基于时间自动机的道岔自动控制研究

实时系统由于受时间约束,设计和验证具有很高的挑战性.用多个时间自动机来规范模拟道岔自动控制系统,给出了一种自动化的道岔控制模型(TTCQ),并采用UPPAAL作为模型验证工具,证明了该模型具有安全性、有效性和可控性.所采用的方法避免了积的等价类状态空间的爆炸,减少了验证的搜索空间,为铁路交通提供了一种可行的、安全的、智能的控制机制.     

离散时段演算的符号模型验证

模型验证是对有限状态系统的一种形式化确认方法，近几年，模型验证方法已逐步扩展到实时系统应用中，为解决实时系统的模型验证问题，本文采用离散时段演算人实时系统规格说明的形式语言，用时间自动机作为实时系统的实现模型，对模型验证问题进行了细致的分析，并提出了一种具有实际应用价值的方法－商技术，该方法可以在避免当多个时间自动机并行组合时可能产生的状态空间组合爆炸问题，同时还可以简化整个模型验证问题。     

基于时间自动机的实时系统建模及验证

实时系统必须在一个事先定义好的时间限制内对来自外部或内部的事件进行响应,如何有效验证实时模型的正确性和安全性是一个难点.文章通过多个时间自动机来模拟实时系统中的各个对象,并用UPPAAL对模型进行验证,减少了模型验证的状态搜索空间,为实时嵌入式系统开发和验证提供了一种可行、安全的控制机制.实验结果显示了系统的有效性.     

基于一维卷积神经网络的实时道岔故障诊断

针对道岔故障诊断系统实时性要求高、特征提取严重依赖于先验知识的问题,提出了一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的道岔实时故障诊断方法。以S700k转辙机的功率曲线为例,建立一维卷积神经网络的结构模型,该模型将特征提取与故障分类融合为一体,优化了网络参数,同时使用正则化Dropout提高模型的泛化能力,采用t-SNE可视化方法,来反映模型提取特征的有效性。仿真实验表明：卷积层和池化层对原始时域信号的自适应特征提取,能较好地捕捉信号空间维度信息,降低模型的计算量,提高模型的抗噪性能,实现了端到端的实时故障诊断,并有效地提高道岔故障实时诊断的准确率。     

直流调速系统的变结构控制

针对直流电动机的二阶状态空间模型实施变结构控制。从实现的角度,采用了基一培分状态反馈和基于观测器重构状态的两种控制方案,并进行了分析和比较,变结构控制使得直流调速系统对负载变化和自身参数扰动具有较好的鲁棒性能,控制结构也比较简单,仿真结果验证了控制方案的合理性。     

基于层次化时间STM软件设计的形式化验证

状态迁移矩阵(State Transition Matrix,STM)是一种基于表结构的程序建模语言。事件变量类型单一,事件和状态数量的增加很容易造成状态空间爆炸问题,无法表达具有时间语义的软件系统等原因,极大限制了该建模方法的推广应用。文中针对这些问题,首先提出层次化时间状态迁移矩阵(Hierarchical Time State Transition Matrix,HTSTM)模型,用于设计、建模和验证具有时间条件约束的软件系统,并给出形式化表示方法。基于该表示方法提出一种符号化编码方法,采用有界模型检测思想将需要验证的LTL性质输入SMT(Satisfiability Modulo Theories)求解器进行验证,从而在一定程度上证明了软件设计的正确性。     

多变量线性模型不确定系统终端滑模分解控制方法

针对线性多变量模型不确定系统系统,提出了一种终端滑模分解控制方法.通过状态变换和去耦合处理将系统转换为块能控标准型,它由值域空间子系统和稳定的零空间子系统组成.提出了特殊的终端滑模超曲面,采用滑模控制策略,使值域空间子系统的状态在有限时间内收敛至平衡点,随后稳定的零空间子系统渐近收敛至平衡点.所提出的方法对于维数较高系统的控制具有较大意义,可简化设计,实现递阶控制.仿真验证了该方法的有效性.     

