能够进行参数的输入,运行状态的监控,系统的启停控制等操作。根据检测现场硬件条件设计了焊缝位置验证实验台,模拟整个识别控制过程。将直缝焊管管端与角度传感器相连,以角度传感器检测结果作为整个系统控制结果。实验结果表明在静态测量下两种方案得到的角度偏差均小于1.5°,动态测量控制结果均满足设计需求。本文通过建立图像与检测目标之间的关系,对图像检测使用到的算法做出改进,针对检测需求完成了硬件选型与程序界面设计,最终实现了利用单目视觉对直缝焊管焊缝位置的识别,满足了静水压试验对焊缝位置的要求。

关键词：机器视觉直缝焊管焊缝识别 Canny算法颜色标定角度测量

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微小型零件精密装配及三维误差测量研究

微小型零件精密装配及三维误差测量研究

作者：张伟大连理工大学

学位级别：硕士

微小型机电系统组成零件多,装配步骤复杂,装配精度要求高。目前国内针对特征尺寸在几个毫米左右的微小型零件精密装配大多还是依靠人工在显微镜下凭借经验操作,劳动强度大、工作效率低、产品一致性差。同时在零件装配完成之后的误差测... 详细信息

微小型机电系统组成零件多,装配步骤复杂,装配精度要求高。目前国内针对特征尺寸在几个毫米左右的微小型零件精密装配大多还是依靠人工在显微镜下凭借经验操作,劳动强度大、工作效率低、产品一致性差。同时在零件装配完成之后的误差测量环节,通常工艺人员需要将零件取下生产线,在造价高昂的高精度三坐标测量机等测量设备上离线测量装配误差,没有相对应的标准专属测量步骤使得每次选取的基准与测量过程具有随机性,而且由于装配与测量环节相脱节,使整个生产周期延长,在零件的搬运过程中也容易造成对装配后微小型机电系统的二次破坏。计算机视觉测量技术以其精度高非接触等特点,可以很好的指导半自动化甚至自动化微小型零件精密装配及误差测量作业。本文以计算机视觉测量技术为基础,根据微小型零件装配工艺及测量要求研制了微小型零件精密装配及三维误差测量系统。系统主要由四个模块组成：视觉测量模块、机械手作业模块、装配平台模块及人机交互模块。在装配流程中采用“先看-后动”的控制模式,机械手根据视觉测量的结果进行装配作业;采用组合式照明方式,利于将零件特征从背景中提取出来;采用吸附式夹钳可以柔性拾取形状各异的零件,同时在机械手上采用力反馈控制模式控制装配力保护易碎零件;建立装配系统数学模型,实现各坐标系间关系转换,使各模块协调工作在统一环境下;合理规划装配流程,提高装配效率。在测量流程中,采用垂直安装的双摄像机测量方式,利用一个精密加工的长方体作为基准标定块将两个摄像机标定到统一测量环境下,实现对具有三维特征的立体组件的在线测量,测量过程简单快速准确。采用开源机器视觉库内函数实现对零件的特征识别提取,然后根据不同零件的特征采用相应的定位方法获取零件的位姿信息。以模块化分层设计思想编写了装配及测量作业控制软件,然后结合本系统的装配功能进行了微小型零件装配实验,对装配后组件分别利用本系统的三维误差测量功能和高精度三坐标测量机进行装配结果检测,检测结果表明本系统可以很好的完成精密装配及在线测量任务,缩短了生产周期,提高了生产效率和产品成品率。

关键词：精密装配三维误差测量图像处理机器视觉

三产品重介旋流器二段密度在线调控机理研究与初步设计

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三产品重介旋流器二段密度在线调控机理研究与初步设计

作者：刘世超太原理工大学

学位级别：硕士

在目前的重介分选设备中,三产品重介质旋流器以其优越的分选精度和较低的控制难度获得了广泛应用。三产品重介质旋流器一段分选密度控制方法相对完善,可以比较理想的控制精煤的灰分,二段密度控制则显得问题较大,一方面二段密度调整裕量... 详细信息

