基于虚拟仪器的智能电子鼻系统的设计

智能电子鼻对于有害气体和可燃性气体的检测具有重要意义;以NI公司Labview9.0为测试平台,利用PCI-1710HG数据采集卡、传感器阵列设计构成智能电子鼻系统;采用测量室和气体流量计精密控制气体密度和状态;虚拟仪器开发平台用于实时监测和显示采集得到的曲线和数据,并通过遗传算法改进后的BP神经网络进行分析,得到不同气体的浓度;最后使用不同阻值的精密电阻替代传感器对系统进行测试,结果表明系统对多种气体检测都具有高精度和高稳定性,能够进行高效智能化检测。     

基于LabVIEW的瓦斯气体浓度监测系统的设计

针对瓦斯气体浓度监测问题,本文利用LabVIEW图形化软件和瓦斯传感器相结合设计了瓦斯气体浓度监测系统。该系统主要以瓦斯气体传感器、电压放大器、数据采集卡、计算机为硬件基础,登陆交互、数据采集与显示、报警记录、数据存储、数据回放等软件模块为核心。该系统具有瓦斯气体浓度的实时显示、存储、回放与超限报警等功能。通过多次调试结果表明:该系统运行稳定、可靠,响应速度快,检测精度高。     

基于MODBUS和RS-485布网方式的气体监测系统设计

针对可燃或有毒气体在生产、储存、灌充或使用环境中发生泄漏的问题,设计了一种以单片机STC15F2K60S2为核心处理器,利用MODBUS和RS-485布网方式组成监控网络,实现对多个RBT-6000-FX型气体探测器浓度信号采集和处理的气体监测系统;本系统采用MODBUS通信协议设计单片机与气体探测器之间的数据通信,通过RS-485总线实现对多个气体探测器的实时监测;系统工作中若某位置的探测器检测到该处气体发生泄漏,则在单片机查询各处探测器状态时,该处返回报警,单片机确认是报警信号后,启动现场声光报警器,同时控制无线通信模块SIM900A向SIM卡中的联系人发送短信,通知相关负责人,及时检修;实际应用表明:该系统智能化程度高、可靠性好、成本低。     

基于光谱吸收的光纤甲烷监测系统在瓦斯抽采中的应用

研究了一种基于光谱吸收的光纤甲烷远程实时在线监测系统,分析了该系统在瓦斯抽采中的应用.该系统以1665nm波长半导体激光器作为光源,以单片机C8051F410为核心处理器,采用锯齿波信号实现了气体激光吸收光谱的波长调制,结合A/D转换电路、通讯电路和显示电路,可进行声光报警、LCD液晶显示等.利用内置参考池对激光波长漂移进行自适应调整,可以实现甲烷吸收线的锁定.该系统已在国内外建立多个示范工程,试验表明,该系统具有很好的稳定性,在0%～100%量程实现了分布式多点甲烷气体浓度的实时在线监测和显示,监测的灵敏度可达ppm量级,在煤矿瓦斯抽采领域具有广泛的应用前景.     

基于AVR的静压气体轴承性能检测装置控制系统设计

为了实现对静压气体轴承气膜厚度,压力分布和承载能力的自动检测,设计了一种基于单片机的检测装置和控制系统。该系统采用ATmega16L单片机作为平台运动控制和数据处理的核心,结合软件控制步进电机的转向和转速,实现了极坐标定位,并采集承载力,气膜压力和气膜厚度等数据,通过LCD显示和键盘输入,较好地实现了人机交互;同时,装置可以通过RS232与上位机通讯,实现上位机的直接控制。     

基于语义网络的列车无线烟雾报警系统的设计与实现

当前的列车无线烟雾报警系统无法对多变环境下的烟雾复杂信息特征进行准确地描述与提取,列车无线烟雾报警系统报警精度较低;设计并实现了一种基于语义网络的列车无线烟雾报警系统,采用语义网络作为综合信息描述烟雾属性之间的内部联系,将ARMS3C2440当成主控芯片,语义网络节点当成数据交换模块,总体列车无线烟雾报警系统中ZigBee无线模块同语义网络相融合,采用可伸缩语义网络距离准确描述烟雾浓度信息特征阀值,进行报警,提高了报警的准确率与及时性;验设置烟雾流速为1.0 g/s,浓度是2 g/s,设置烟雾浓度报警阀值小于或等于25%火灾下限,而总体气体中烟雾火灾下限是5%,因此设置烟雾气体报警高限是1%;真实验结果说明,该种语义网络的列车无线烟雾报警系统能够准确分析列车中烟雾特征,对异常烟雾进行及时准确地报警,相比传统报警系统,报警精确度提高了42%左右,报警时间降低2~3 s,具有很强的应用前景。     

