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[硕士论文] 梁悦
农业机械化工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:及时获得果园环境信息对于提高果树产量、提升果实品质、减少资源浪费、科学指导生产等具有重要意义。为了实时获取果园环境信息,及时科学指导生产,针对山区果园立地位置偏远、果树生长环境复杂、管控技术相对滞后等情况,构建了一种基于远程监视的果树园区信息系统。采用LoRa技术与GPRS技术相结合的数据传输方法,利用太阳能供电系统,实现果园环境信息连续稳定获取,具有低功耗、远距离、灵活自主的特点。
  苹果、梨、桃是中国北方大宗果树主要树种,果园农事管理内容和方式相近,土壤物性和环境管控是栽培生产技术中的重要因素。本研究以苹果园为应用对象,兼顾梨、桃果园。分析了国内外农业环境监测的发展概况,通过实际调查果园生产需求情况,分析了果树生长与环境之间的关系,确定了信息系统所需采集的环境因子。设计构建了果园远程监视信息系统的整体结构,通过对比无线传输技术的优缺点,确定了适合本系统的传输方式为LoRa与GPRS结合方式。系统能够实现对果园土壤水分信息、光照、树体温度信息的实时监测,并通过远程中心进行查询显示。采用网络摄像机为果园安全预警、果树生长状态、果园生产作业情况等信息实现全方位、多维度监视。针对系统功能需要,完成了系统硬件选型与设计,包括传感器的定型、供电模块、信息采集模块、无线传输模块、远程监视模块等,分别设计了各功能模块电路。对系统软件部分进行设计与实现,主要包括传感器节点采集流程图、LoRa模块、GPRS模块的程序设计。选择适合系统的传输协议,并构建基于三层架构模式的远程用户中心。通过设计实现了远程数据查询与实时获取等功能。
  对系统进行实地集成与应用。实现了果园土壤水分信息、树体温度、光照等因素的实时监测获取、远程传输、实时和历史数据查询显示、用户在线交流等功能。对采集数据进行拟合分析得到系统监测的环境温度、湿度数据误差得到有效降低,其中温度湿度误差分别降低到2.46%、1.98%。建立了基于神经网络土壤水分信息的预测模型,通过多次网络训练得到的预测值与实测值趋于一致,平均相对误差3.73%。
[硕士论文] 林秀
动力工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:根据工业实践需求通常将各种原料按照一定比例进行配料混合,这种生产过程就是定量称重配料。改善产品质量和提高生产效率的关键因素是提高配料精度和配料速度。根据饲料称重配料系统的实际情况,本文研究了动态称重和定量下料这两个关键问题。
  为同时解决配料速度和配料精度问题,本文最终选用了双料门配料法,该种方法不但减小了因不稳定的落差而导致的配料误差,而且使得控制系统变得更加灵活。基于集中控制、分散管理的指导思想,本文设计了一个集散控制系统,即采用计算机和PLC构成上下位机的结构形式以达到系统控制的目的。以计算机为管理层,以PLC为控制层,二者结合形成的集散控制系统既方便用户进行配比参数设置,也解决了PLC编程器调试不直观、不方便的问题。
  在称重配料过程中,发现影响称重配料精度的因素有很多,并且本文对其中部分影响因素进行了理论分析。因为定量下料是一个重复性较强的过程,所以该系统选用迭代学习控制比较合适。实验表明,学习增益是常数的传统迭代学习控制在性能上存在不足。如果学习增益偏大,虽然系统收敛很快,但其稳定性略差;如果学习增益偏小,虽然系统收敛很慢,但稳定性比较好。于是本文提出了能使系统快速稳定收敛的改进方法,即自适应迭代学习控制。
  为避免传感器在模拟量信号传输的过程中受干扰,于是采用MODBUS通讯协议经称重仪表将实现了称重传感器的模拟量信号数字化。在STEP7-Micro/WIN V4.0SP9编程软件中,通过编写现场控制PLC的逻辑程序和MODBUS通讯程序来完成自动加料、下料、卸料和混料过程以及实现自动称量补偿过程。
  上位机使用图形化编程语言LabVIEW,通过比较OPC技术和串口两种通讯方式,最终选取了串口通讯方式,以实现监测现场设备运行状态及控制生产过程。本文设计了登陆界面、参数设定界面、实时监控界面和数据记录界面。本文通过使用ADO技术访问SQLServer来设计数据库以实现数据存储、查询的功能。
  本文最后进行了系统调试,实验结果表明:本系统的设计方案先进性强、推广价值极高,完全能够达到预期目标。
[硕士论文] 董烨
信息与通信工程;通信与信息系统 东南大学 2017(学位年度)
摘要:本学位论文的研究课题来自于国家电网公司科技项目“面向电力移动互联应用的4G多业务承载关键技术研究”(SGRIXTKJ[2015]349号),针对电力移动互联应用中远程监测传输系统的业务需求,对远程监测系统中的多模异构融合终端进行优化设计与实现。本文给出了多模异构融合终端的总体优化设计方案,并基于Linux平台实现了3G、4G和WiFi网络模式的融合及远程业务数据与视频数据的传输。该多模异构融合终端优化硬件平台为嵌入式Cortex-A9Exynos4412,在该平台上移植定制编译的Linux内核并完成各模块的驱动,实现对3G通信终端、4G通信终端和WiFi无线网卡的支持。软件平台的优化主程序基于socket通信实现数据收发、数据处理和网络资源管理等功能,同时优化视频数据编解码、传输和显示的功能,实现远程视频监测传输。最后,系统联调和测试结果表明,多模异构融合终端可以支持多模网络异构融合来提高链路传输速率,同时实现远程视频传输功能,完成了对多模通信终端的优化,满足了远程监测传输系统的应用需求,适用于电力传输系统及其他类似场景。
