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工程教育专业认证体系下“单片机系统设计”课程教学改革的实践与成效——以兰州交通大学自动化与电气工程学院为例

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西部素质教育 2020年第23期6卷 135-136页

作者：任冰陈永刚兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

为了提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,文章首先阐述了“单片机系统设计”课程教学现状,然后论述了工程教育专业认证体系下“单片机系统设计”课程教学改革实践,最后分析了工程教育专业认证体系下“单片机系统设计”课程教... 详细信息

为了提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,文章首先阐述了“单片机系统设计”课程教学现状,然后论述了工程教育专业认证体系下“单片机系统设计”课程教学改革实践,最后分析了工程教育专业认证体系下“单片机系统设计”课程教学改革成效。

关键词： “单片机系统设计”课程教学工程教育专业认证过程考核

基于序贯辅助自适应渐消UKF的列车定位信息融合算法

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铁道科学与工程学报 2022年第7期19卷 1838-1844页

作者：李卫东余跃王运明初宪武大连交通大学自动化与电气工程学院辽宁大连116028

针对北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)/惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)列车定位模型不准确和噪声统计特性不明导致定位精度低的问题,建立基于BDS/INS的列车紧耦合组合定位系统模型。分别建立... 详细信息

针对北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)/惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)列车定位模型不准确和噪声统计特性不明导致定位精度低的问题,建立基于BDS/INS的列车紧耦合组合定位系统模型。分别建立系统状态方程和量测方程,提出基于序贯辅助自适应渐消无迹卡尔曼滤波的列车定位信息融合算法。在标准无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)的基础上,该改进UKF算法引入自适应渐消因子,实时调整滤波增益,降低量测方程中噪声对状态更新的影响,提高列车定位的精度。采用序贯辅助方式增加多重渐消因子的灵活度,使得不同滤波通道具有不同调节能力,提高算法的整体性能。最后,将改进UKF与标准UKF分别应用于列车紧耦合组合定位系统模型,仿真结果表明,在列车卫星信号良好的情况下,相比于标准UKF,改进UKF算法有效降低了列车的位置误差和速度误差;在列车部分卫星信号失锁的情况下,改进UKF算法依然能够提供100 s内10 m以下的导航精度,满足列车定位的基本要求。该算法提高了导航精度,降低了列车定位的误差。

关键词：列车定位信息融合无迹卡尔曼滤波渐消因子序贯辅助

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基于改进蚁群算法的机器人路径规划研究

现代制造工程 2023年第6期 46-51页

作者：邵琪时维国大连交通大学自动化与电气工程学院大连116028

针对传统蚁群算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优以及规划路径存在冗余拐点等一系列问题,提出了一种改进的蚁群算法,用于移动机器人在栅格环境中的路径规划。首先,采用初始信息素角度导向分布策略,增强起点到终点线路上的初始信息素浓... 详细信息

针对传统蚁群算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优以及规划路径存在冗余拐点等一系列问题,提出了一种改进的蚁群算法,用于移动机器人在栅格环境中的路径规划。首先,采用初始信息素角度导向分布策略,增强起点到终点线路上的初始信息素浓度,降低算法初期搜索路径的盲目性;其次,为进一步提高机器人移动的安全性,在状态转移概率的基础上引入一种含导向作用的安全因子,避免算法搜索产生曲折路径;最后,提出信息素增量自适应t分布变异策略,以增加种群的多样性,避免算法后期陷入局部最优。同时建立了信息素更新规则和路径评价机制,用来引导蚂蚁以最佳综合指标靠近最佳路径。栅格环境仿真表明,在不同环境下改进的蚁群算法能使机器人获得全局最佳路径,并且具有较高的路径规划实时性和稳定性。

关键词：蚁群算法 t分布变异路径规划

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考虑执行器性能约束的高速列车容错跟踪控制

中国惯性技术学报 2022年第4期30卷 545-552页

作者：徐传芳谷晓琳王龙达大连交通大学自动化与电气工程学院大连116028 大连交通大学计算机与通信工程学院大连116028

针对高速列车受到执行器故障、输出幅值和变化率饱和等执行器性能约束,模型参数不确定性,以及附加阻力干扰等影响下的跟踪控制问题,设计了一种鲁棒容错跟踪控制算法。首先,基于双曲正切函数构造的辅助系统,构建了高速列车的增广速度跟... 详细信息