基于激光吸收光谱乙炔在线监测技术的研究

乙炔作为有机化工产品原料,广泛应用于化学工业中,但易燃易爆,在储存和工业生产中有必要对其进行实时在线监测.可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有高选择性、高灵敏、快速响应等特点,在痕量气体检测中得到了广泛的应用.文章研究了乙炔气体在近红外波段的吸收线分布特征,详细地讨论了基于近红外可调谐二极管激光吸收光谱技术的乙炔在线监测系统设计方案;建立了实验测量系统,研究了信号检测方法和浓度反演算法,对长度10 cm的样品池和已知标准浓度乙炔气体配制的不同浓度乙炔气体进行检测,检测限可以达到1.46 cm3·m-3;进行了动态检测实验,测量结果具有较好的稳定性和可靠性.分析表明系统设计方案可行,由此发展的乙炔在线监测系统可用于乙炔储存、运输和使用过程中泄漏报警.     

基于多传感器信息融合的火灾报警器设计

火灾是人类社会经常遇到的一个灾害,它通常给人民群众带来生命和财产的损失。针对传统火灾报警器参数单一,易出现漏报、误报的问题,本文设计了一种基于多传感器信息融合的火灾报警器;该系统以温度传感器、CO浓度传感器和烟雾浓度传感器测量的现场参数为参考,通过比较器的比较送给单片机进行信息融合,当温度高度设定值时,蜂鸣器报警;在温度高于设定值,且CO和烟雾浓度高于设定值时,蜂鸣器报警并且LED灯闪烁,提示有可能有火灾发生。最终通过对系统的调试实现了对液晶显示器的显示控制和报警器的报警。仿真结果表明了系统能够及时准确的判断是否有火灾发生,具有较强的火灾预测和报警能力。     

基于APP的智能家居环境监测系统的设计与实现

设计并实现了一种基于APP的智能家居环境监测系统,实时监测室内CO、CO₂、O₃及PM2.5的浓度;当被检测气体或PM2.5浓度超过标准值时,系统会立即推送报警消息到用户的智能手机,提醒用户启动相应的空气净化程序对室内进行净化处理;系统利用MQ7、MG811、MQ131及GP2Y1010AU 4种气体检测传感器分别检测室内CO、CO₂、O₃及PM2.5的浓度,然后将污染气体及PM2.5浓度信息通过GPRS传送到后台服务器,智能手机端APP通过WIFI或3G查询后台服务器即可获取污染气体及PM2.5浓度信息;经实践证明,该系统所测得污染气体及PM2.5浓度的精确率达到98%,并能将浓度变化情况用曲线展示给用户,让用户方便及时地了解到室内环境状况。     

基于声谐振驱动的氢气流量检测系统设计与实现

氢气在空气中的爆炸极限浓度较低,当前电化学传感器氢气检测中容易受到电磁干扰引起爆炸,安全系数低;设计并实现了一种基于声谐振频率驱动的氢气流量检测系统设计方法,通过检测不同浓度的氢气通过传感器后引起的传感器谐振频率的变化反应氢气的浓度变化,系统基于S3C2410模块设计,设计了外围的信号调理电路,对芯片进行了Linux系统移植,安全性和准确性都有很大提高;最后进行仿真实验,实验工具包括传感器与探头,芯片搭建的硬件电路,USB数据采集卡;型号分别为1%,2.54%,3.05%,4.1%的经过国家标准检验的氢气,型号为0.513%的一氧化碳,型号为100%的二氧化碳与氧气;实验结果表明,系统能在10 s内对超浓度的氢气流量监控报警,误差在小于0.015,不同的交叉气体下系统的氢气流量检测准确度高达98%,具有很强的实用性。     