  本文一共包含六章内容,各章节的主要内容如下:
  第一章阐述了本文的课题背景、研究意义以及国内外发展现状,并简要介绍了文章各章节的内容安排。
  第二章主要分析了现有远程监测传输系统中多模通信终端已实现的功能与弊端,设计多模异构融合终端的总体优化方案,包括硬件优化、软件优化和功能优化,并且重点介绍了视频传输功能的优化设计方案。
  第三章根据第二章的总体优化方案,给出了多模异构融合终端硬件平台的优化设计方案,并基于嵌入式开发平台编译移植了Linux系统内核,完成了3G、4G和WiFi无线数据传输终端的驱动开发与移植工作,完成了硬件优化平台的搭建。
  第四章给出了软件系统优化架构设计方案,分别介绍了管控中心程序、多模异构融合终端程序、数据监测终端程序的优化设计方案。详细阐述了系统数据传输方案和socket通信过程,并根据功能模块重点阐述了数据接收、数据处理、网络资源管理和数据发送功能的实现。
  第五章重点完成了对多模异构融合终端视频传输优化设计与实现验证。根据对主流编解码方式的分析对比,综合评估选用最适用于本系统的编码标准和编解码器,设计并实现了视频监控中的编码压缩、视频传输和解码环节,完善并优化了多模异构融合终端的系统功能。
  第六章搭建了多模异构融合终端的硬软件测试环境,根据模块功能,分别验证了3G、4G和WiFi的通信功能,以及数据通信功能、视频数据硬编码功能、视频图像数据传输等功能,验证了多模异构融合终端在网络融合与视频数据传输功能上的优化实现。
[硕士论文] 王豪男
控制工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:为满足国民经济持续发展,需要对城市道路交通提出更高的要求,其中包括道路通行效率的提高,拥堵机会的减少等等。为达到提高道路通行效率的目的,最直接最有效的方法就是进行道路建设改造,但此种方法成本较高周期较长,并不是大部分情况都适用。因此,若想改善城市交通通行效率,需要通过改造路口信号灯控制系统,优化信号灯配时方案来实现。随着科学技术的迅速发展,各种交通信号灯控制系统层出不穷。其中不乏有较为优秀的控制系统。本文在借鉴它们的可取之处基础上针对高峰时段交通干线上的拥堵问题,对交通信号灯进行了分时段协调控制,主要的研究工作如下。
  在本文的交通模型中,假设东西方向道路为待解决的主干道。以此进行控制系统的研究。本文提出的解决方法是分时段协调控制。在此方法上本文着重介绍的干线协调控制策略的切入点在于相位的重新安排。具体的信号灯配时方案是在建立数学模型的基础上经过分析之后得出的。
  在系统的实现上,本文采用上位机和下位机组合的形式。下位机由PLC,地感线圈,数传电台,GPRS模块等组成,每个涉及到的路口都安装下位机系统。上位机则主要由PC机和GPRS模块及其接口组成。下位机中PLC负责路口的具体控制,数传电台负责相邻路口的互相协调。地感线圈主要对过往车辆进行检测计数。GPRS无线通讯模块在系统中负责实现上位机与下位机间的通讯。上位机中建立一个可以存储并查询以往车流量信息的数据库系统。利用VB软件可以实时观察车流量信息,也可以调用查看以往的历史车流量信息。
  在完成整个控制系统的设计基础上,为验证本文所采用的分时段协调控制策略的可行性,利用交通行业较为常用的VISSIM软件进行了仿真验证,结果表明相比传统的策略,本文的控制策略在一定程度上改善了主干线上的车辆通行效率,减少了主干道上的车辆拥堵情况。
[硕士论文] 孙飞
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在某些高危环境下,作业人员无法进入现场作业环境中,需要以无线遥控的方式对现场作业车辆进行操作,同时需要实时回传现场视频,以辅助作业人员了解作业车辆周围的环境情况。本文从实际需求出发,通过对现有遥控技术进行优劣比较,提出了一套基于网络标准协议的可视化无线遥控系统数据收发方案;网络标准协议即广泛应用的TCP/IP协议,本文旨在实现可视化无线遥控系统中的数据收发功能。
  可视化无线遥控系统包括遥控端和车载端两个部分,两端各是一个嵌入式系统,二者处于同一个无线局域网中,依靠无线局域网进行数据通信。本文在基于ARM架构的微处理器S5PV210上移植嵌入式Linux系统,然后基于嵌入式Linux系统开发满足数据收发功能需求的应用软件。
  可视化无线遥控系统数据收发功能实现过程如下,本文首先对可视化无线遥控系统数据收发功能进行需求分析,接着对系统所涉及关键技术进行详细研究,并对所涉及关键技术对应的应用方法进行研究。然后完成了可视化无线遥控系统的总体设计,为后续系统软件开发平台的搭建以及软件实现提供一个可参考的框架。再者在完成系统软件开发平台选择的基础之上,对系统软件开发平台的搭建方法进行详细研究,并完成了平台的搭建工作。最后实现基于网络标准协议的可视化无线遥控系统数据收发功能,除此之外,本文还对系统数据收发功能进行测试,对数据传输时延进行分析,并将视频在不同压缩比下的传输效果进行比较。