针对高速列车受到执行器故障、输出幅值和变化率饱和等执行器性能约束,模型参数不确定性,以及附加阻力干扰等影响下的跟踪控制问题,设计了一种鲁棒容错跟踪控制算法。首先,基于双曲正切函数构造的辅助系统,构建了高速列车的增广速度跟踪控制模型;其次,为避免控制器中出现虚拟控制信号的一阶导数,采用动态面方法并结合自适应控制技术,设计了高速列车的容错跟踪控制器,基于Lyapunov函数对控制器的稳定性进行了分析;最后,对设计的容错跟踪控制算法进行了仿真验证。仿真结果表明,控制输入及其变化率均满足所设置饱和约束的要求;列车运行中的暂态速度和位移跟踪误差分别在0.016 m/s和0.003 m范围内,从而验证了所设计控制器的良好容错跟踪性能。

关键词：容错跟踪控制自适应动态面控制幅值和变化率饱和执行器故障高速列车

基于BAS-PSO优化自抗扰的高速列车速度跟踪控制

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电子测量技术 2024年第6期47卷 58-63页

作者：马冬寅王新屏李卫东大连交通大学自动化与电气工程学院大连116028

针对高速列车自动驾驶系统,采用基于天牛须粒子群(BAS-PSO)优化自抗扰控制(ADRC)的算法,设计速度跟踪控制器。基于列车动力学模型设计自抗扰控制器,并以ITAE作为目标函数,利用BAS-PSO实现参数整定。选用CRH380A型动车组参数,通过MATLAB... 详细信息

针对高速列车自动驾驶系统,采用基于天牛须粒子群(BAS-PSO)优化自抗扰控制(ADRC)的算法,设计速度跟踪控制器。基于列车动力学模型设计自抗扰控制器,并以ITAE作为目标函数,利用BAS-PSO实现参数整定。选用CRH380A型动车组参数,通过MATLAB进行仿真验证,对比BAS-PSO、PSO以及改进鲨鱼优化ADRC算法对列车目标速度曲线的追踪效果,其中基于BAS-PSO优化ADRC算法的列车目标速度曲线跟踪误差保持在±0.4 km/h的范围内,相比另外两种算法更加紧密地贴近目标速度曲线。结果表明,基于BAS-PSO优化ADRC具有跟踪误差小、抗干扰能力强的优点。

关键词：自抗扰控制天牛须粒子群算法高速列车速度跟踪

基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：董华军韩华豫李籽骁朱晔李金金大连交通大学机械工程学院大连交通大学自动化与电气工程学院

提高目标检测在列车车底复杂背景下螺栓的识别精度及检测速率，对于提高列车行驶安全性具有重要意义。为了高效检测螺栓，提出一种基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法。使用自行设计的履带式车底检测机器人获取车底螺栓图片，... 详细信息

提高目标检测在列车车底复杂背景下螺栓的识别精度及检测速率，对于提高列车行驶安全性具有重要意义。为了高效检测螺栓，提出一种基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法。使用自行设计的履带式车底检测机器人获取车底螺栓图片，并混合自行搭建的模拟平台螺栓图片与真实的列车车底螺栓图片作为最终数据集。将C3模块中的Bottleneck结构替换为Faster＿Block结构，改进为C3F模块；并分别与FasterNet、GhostNet和MobileNetV3轻量化结构进行对比。此外，引入注意力机制CA模块，同时将原有损失函数LGIoU替换为更为契合的LMPDIoU；使用SE模块和CBAM模块分别与CA模块进行比较，作为消融实验。最后采用LAMP分数的计算方法对模型权重参数排序，并将不重要的权重参数剪枝，作为新型模型压缩的方法。将最终模型压缩后的C3F-YOLOv5s网络模型分别与YOLOv4、YOLOv7、Mask R-CNN、RetinaNet进行对比试验。研究结果表明，在使用混合数据集的情况下，最终网络模型的平均检测精度达到了92.8%，检测速度达到了256.7FPS。相较于其他4种经典的深度学习网络模型，改进后的模型检测效果更好，同时模型表现出较强的鲁棒性和泛化性能。该方法可在无法获得更多真实车底螺栓图片时，使训练后网络更加适应真实车底的情况，改进后的算法可以同时提高螺栓的识别精度和检测速度，可以为后续相关研究提供技术参考和理论支撑。

关键词：螺栓检测 YOLOV5 注意力机制损失函数模型压缩

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地铁车底松动紧固件视觉检测算法研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：董华军姚佳岐何晨阳李金金大连交通大学自动化与电气工程学院大连交通大学机械工程学院

提高列车车底检测机器人中检测算法的适应性与准确性，对提升列车的智能化运维能力具有重要意义。针对现有紧固件检测算法拍摄条件苛刻和防松线标记要求高等问题，提出应用于地铁车底检测机器人的紧固件松动检测算法。在图像内紧固件完... 详细信息