基于CA和LS-SVM的TE过程多模型建模

针对TE化工过程高度非线性、复杂性的特点,本文提出了一种基于相关分析和最小二乘支持向量机对TE过程进行多模型建模方法,以提高模型性能。首先对TE过程采用相关分析法划分为3个子系统,对每个子系统分别采用基于C-均值聚类的最小二乘支持向量机建模和基于k均值聚类的最小二乘支持向量机多模型建模。实验表明,基于K-均值聚类的多模型建模能简化计算、提高模型精度、并且能更好的预测模型输出。     

光电窥膛自控系统

提出一种用于炮膛疵病损伤检测的光电窥膛自控系统。该系统由上位机和下位机子系统组成。上位机子系统为计算机主控单元 ,下位机子系统以单片机为核心。上、下位机子系统通过串行口进行通信 ,由上位机产生驱动摄像单元步进电机的控制信号 ,经过单片机处理 ,实现对步进电机的控制 ,从而使光电窥膛头完成前进、前进预置、后退、旋转、侧视特写、前视搜索等多种功能 ,并实现对膛内疵病的高精度测量和定位     

废旧纺织品近红外光谱定量分析的新模型

根据废旧纺织品所含成分对它们做分类回收和处理可节省大量纺织原材料。目前，在废旧纺织品的回收过程中往往使用人工分拣方法。这种方法成本高且效率低。近红外光谱分析是21世纪发展最迅速的技术之一，可以在不破坏样本的情况下快速测定样本的成分及每种成分的含量。利用该技术对废旧纺织品进行分析，预先判断废旧纺织品所含的成分及各种成分的含量，可为废旧纺织品的大规模精细分类回收提供帮助。多模型方法通过将各子模型的预测值做加权平均得到最终的预测值，用该方法建立的近红外光谱分析模型一般具有较好的稳定性。以废旧纺织品样本的锦纶含量为例，先用多模型方法建立了锦纶含量的近红外光谱分析模型。方法如下：将反射率向量按照波长划分为15组。用每组数据建立一个近红外光谱分析子模型。对子模型的预测值做加权平均得出锦纶含量的最终预测值。然后在多模型方法基础上，根据锦纶含量预测值与实验值之间的近似线性关系，通过用变量代替常量并对变量做标准化处理，给出了一种便于优化的预测锦纶含量的近红外光谱分析新模型。优化后的每个子模型中的参数比优化前减少了6个，这样可防止模型过拟合。将上述两个模型与常见的用偏最小二乘法建立的模型进行了对比。交叉验证的结果表明：（优化后的）新模型的拟合优度的平均值为0.820 7，单纯使用多模型方法所建模型的拟合优度的平均值为0.769 1，用偏最小二乘法建立的模型的拟合优度的平均值为0.746 7。因此, 使用多模型方法建立的模型的预测效果好于用偏最小二乘法建立的模型的预测效果。新模型的预测效果明显好于其他两个模型的预测效果。该研究主要创新之处是新模型的建立和优化。文中建模方法有望用于废旧纺织品样本其他成分的含量预测。     

一种基于并行化方法的自适应光学闭环预测控制器

自适应光学系统的性能受限于伺服系统的延迟误差和波前传感器的光电子噪声。提出了一种多模型单变量预测模型,该模型采用基于Levenberg-Marquardt学习算法的前馈型神经网络。利用计算机多核处理器,设计了一个具有并行处理能力的预测控制器,来实现对自适应光学闭环控制电压的预测,以消除延迟误差的影响。通过数值仿真实验,研究了预测控制器对控制电压和远场斯特雷尔比的影响,与未采用预测控制器的系统进行了比较,并对预测算法的并行性能进行了分析。实验结果表明,使用并行化方法的预测控制器可以有效缩短系统的预测时间,提高预测算法的加速比,与经典比例积分(PI)控制算法相比可以更有效地降低系统由于伺服延迟引起的误差,远场的斯特雷尔比有明显地提高。     

基于故障树的氧碘化学激光器故障分析

为方便快捷地查找出氧碘化学激光器故障发生的原因,以氧碘化学激光器常见故障为例,建立了其功率失常的故障树模型,用最小割集理论按下行法对模型进行了定性分析和定量分析。分析表明:氧碘化学激光器7个子系统中,碘供给子系统的可靠性最低,氯气供给子系统次之,这与实际情况相符。计算出的氧碘化学激光器出光不正常发生概率为3.99%,其可靠度为96.01%。     