  基于嵌入式系统具有良好的扩展性、丰富的接口,可视化无线遥控系统最大程度利用系统资源,使各部分发挥最大性能,在高数据传输压力下具备一定的容错能力和鲁棒性。
[博士论文] 李国栋
控制科学与工程;控制理论与控制工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:Internet的迅速发展推动了计算机网络领域和机器人领域的融合,使网络技术和远程控制技术的结合成为必然趋势。通过建立跨地域的连接,Internet环境下的机器人已开辟出新的应用领域,主要包括:远程治疗,远程监控、分布式作业、基于网络的协同工作、智能家居等。与局域网和专网不同,Internet的开放性意味其网络性能更具有动态可变性,所提供的网络服务质量更不具有保证性,因此,Internet环境下的遥操作机器人系统将更多地受到网络延时、延时抖动、丢包和链路可用带宽资源可获性的影响,这些网络性能参数既受网络技术体制的影响,也受网络负载变化的影响,具有较大的不确定性。这些因素直接影响遥操作机器人系统的稳定性和透明度,限制了遥操作机器人系统在Internet环境下的发展。
  本文从网络体系本身及控制领域出发,研究Internet网络的特性,尤其是网络时延的规律,并通过统计分析进行建模以及模型预测,在此基础上进一步与先进控制策略相结合,确保在Internet网络传输环境下的遥操作机器人系统性能。本文首先全面研究Internet网络各种性能参数,尤其是Internet网络随机时延对遥操作机器人系统的影响。通过建立统计学与数据分析基础上,逐步建立网络时延的隐马尔科夫模型和时延生成模型,对Internet网络时延进行建模分析和预测,并通过模型训练验证了得到的时延模型预测结果的精准性。其次对遥操作机器人主从端多自由度机械手臂和移动机器人两种机构分别进行动力学和运动学建模,特别在模型中加入了非线性摩擦部分,使模型更加接近实际机器人特性。在此基础上,针对网络随机变时延环境,利用无源理论中的时域无源控制方法进行系统变时延环节无源稳定性控制。对时域无源控制加入了时延变化率预估器,提高无源观测器和无源控制器精度,仿真实验验证了该方法的有效性。波变量法是无源理论另一重要方法,通过对波变换法的基础上加入基于时延生成模型的改进史密斯控制补偿器,在从端形成位移追踪闭环控制结构,利用时延前馈补偿消除网络环境下遥操作机器人通讯环节随机时延对控制系统性能的影响,仿真实验验证这种方法的有效性。随后针对复杂的多自由度主从端异构机器人,尤其是从端机械手臂与移动平台结合的机器人结构,基于被控对象的欧拉-拉格朗日动力学模型,利用李雅普诺夫函数以及变结构控制方法,对从端机器人进行分散控制。最后通过仿真和实验手段,在模拟Internet网络变时延环境下,实现了对遥操作机器人的可靠控制,结果表明本文提出的控制方案对网络环境下,系统从端的移动平台可以实现准确地轨迹跟踪,机械手臂也可以稳定地完成预定动作指令,遥操作机器人系统具有较好的控制效果。
  本文所提出的控制领域的解决方案,不仅可以降低Internet网络服务质量不确定性对遥操作机器人系统的影响和限制,还可以作为进一步开展Internet环境下遥操作机器人研究的依据,与网络领域的研究成果互补,通过跨学科的努力,缩短遥操作机器人系统与实用化的距离,为遥操作机器人技术提供更加广阔的应用空间。
[硕士论文] 湛钊
检测技术与自动化装置 河北大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着科学技术的发展,将工业控制领域的先进监测手段引入地质灾害监测领域成为新的研究方向。由于新技术的引入,地质监测正在由过去的实地人力手动监测方式向着远程自动智能化监测转变,由定性的宏观监测向着既定性又定量的宏观微观相结合的监测转变。
  本设计应用 MICROCHIP公司新推出32位低功耗单片机 PIC32MX795F512L与ARM11内核的32位芯片S3C6410开发系统,用于危险体在空间内x、y、z三轴方向上的位移数据的监测与分析。系统的外部终端搭载安装了激光测距传感器的云台式测量模块,用来将危险体到测量模块的距离信息转换为电压信号,再通过高速的AD转换器处理,将处理后的数字信号传入PIC32进行分析处理,并将处理结果分别传输给以ARM11为核心的终端人机交互系统以及后方服务器上的软件平台。在人机交互系统界面中显示测量距离结果以及测量时间,并可以控制终端设备进行现场测量;在软件平台上进行一系列的解算,得到危险体在三轴方向上的精确位移结果并且描绘三轴实时位移曲线图。
  设备本身具备报警功能、历史参数浏览功能以及位移图像打印功能,方便进行灾害预警,并利于地质专家学者对于采集数据的调用。模块化设计以及通用接口的应用使得整套系统可以更加人性化的根据需求拆分使用,并且便于系统的升级再开发。
[硕士论文] 马文姬
信息与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:作为一种重要的研发手段,遥测常用于飞行器的研制设计和飞行试验中以获取飞行器运动姿态信息和内部各部件的工作状态参数他。如今的遥测系统不仅包括普通传感器感知的遥测数据,还有图像传感器获得的相对直观的图像信息,但随之带来了图像数据量大以及两种数据传输导致的信道资源浪费的问题。针对上述问题,本文探讨了基于图像隐藏的多通道遥测数据混合传输的方法。