提高列车车底检测机器人中检测算法的适应性与准确性，对提升列车的智能化运维能力具有重要意义。针对现有紧固件检测算法拍摄条件苛刻和防松线标记要求高等问题，提出应用于地铁车底检测机器人的紧固件松动检测算法。在图像内紧固件完整且防松线无明显遮挡的情况下，采用改进的YOLOv5目标检测网络获取图片内每个紧固件目标，并将其分为3类。其次，使用DeepLabv3＿plus图像分割网络提取防松线图形轮廓，并将其转为二值图片。分别计算螺栓、螺母螺杆及金属管道接头这3类紧固件去噪后图片内两防松线的角度差、三防松线质心所接三角形内角极值以及多防松线与其最小外接矩形的面积占比，将对应计算值与拟定阈值对比，进行松动判定。最后，统计检测图片内实际松动情况，制定每类紧固件的二分类混淆矩阵，计算分析评价指标，与其他算法对比，并对实际地铁车底紧固件应用算法进行验证。结果表明改进YOLOv5目标检测网络模型MAP@0.5值由0.877提升至0.911,DeepLabv3＿plus图像分割网络模型MIoU值高达0.950，松动判定检测所得658个紧固件MCA值分别为0.907、0.959以及0.888，可有效避免松动紧固件漏检。应用算法检测实际地铁车底各类紧固件，准确率均达90%以上。实验证明了目标检测算法改进的可行性、图像分割网络的适用性和松动判定算法的可靠性，为地铁车底紧固件松动检测智能运维工作提供重要技术支撑。

关键词：紧固件松动地铁车底机器视觉目标检测图像分割

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电缆连接器用绝缘护套的温度分布和暂态过程

高电压技术 2023年第8期49卷 3562-3571页

作者：马磊马建桥漆志斌曹盘盘杨广泽丁思瑜兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

硅橡胶因其出色的绝缘性、抗电弧性和耐热性被广泛应用于绝缘子及其他绝缘元件的制造中。工程中常用安装硅橡胶绝缘护套的方法来提高电气设备的绝缘水平,但普通硅橡胶材料的热导率仅有0.27 W/(m·K),因此电气设备安装绝缘护套后的散热... 详细信息

硅橡胶因其出色的绝缘性、抗电弧性和耐热性被广泛应用于绝缘子及其他绝缘元件的制造中。工程中常用安装硅橡胶绝缘护套的方法来提高电气设备的绝缘水平,但普通硅橡胶材料的热导率仅有0.27 W/(m·K),因此电气设备安装绝缘护套后的散热也成为亟需解决的问题。基于此,建立了电缆连接器配合绝缘护套的三维模型,基于有限元软件分析了绝缘护套的厚度、热导率、工作电流以及环境温度对其温度暂态变化的影响,并分析了热稳定状态下绝缘护套的三维轴向温度分布。结果表明:受金具温度系数的影响,绝缘护套界面温度的上升与工作电流和环境温度的增长呈指数关系;绝缘护套材料的热导率是影响其温度暂态变化和分布的主要因素。热导率越大,护套界面达到热平衡状态的时间点就越短,热量沿同一方向传导的距离就越长。

关键词：高压设备箱电缆连接器绝缘护套温度分布温度暂态变化

应用于光伏并网系统准Z源逆变器的滑模控制策略

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太阳能学报 2023年第3期44卷 443-449页

作者：田莉杨潇洁兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730030

针对光伏并网系统可能产生的太阳辐照度变化、系统振荡、抗干扰能力和抗谐波能力不理想等问题,提出电容电压外环采用含有状态变量的积分补偿滑模控制策略以保证Z源电容电压相对稳定,不产生超调和不出现失真;并网电流内环采用改进的切换... 详细信息

针对光伏并网系统可能产生的太阳辐照度变化、系统振荡、抗干扰能力和抗谐波能力不理想等问题,提出电容电压外环采用含有状态变量的积分补偿滑模控制策略以保证Z源电容电压相对稳定,不产生超调和不出现失真;并网电流内环采用改进的切换函数设计滑模控制器,以削弱系统抖振,并网效果得到提高。通过Matlab/Simulink平台建立仿真模型。仿真结果表明,相比PI(比例积分)和PR(比例谐振)控制策略,该方法可增强并网系统的全局鲁棒性,能有效提高系统的动态响应速度和并网电能的质量,且能抑制电网电压的谐波信号。

关键词：光伏准Z源逆变器滑模控制并网系统鲁棒性抖振