基于高级统计能量分析的周期加筋板振动特性研究

统计能量分析(statistical energy analysis, SEA)是复杂耦合系统中、高频动力学特性计算的有力工具. 本文以波传播理论和SEA的基本原理为基础, 研究周期加筋板中弯曲波传播特性. 分析了周期结构的频率带隙特性和加强筋对板上弯曲波的滤波特性对SEA计算结果的影响规律, 发现经典SEA由于忽视了加筋板中物理上不相邻子系统间存在的能量隧穿效应, 而导致响应预测结果产生最高近 40 dB的误差. 为了解决这一问题, 本文应用高级统计能量分析(advanced statistical energy analysis, ASEA)方法, 考虑能量在不相邻子系统间的传递、转移和转化的物理过程, 从而大幅提高子系统响应的预测精度, 将误差在大部分频段降低至小于5 dB. 设计了模拟简支边界条件的加筋板振动测试实验装置, 实验测试结果与有限元结果符合较好, 对理论模型进行了验证.     

基于模糊模型的耦合时空混沌H_\infty$跟踪控制

由于子系统的时空耦合作用，实现耦合时空混沌的跟踪控制比较困难。然而模型未知的耦合时空混沌的子系统可由一系列模糊逻辑模型逼近，每个模糊逻辑模型代表子系统在特定运行点的局部线性化模型。基于该系列模糊模型，采用模糊跟踪控制方法实现了耦合时空混沌的模型参考跟踪控制，并用线性矩阵不等式的凸优化方法求解控制器参数，确保系统的全局渐近稳定性。仿真验证了方案的有效性。     

Numerical and experimental validation of variance prediction in the statistical energy analysis of built-up systems

In the statistical energy analysis (SEA) approach to vibration modeling, a complex system is represented as an assembly of coupled subsystems, and the method leads to the prediction of the vibrational energy level of each subsystem. The averaging procedures implicit in the technique imply that the predicted energy is the mean value taken over an ensemble of random structures, such as a set of vehicles leaving a production line. Recently, a new method has been developed to allow the ensemble variance, in addition to the mean, to be predicted within the context of SEA, and the present paper concerns further extension and validation of this work. The theoretical extension concerns the variance of the energy density at a single point in any of the subsystems, and the validation includes both simulation and experimental studies. The simulation results concern plate assemblies, while experimental results are presented both for a single-plate and for a cylinder-plate structure. In each case an ensemble of random structures has been generated by adding small point masses at random locations on the structure. In general, good agreement between the predictions and the validation results is observed.     

化学自催化混沌反应模型中的耦合作用与混沌同步

选用混沌自催化反应作为子系统 ,构造了耦合自催化反应系统 ,研究了耦合变量、耦合系数对混沌动力学行为的影响 ,给出了不同耦合系数下系统的动力学特征 ,探讨了耦合作用机制 .结果表明 ,耦合作用能明显地改变子系统的动力学行为 ,强化系统间的相关性 .耦合后的混沌运动受到调整与抑制 ,耦合强度加大时 ,呈现出混沌运动轨线的周期化 ,耦合系数大于临界值 ,两子系统实现了完全的同步 .不同变量的耦合时 ,影响最大的是第二种变量 .对于三种物质均有耦合时 ,更容易出现混沌的抑制、运动状态的锁相与周期化和混沌的完全同步 .     

基于GA参数整定的时变时滞系统灰色预测控制

针对一类数学模型未知且存在时变时滞的复杂系统,提出一种基于遗传算法参数整定的灰色预测控制方法。该方法采用BP神经网络对系统的时变时滞进行辨识,利用灰色预测算法对系统的输出进行预测,进而使用基于遗传算法整定PID控制器对系统进行输出反馈控制。该方法将灰色预测算法与遗传算法相结合,有效提高了控制器的自适应性。通过仿真实例,结果表明该方法能够对具有大时滞、大惯性、模型不确定等特点的复杂系统进行有效地控制。该方法是可行的、有效的。