  针对遥测图像数据量增长与有限信道容量之间冲突的问题,采用了操作相对简单且算法容易实现的JPEG图像压缩技术对图像数据进行处理。在研究了标准JPEG图像压缩编码算法的基础上,考虑压缩过程中固定量化表造成的压缩率不够高、图像质量不够好等问题,提出了一种根据DCT变换后的高低频系数分布以自适应调整量化表的方法对标准JPEG优化处理。经过仿真验证,优化之后的JPEG压缩编码算法在压缩率相同的情况下会获得更好的压缩性能。
  针对遥测数据和图像信息分别传输导致的信道资源浪费问题,考虑借用图像数据的信道来传输遥测数据,即采用LSB图像隐藏技术以实现对信息(遥测数据和图像数据)的混合传输。首先,从数字图像的位平面分析出发,引出标准时域的LSB图像隐藏算法,然后,基于JPEG压缩图像,本文提出了在压缩域中通过量化后的DCT系数来隐藏遥测数据的算法,并基于矩阵编码的思想对其优化处理。结果表明,基于JPEG图像的LSB优化算法有着更好的性能。
  研究表明,本文提出的基于图像隐藏的多通道遥测数据混合传输的方法,节约了信道资源,减少了系统的复杂度,实现了遥测数据的混合传输,并保证了遥测数据的不失真恢复。
[硕士论文] 石威
机械设计及理论 集美大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着我国城市化进程的加快,城市的供电传输方式逐渐由传统的高空电压电缆架设传输转为地下电缆敷设传输。通过地下电缆敷设的方式进行电力传输,有着不占用地面空间,不影响城市建设美观等诸多优势。但电缆敷设于电缆沟中,电力是否能正常有效的传输与电缆沟内的环境状态息息相关。在过去,对电缆沟的监管方式主要通过人工巡检电缆沟的办法来对位于不同位置的电缆沟进行检查、记录与分析。但该种方法不仅不能实时的反映出电缆沟内的环境状态,且会耗费大量的人力资源,效率低下。所以充分的利用计算机网络技术,设计出对电缆沟环境状态实时远程监测的系统,实现实时掌握电缆沟内的环境状态是非常有必要的。
  本文通过对电缆沟环境状态的实际监测需求分析,创新性的结合组态技术、GPRS技术、太阳能供电技术等,提出了基于GPRS网络技术的电缆沟环境状态远程监测系统。在该监测系统中,主要由环境状态数据采集装置、GPRS DTU及监测中心计算机中的组态王6.55软件组成。在环境状态数据采集装置中,选择满足实际需要精度的传感器,实现对不同位置电缆沟内环境状态指标,如温度、湿度、可燃气体浓度、液位的检测,所采集到的数据通过基于MODBUS-RTU协议的模拟量采集模块传送给GPRS DTU。GPRS DTU将数据进行协议的封装,通过GPRS网络进行数据的传输,在组态王6.55软件的控制下,实现对GPRS DTU所传输来的数据进行接收与处理。在数据的传输过程中,需满足不同设备间的协议的匹配。监测中心利用组态王较强的通用性,较好的可开发性与可扩展性等诸多优点,实现不同设备的组态,完成对电缆沟环境状态远程监测的软件设计。在软件系统中,开发出的组态王工程实现实时监测到的环境状态数据显示,工作人员可实时了解电缆沟内的实际情况。同时设计了趋势曲线功能,报表功能、越限报警功能,GSM报警短信功能,GSM短消息统一发送平台功能,数据库功能,诸多功能有效的对数据资源进行整合,便于工作人员对位于不同电缆沟内的环境状态数据的管理与分析。在系统供电方面,通过论证不同的供电方案的优缺点,采取了太阳能电池板与胶体电池相结合的硬件供电方案,该供电方案可有效的保证对硬件系统的持续稳定供电。通过实验调试,该系统具有实时性好,传输效率高,布线较少且故障率低等特点,能够满足对电缆沟环境状态实现实时远程监测。
[硕士论文] 陈健辉
机械电子工程 哈尔滨工业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,传统意义上的空间机械臂难以应对复杂多变的宇航作业,因此更为灵巧智能的机器人宇航员应运而生。但是由于机器人宇航员结构复杂,而且空间工作环境非结构化,目前人工智能和控制等方面的关键技术均不足以支撑全自主机器人执行任务。一种切实可行的方法是将操作者加入控制闭环,采用地面遥操作机器人宇航员的方式完成空间作业。对此本文建立了地面遥操作平台,并对其中的运动映射和避奇异等关键技术进行了研究。
  首先,搭建了基于Haptic Workstation的机器人宇航员遥操作系统。建立了机器人宇航员7自由度冗余臂的运动学模型,并重点分析了机械臂的闭环逆运动学。遥操作平台集成了CyberForce和CyberGrasp等力反馈设备,实现了对机器人宇航员的实时遥操作控制。完成了Haptic Workstation平台的标定,提出了改进的数据手套标定方法,解决了手套原始读数侧摆关节与弯曲基关节耦合的问题。
  其次,提出了基于CyberForce操作机器人宇航员臂的运动映射策略。该映射策略主要包含定缩放因子映射、变缩放因子映射和姿态调整映射策略。其中,定缩放因子映射策略主要基于机械臂工作空间的凸包简化表示方法和工作空间包含关系检测算法进行设计,该策略能够确保机械臂拥有尽可能大的实际运动空间。变缩放因子映射策略通过对映射参数的在线调节,能够实现辅助操作者躲避障碍和接近目标物体的效果。而姿态调整映射基于机械臂和CyberForce的末端坐标系进行增量映射,其操作过程直观,操作方法符合操作者的习惯。