在目前的重介分选设备中,三产品重介质旋流器以其优越的分选精度和较低的控制难度获得了广泛应用。三产品重介质旋流器一段分选密度控制方法相对完善,可以比较理想的控制精煤的灰分,二段密度控制则显得问题较大,一方面二段密度调整裕量不大,仅仅靠调整溢流管插入深度或更换二段底流口来离线实现,更为困难的是,煤质波动时,中煤灰分无法获得最具性价比的控制,对选煤厂来讲,要么损失很大,要么无法满足客户需求。因此对于三产品重介旋流器而言,如何实现二段密度在线可控,实现对中煤质量的高效控制,这是急需解决的重要研究课题。有关旋流器外加磁场的文献检索表明：外加磁场能够影响磁性矿物的产品质量,磁场对产品质量的作用具有变化的拐点。为此提出了对三产品重介旋流器二段旋流器施加磁场,通过探索外加磁场的形式、结构、位置、磁场强度等参数,以达到在线调节分选密度的新思路。电磁场仿真相关文献综述表明,采用ANSYS有限元分析软件可以更好的描述重介旋流器内重介质(磁铁粉)在外加磁场作用下的受力、磁场分布,也便于从机理上分析外加磁场对重介旋流器密度调控的内在规律与本质。基于此,论文采用了磁场仿真、磁场强度实测和分选实验系统构建并物理模拟的技术路线,探索外加磁场作用下旋流器密度调控的机理与实现方式,在此基础上提出工业放大原则,并设计在线调控的样机,开发相应的在线测控系统,以期为三产品重介旋流器二段密度在线调控提供有益的借鉴。对重介旋流器的密度场和力场分析表明,包络面附近的磁铁粉分布(磁场分布)变化决定着重介分选密度的变化。对文献中三种磁系进行了仿真,仿真结果表明采用***类型磁系是适合的。以此为依据,设计制作了用于实验室试验的旋流器和线圈,构建了外加磁场重介旋流器分选试验系统。初步确定了线圈的电流范围和位置,为旋流器分选实验奠定了基础。根据经验公式和验证试验,进行了外加磁场下不带煤溢流介质产率试验,确定了线圈位于锥部和圆柱体各自不同的分选效果以及其电流范围：线圈位于圆柱体时,弱电流能够提高溢流介质产率,线圈位于锥部时,强电流能够降低溢流介质产率。在上述试验的基础上,在旋流器分选试验系统上进行煤泥分选试验。煤泥分选试验表明：线圈位置在锥部,强电流能够将分选密度降低到0,原煤全部进入底流;线圈位置在圆柱体,弱电流能够升高分选密度,最大值出现在线圈位置18、电流为1.5A,精煤灰分能够从无电流时的9.8%增大到16.8%。证明外加磁场能够调节旋流器的分选密度。利用ANSYS软件对旋流器内磁场进行了仿真,仿真表明：旋流器内部存在零径向力面,两个零径向力面之间磁力指向器壁,在零径向力面外磁力指向轴线。对包络面密度产生影响的主要部分就是两个零径向力面构成的空间。分析了线圈位置对分选效果的影响：线圈位置在锥部,矸石随外旋流很快就进入底流口排出,精煤灰分和产率随电流增大而快速下降。线圈位于圆柱体和圆锥上部,精煤很快随着上升旋流进入溢流管而排除,试验表明能够大幅度地提高精煤灰分和产率。仿真结果也表明,如果减小线圈轴向厚度,能够更精细地调节分选密度,通过制作薄厚线圈进行了物理模拟并得到了验证。在上述仿真和物理模拟的基础上,设计开发了一套三产品旋流器二段分选密度控制系统。以薄线圈磁力为参照,为工业试验设计放大了线圈,结构参数为：内直径800mmm,外直径1000mm,轴向厚度200mm,选用标称直径2.5mm铜制漆包线。对旋流器的材质进行了仿真分析,仿真表明传统的铁制外壳会屏蔽磁场,导致外加磁场失效,因此工业型试验二段旋流器需要选用金属铝、铝合金或不锈钢等相对磁导率较小的材料。对放大线圈所产生的磁场进行了计算,考察其是否符号安全标准,发现其超过了导出限值,提出了防护方法。开发了基于s7-200PLC的三产品重介旋流器二段密度在线控制系统：构建了控制系统所需的软硬件平台。利用MODBUS RTU协议实现了PLC与HSPY程控直流稳压电源通信控制,采用OPC进行PLC和组态的人机交互,设计了基于WinCCV7.0组态环境的人机界面,分析了信号传输稳定性的问题,对于保障本系统的正常运行提供支持。

关键词：三产品重介旋流器悬浮液密度磁场仿真在线调控