  再次,针对搭建的遥操作系统提出了一种层次化的避奇异方法。该方法能够保证机械臂不会因为奇异性导致运动学计算过程陷入病态。在该方法中,机械臂的层次化奇异区域依据其奇异状态下的关节配置和相应的奇异评价指标进行划分。当机械臂的处于良态奇异区域时,采用虚拟力反馈的方式对主端操作者的运动进行引导。一旦机械臂进入病态奇异区域,就采用改进的轨迹重构法,对机械臂末端轨迹进行重构。
  最后,在机器人宇航员遥操作平台上,进行了运动映射算法和避奇异算法实验,实验结果证明了上述算法的正确性。通过遥操作抓取电钻实验,证明该平台的有效性。
[硕士论文] 褚建平
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:遥测振动数据、冲击数据等速变通道的数据量较大,遥测带宽限制了遥测数据的传输。设计遥测振动及冲击数据谱分析卡,在飞行器上将遥测振动及冲击数据的时域信息转换成频域信息,实现3路高频振动数据的功率谱密度转换及2路冲击数据的冲击响应谱转换,增强回传信息有效性,减少回传信息数据量,节省回传通道遥测带宽。
  本文首先描述谱分析卡的方案设计。根据功能要求与技术指标对谱分析卡的数据流及硬件框架结构进行分析,采用DSP和FPGA架构实现方案设计,并对其内部逻辑设计、通讯方案选择、参数管理模块设计进行说明。其次,对谱分析硬件电路设计进行详细描述,包括数据输入输出接口设计、EMIFA接口设计、供配电模块电路设计以及参数管理模块电路设计等。再次,对谱分析内部逻辑设计进行详细介绍,设计数据筛选模块利用坐标法完成对遥测数据帧结构重构,以及原始振动数据及冲击数据的筛选;设计数据管理及仲裁模块,完成对DSP和FPGA芯片内部多路FIFO的管理、EMIFA接口控制以及数据处理优先级控制;设计功率谱密度算法模块,完成对振动数据的功率谱密度分析;设计冲击响应谱算法模块,完成对冲击数据的冲击响应谱分析;设计谱分析结果发送模块,按照发送协议完成对谱分析结果的发送。最后,搭建测试环境,通过对相同数据的谱分析卡计算结果与Matlab软件计算结果进行拟合对比,证明谱分析卡的计算正确性。
  通过大量的试验证明,该谱分析卡可以完成振动数据的功率谱密度分析及冲击数据的冲击响应谱分析,满足设计功能要求及各项性能指标。
[硕士论文] 崔文杰
机械电子工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:泥石流是一种分布广泛、发生频繁的自然灾害,常见于山区,具有来势猛、破坏性强等特点,对山区人民的生命财产安全和自然生态环境造成巨大的威胁。实现泥石流动态监测,对于防灾减灾具有重要意义。已有的泥石流监测方法存在着响应慢、误报漏报率高等缺陷,因此,本文设计了一种基于次声的泥石流监测系统。
  次声波具有频率低、衰减慢、穿透力强等特性,可以在很远距离外被监测到。在泥石流孕育发展和发生的过程中,由于岩土断裂、挤压和摩擦以及泥石流流动与河床碰撞、摩擦,都会产生次声波。根据泥石流这种次声特性,建立次声监测站点,实现泥石流远距离监测,在泥石流到来前通过接受到的次声信号判断灾害的发生,发出预警,为灾害防护赢得宝贵时间。
  基于上述原理,本文设计了泥石流次声监测系统,该系统包括次声传感器、数据采集传输仪及其配套设备、服务器和计算机,数据采集传输仪将传感器采集到的次声信号转化为数字信号并传输到远端服务器上,计算机从服务器中调用数据进行信号处理和分析,对受灾地区进行实时监测。在泥石流定位方面,首次将PMCC声源定位法应用到监测分析系统中,定位实验验证了PMCC法的可行性。通过泥石流滑动模拟实验,得到具有一定特性的次声信号,通过分析发现泥石流开始滑动时产生的次声信号主要集中在0.5~12.5Hz。根据泥石流和滑坡孕育发展的规律可知:流滑体内部裂纹扩展的次声信号频率主要集中在12.5Hz左右;滑移面处颗粒间错动和摩擦产生的次声信号频率主要集中在0.5~6Hz。泥石流滑动模拟实验得到的两种特征信号,可以作为灾害监测的重要参考。
[硕士论文] 杨毅
通信与信息系统 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:飞行器遥测是对高速运动的飞机、导弹、航天器等物体的参数进行远距离测量的技术,遥测数传是遥测系统的核心部分。脉冲编码调制/调频(PCM/FM)技术抗噪声性能强、发射机效率高、具有较强的抗尾焰效应能力,在航天遥测中有广泛应用。
  论文结合PCM/FM遥测接收机实际应用需求,对其基带信号处理技术进行研究,重点对FM信号的多符号检测(MSD)技术、Turbo乘积码(TPC)译码、时频同步等关键技术进行分析设计与实现。主要工作有:
  ①结合实际PCM/FM遥测接收机设计要求,给出了PCM/FM遥测接收机基带信号处理总体方案。研究了时频同步对系统误码率的影响,通过仿真对TPC译码器参数、MSD解调算法参数对系统性能影响进行了研究。
  ②针对现有 MSD检测算法对码元同步要求高而带来控制复杂的问题,提出基于样点滑动的 MSD简化实现方法,一方面降低 MSD实现复杂度,同时降低MSD算法对码元同步的要求,并为后续定时同步算法性能提升提供条件。针对MSD检测算法实现时硬件资源消耗过大的问题,根据 MSD本地波形特点,优化本地波形,在不降低检测性能的情况下大大降低实现复杂度。
  ③为提升PCM/FM遥测系统中定时同步算法性能,兼顾性能和复杂度,提出一种基于MSD软信息的定时误差检测方案,利用MSD软信息本身所带来的解调增益,提升定时误差检测性能。针对PCM/FM系统在低码率大频偏时载波频偏估计困难的问题,设计实现了一种延迟-相乘的频偏估计方案。论文还对系统帧同步方案进行了设计与分析。
  ④结合MSD检测、TPC译码、时频同步等关键技术的研究,完成PCM/FM接收机系统中的基带信号处理技术的设计和实现,并对系统中的基带信号处理各项指标进行了测试验证。测试结果表明,整体系统功能正确,能稳定、可靠工作,与传统检测方案相比,设计方案在高斯信道下有6.5dB增益,满足6dB设计要求,为设计方案的实际应用提供了保证。
[硕士论文] 张浩
控制工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业4.0时代的到来,智能化、自动化已成为助推工业发展再次腾飞的关键因素,由其是在水泥产业。预均化堆场作为分散及存储水泥的仓库,在水泥的生产过程中起着至关重要的作用,但由于预均化堆场内物料流动性强,变化性大,并且工业环境恶劣,粉尘密布,其体积测量技术很难达到自动测量的程度。因此设计一套适用于预均化堆场内物料体积自动测量系统显得尤为关键,使其准确、快速、高效的完成物料体积测量结果与模拟三维成像图的显示。
  在预均化堆场物料体积自动测量系统中,将从点云数据采集子系统中采集到的数据,包括激光测距仪采集到的距离信息、水平步进电机的距离信息、垂直步进电机的角度信息及轨道段位信息,通过ESP8266无线模块发射端按照一定的通信规约传输至数据转发及显示子系统,在子系统的ESP8266无线模块接收端接收后,将其按照约定的通信协议由以太网传输到远程服务器,并将其实时存入数据库中,当点云原始数据采集完成后,调用三维空间坐标转换公式对其进行处理,得到三维空间点云坐标集,再经散乱点插值算法拟合出扫描的整个曲面,并得到相应的模拟三维成像图及物料的体积信息,随之将其存入MySQL数据库中,以方便企业员工进行查询。
  论文主要完成了该系统的整体设计,在硬件方面实现了系统机械结构设计、硬件电路组成模块、芯片选择、电路图及PCB的设计;在软件方面采用C语言编写了点云数据采集子系统、水平电机驱动子系统、数据转发及显示子系统的程序,同时完成了系统通信协议设计、服务器程序设计、数据库设计及客户端软件设计,并采用Linux系统实现了数据转发端的数据库访问及界面显示,采用Matlab完成了点云数据三维坐标的转换及空间散乱点插值算法的仿真与研究。
  为系统搭建了测试平台,进行功能测试,测试结果显示,本系统实现了对物料堆表面信息的数据采集、传输、处理、存储、查询及系统控制等功能,在实验室环境下该系统的准确性、稳定性均能满足水泥企业的生产需求。
[硕士论文] 佘春涛
电子与通信工程 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:随着科技的进步,人们对电力的需求不断增加,电力系统正发生着日新月异的变化,变电站系统也在向着复杂化、自动化和智能化方向发展。目前大多数城市均已实现了变电站无人值守和远程控制。只需要在电力调度室就能实时监测和控制各个变电站,了解当前变电站运行的状态,监测各条线路的负荷情况等等。
  在每个变电站都会有一个设备,专门负责变电站信息的上传下达,这就是远动工作站。它负责收集变电站内的电压、电流、功率、开关量等庞大的数据采集量和计算量,同时也接收调度中心对变电站设备的遥控指令。由于变电站系统不断的发展,设备越来越多,通信规约越来越复杂,传输的信息也越来越大,所以一个速度更快,功能更强的远动工作站成为当前的迫切需求。
  本文设计并实现了一种基于Cortex-A8处理器,使用实时Linux操作系统的高性能嵌入式远动工作站硬件平台。主要研究内容分为硬件和软件两部分。硬件设计部分重点讲述了整个系统的硬件组成,设计原理和电路实现。在软件部分讲述了对Linux实时性的优化,驱动的移植和编写。
  在硬件设计上,首先考虑了信号完整性、电源完整性和EMC电磁兼容能力的设计。为了增强电源的可靠行,特别设计了双电源电路。远动工作站的硬件结构采用了CPU+FPGA结构,通过总线依次扩展了出了B码,千兆和百兆以太网,串口。每一种外设都有其自身的特点和功能,本文针对每种模块的电路设计做了详细的介绍。
  在软件设计上,远动工作站的编程都是基于实时Linux操作系统的,所以软件工作的第一步是让 Linux具有实时性。本文通过 RT-Preempt补丁的方法让 Linux具有了硬实时性,以满足远动工作站对实时性的要求。在做好系统之后,针对每种功能模块都编写了相应的驱动程序,本文对驱动程序的编写过程也做了详细说明。
  论文的编写过程也是实际的设计过程,随着论文的完成,整个远动工作站的硬件也已经设计、焊接完成。通过驱动程序的调试,每个功能模块都通过了验证,这也印证了整个设计思路和方法的正确性。
[硕士论文] 张海宁
机械制造及其自动化 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:尽管常规弹药试验和故障弹药销毁技术有了显著进步,但当前仍有一些关键过程不得不需要专业人员在现场近距离实施手动处置。据了解,国内每年都有一些常规弹药企业因弹药处理不当引起爆炸而导致人员伤亡事件出现。然而市场上的排爆机器人主要是针对战场或警用,即应用在复杂环境或公共场合排除爆炸物,故其功能齐全,价格昂贵。对如本人所在单位这样的国内常规弹药企业而言价格太高、大材小用,因此需要研制一种适合于常规弹药企业试验、销毁工作要求的微小型遥控排爆机器人代替人完成工作过程中的危险工序。
  论文针对国内常规弹药企业的试验、销毁工作需求及特点,研制了一种方便携带、经济实用的微小型排爆机器人(以下简称机器人),以替代技术人员完成工作中的危险工序,进而降低操作人员因事故伤亡的可能性。
  本文首先描述机器人的主要功能和相关的技术指标,根据试验、销毁过程的需求特点,设计机器人的本体与支撑系统、执行系统、动力系统、视频监控系统和控制系统。其中包括对执行系统运动平台行走部分、机器臂、摄像云台和测温、测距传感器的设计,实现机器人运动功能和测量功能;以及对动力系统电池组和驱动电机的设计,从而满足执行系统动力需求和对控制系统与视频监控系统的供电需求;并通过视频监控系统的设计,完成工作环境现场的影像记录功能。
  其次,针对试验、销毁过程特定过程机器人的运动进行分析,通过机器人传感器测量并根据摄像云台的位姿进行坐标变换,得到目标位置计算方法,进而求出机器人获得目标位置后规划运动平台自主运动轨迹和机器臂自主抓取轨迹的计算方法;对运动平台自主运动时,摄像头始终指向目标位置的摄像云台姿态调整方法进行分析,进而推导出相应的控制计算公式。
  再者,依据机器人的运动分析结果和技术指标,设计控制系统的遥控控制子系统和车载控制子系统,开发与上述硬件系统对应的遥控控制和数据接收软件程序;并开发遥控命令与传感器信号采集程序和运动平台、机器臂、摄像云台驱动电机PWM控制程序等软件程序。车载控制子系统通过不同控制电路控制机器人的运动平台、机器臂、摄像云台和传感器数据采集,最终实现机器人遥控、自主运动及信息采集等功能。
  最后,对本文研制的机器人进行运动平台速度、爬坡、自主运动、机器臂抓取、无线视频等测试实验,实验数据证明,机器人达到设计指标要求,完全可以代替人来完成常规弹药企业试验与销毁工作中的危险工序,对提高国内常规弹药在试验、销毁工作的安全性有借鉴作用。
[博士论文] 杨亚娜
控制科学与工程 燕山大学 2016(学位年度)
摘要:遥操作系统作为能最大限度发挥人类和机械系统各自优势的远程操作系统,目前已被广泛应用于核事故救援、空间探测、海底作业和远程医疗等领域。然而,遥操作系统在实际应用中,一方面主从端之间信息交互不可避免地受到通信带宽的限制;另一方面主从系统模型不仅具有强烈的非线性特性,且易受到系统模型及参数不确定和外界工作环境扰动的影响。此外,日益复杂的工作任务以及不断扩大的应用范围,对遥操作系统控制性能提出了越来越高的要求。如何在复杂网络环境和恶劣工作环境下,构造新的控制策略使系统满足预设的暂稳态性能约束,从而满足系统对快速性、精确性、鲁棒性等多性能控制指标的要求,是本论文拟解决的主要问题。本文主要完善了非光滑控制以及预定性能控制理论,针对网络诱导时变时延下的遥操作系统首次提出了不依赖于时延精确信息的有限时间及预定性能控制策略。论文的主要研究内容如下:
  首先,针对网络诱导定常以及时变时延下遥操作系统的有限时间零误差稳态性能约束控制问题展开了深入的研究,通过设计新颖的非光滑控制策略,保证主从同步误差在有限时间内趋于零点。定常时延下,系统性地研究了遥操作系统在状态反馈以及输出反馈下基于终端滑模的有限时间控制策略的设计问题;构造了两种新的非奇异快速终端滑模面,解决了常规终端滑模控制中存在的奇异值问题;给出了新的快速有限时间速度观测器设计方法,改善了常规速度观测器观测速度慢且能力有限的问题。时变时延下,提出了新的快速有限时间参数自适应估计方法,实现了对系统不确定参数的有限时间精确估计;完成了不依赖于时延精确信息的有限时间控制策略的设计,进一步建立了控制器参数、时延变化率上界与系统稳定性的关系表达式,降低了系统的保守性。
  其次,针对网络诱导定常以及时变时延下遥操作系统的暂态以及有界误差稳态性能约束控制问题,提出了新的预定性能控制方案。定常时延下,基于反步递推策略设计了新的预定性能控制方法,保证遥操作系统渐近收敛的同时满足实际应用对系统超调量、收敛速度、收敛精度等暂稳态性能的要求;构造了新的自适应补偿方案,实现了执行器饱和下遥操作系统渐近收敛的同时满足预定的暂稳态性能要求。时变时延下,成功引入多维小增益定理,解决了时变时延下网络化遥操作系统不依赖于时延精确信息的预定性能控制器设计问题,给出了系统性能方程参数、控制器参数、时延变化率上界与系统稳定性的关系,为系统性能方程参数和控制器参数的选取提供了理论依据。
  最后,针对网络诱导定常时延下遥操作系统的暂态及有限时间零误差稳态性能约束控制问题,设计了终端滑模控制结合干扰观测器估计的新的有限时间控制策略。引入新的同步误差性能约束函数,构造了新的系统性能转换方程变量,设计了新的非奇异快速积分终端滑模面;提出了基于终端滑模思想的快速有限时间干扰观测器,其精确的估计能力有效抑制了滑模高频抖振现象的产生;基于障碍Lyapunov方程,构造了新的有限时间控制策略,实现主从机器人同步误差有限时间收敛至零点的同时,满足实际应用对系统超调量、收敛精度、收敛速度等多性能控制指标的要求。
  仿真结果验证了本论文所设计控制策略的合理性和有效性,对比仿真结果验证了所设计控制策略的优越性,实验结果验证了所设计控制策略的实用性。
[硕士论文] 王鹏
机械工程 哈尔滨工程大学 2016(学位年度)
摘要:电力线载波技术是一种以电力线为数据传输媒介的通信方式,该技术在工程实践中有广泛的应用。然而电力线作为传输电能的媒介,具有信道特性复杂、信号衰减大等诸多不利于信号传输的特性。本文旨在通过电力线信道特性的研究与分析,建立一个抗干扰能力强、数据传输准确的电力线载波网络。
  首先,确定载波通信系统总体方案,根据系统任务要求选择抗干扰能力强、传输速率高的正交频分复用(OFDM)技术作为电力线通信的调制解调方案,完成基于 MAX2990和 MAX2991芯片为核心的载波通信模块、基于DSP28069的数据采集模块以及基于MySQL的Web数据库模块的软硬件设计,并通过载波通信模块、数据采样模块以及Web数据库模块等多个模块的协调工作实现电力线载波通信网络的多节点通信。
  其次,以同轴电缆和多芯电缆两种电缆作为电力线信道,通过实验分别对这两种电缆的背景噪声特性和衰减特性进行不同载波频段和不同信道长度情况下的实验分析,并在不同的OFDM信号频段下以及不同信道长度的下对两种电缆做误码率测定实验,实验证明同轴电缆更适合做电力载波的通信信道。
  最后,应用多节点电力线通信网络,以社区健康脉搏数据采集子系统的研究为例完成脉搏数据采集实验。分模块化建立操作简单、扩展性良好的脉搏数据采集数据库系统实现脉搏和压力采样数据的存储,同时通过Web页面向用户实时展示脉搏数据的采集信息,实现用户与信息之间良好的交互。
[硕士论文] 刘灿
控制理论与控制工程 山东科技大学 2016(学位年度)
摘要:远程控制就是在网络环境下,实现对远端控制对象的监测和控制,是计算机网络与控制领域的结合。倒立摆系统是一种典型的多变量、不稳定的系统,倒立摆系统的特殊性使它成为控制领域典型的研究工具。远程控制倒立摆是控制理论与计算机网络技术结合的研究,这一研究具有一定的价值,经过验证好的控制技术可以被很多控制对象应用。本论文在实验室环境下以直线一级倒立摆为控制对象,对其进行远程控制的研究,论文的主要研究内容为:
  首先,本论文采用型号为REI-LIP-S的便携式直线一级倒立摆作为实验工具进行研究,在原有的一级倒立摆的摆杆上,添加一个质量分布均匀的小圆柱放在在摆杆的一定位置,根据牛顿-欧拉定律建立新的数学模型,通过对其进行可控性分析得出,小圆柱在摆杆的任意位置,均可控。
  其次,研究并设计状态空间极点配置控制器,通过MATLAB仿真验证了所计算的状态反馈增益矩阵的值可以使倒立摆稳定。由于神经网络算法具有很好的自适应能力、鲁棒性好等优点,采用神经网络控制算法可以更好地满足远程控制精度高、动态性能好的要求,并通过加入BP神经网络控制算法来解决网络中的延迟问题。
  然后,研究并设计了基于MATLAB平台的客户端和服务器端。由于UDP具有良好的维护性能和传输快速性,于是选择UDP通信方式在客户端和服务器端之间进行数据传输,并通过分析数据包处理与等待时间的关系、以及丢包率,估算出缓冲区的大小,有效的避免了数据传输中的丢包问题。通过观察倒立摆远程效果可知,利用MATLAB平台设计客户端和服务器端来远程控制倒立摆是可行的。
[硕士论文] 张国建
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2016(学位年度)
摘要:由于节制闸特殊的用途,在其运行期间尤其是闸门升降过程中,节制闸结构不断的承受启闭力等复杂动荷载,变形幅度不断变化。这种变形是否处于安全允许的范围内,直接影响节制闸结构本身的稳定,甚至对人民的生命和国家财产构成威胁,因此有必要对节制闸结构进行瞬间变形观测,及时掌握节制闸结构的整体变形信息。常规的测量手段只能进行静态的变形监测,以自动全站仪和测量机器人为基础建立的自动化监测系统也只能适用于局部变形监测;物理传感器只能进行局部的变形监测;GPS技术应用于监测动态的小幅度摇摆变形,其精度还不够;三维激光扫描技术观测静态变形时,精度非常高,但由于敏感度略有不足,无法进行瞬间的变形观测;一些以EDM遥测垂线坐标仪、步进式传感器等组建的系统,虽然能实时监测工程结构的变形,但价格昂贵,无法在中小型节制闸中推广应用。如何在有限的经济成本内,完成对节制闸整体结构的瞬间变形监测,是论文所要解决的问题。
  在论文中,采用数字摄影技术完成节制闸结构的瞬间变形监测,它利用外业数据采集设备非量测数码相机,以对被监测物体拍摄的方式获取数据,并将获得的数据上传到电脑上,运行基于空间时间基线视差法编制的水利工程结构变形监测软件解算数据,从而得到被监测物体的相对位移。论文中以洪园节制闸为监测对象,在闸门升降的过程中,利用多台经过检校的数码相机置于恰当的位置,对节制闸进行连续的拍摄,通过设计的软件进行数据的解算得到变形监测点的位移变化曲线,分析节制闸结构的运营状态。
  论文最后,采用卡尔曼滤波方法对获得的实验数据进行滤波分析,从另一个方面验证了论文数据的精确性,表明了论文中采用经过消除畸变差的数码相机采集数据能够得到高精度的数据。
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