基于CPN的联锁进路控制建模及验证

颜色集、层次化的概念使得有色Petri网(Colored Petri Nets,CPN)能够方便地对大型复杂系统进行形式化模型验证分析,铁路车站信号计算机联锁逻辑关系形式化验证方法的研究,对于减少联锁软件开发过程中的不确定性,提高联锁系统的安全性、可靠性,保障行车安全具有重要意义,联锁系统进路控制是联锁逻辑关系的重要内容,在分析联锁进路控制的基础上,采用CPN对联锁进路控制建立形式化分析模型,为车站信号计算机联锁逻辑关系形式化验证方法的研究提供一种联锁进路控制的形式化验证方法,同时通过CPN Tools对所建立的模型进行仿真分析及状态空间分析,结果表明模型能够正确描述联锁进路控制流程及联锁进路控制的功能逻辑,且状态空间分析结果与联锁进路控制逻辑完全相符。     

基于抽象和搜索空间划分的安全性判定方法

为满足访问控制策略安全性快速判定的要求,提出一种基于谓词抽象和验证空间划分的访问控制策略状态空间约减方法,将在访问控制策略原始状态机模型上的安全性分析工作转移到包含较少状态的抽象模型上,并进一步划分抽象模型的验证空间,以提高效率。理论分析和实验数据均表明,其安全性分析所需的时间和空间都得到有效约减。与传统方法相比,它具有速度更快、自动化程度更高等优点。     

连续子空间预测控制方法及其应用

针对工业过程中常见的连续时间系统,提出一种新型的连续子空间预测控制方法。首先,利用拉格朗日滤波器对连续时间系统模型进行转换,得到子空间预测输出;然后,对构造的输入输出和拉格朗日矩阵进行QR分解得到子空间预估器,将子空间预估器用于构造增量型未来预测输出值,进而设计出连续子空间预测控制器;最后,通过工业蒸发器系统过程控制仿真实验,验证了所提出控制方法的有效性。     

基于时间博弈自动机的道岔自动控制系统

为提高道岔自动控制系统的运行效率,引入时间博弈自动机理论,建立列车、控制器、道岔和故障检测器的时间博弈自动机网络模型,使用TCTL公式描述获胜条件,应用策略综合工具Uppaal-Tiga输出获胜策略并生成控制代码。仿真结果表明,该控制策略可以有效提高列车的行车效率。     

基于FastDTW的道岔故障智能诊断方法

道岔控制列车的行驶方向,是轨道交通系统的关键设备.文中采用ZD7型号道岔转辙机动作电流数据,提出基于快速动态时间规整算法(FastDTW)的道岔故障智能诊断方法.根据原始电流曲线特性将曲线分段处理,通过FastDTW计算待诊断电流曲线与模板电流曲线的扭曲路径距离,根据动态确定的最优阈值诊断故障.实验表明,该方法可适用于单动、双动型号道岔故障诊断问题,仅需200条道岔动作电流历史数据.该方法诊断准确率较高,时间较短,也适用于准确性、实时性要求较高的新型列控系统.     

基于PLC的单轨吊司控道岔系统设计

针对单轨吊道岔人工就地控制方式可能导致单轨吊频繁启停、影响运输的连贯性等问题,设计了一种基于PLC的单轨吊司控道岔系统。该系统以PLC为控制核心,实现了道岔远程司控、道岔状态指示、故障报警等功能,保障了单轨吊运输的安全性、连续性,提高了煤矿辅助运输系统的自动化程度和工作效率。     

模糊PID的超前支护装备支撑力自动控制系统

针对综掘巷道在开采过程中对临时支护设备支撑力控制系统的性能要求,采用了理论分析与实验研究相结合及对比研究的方法,分析了超前支护装备支撑力自动控制的原理,构造了由电液伺服阀和液压缸组成的控制对象的数学模型;设计了支撑力自动控制的模糊PID控制器,进行了仿真对比研究,证明了模糊PID控制要优于常规PID控制;在超前支护装备模拟实验平台上进行了实验研究。结果表明本文基于模糊PID支撑力自动控制系统能够对超前支护装备的支撑力进行很好地控制,具有较好的响应特性和稳定性。     

基于多体动力学的车辆道岔通过性能研究

道岔复杂的轮轨关系及其变截面特性是车辆通过道岔时引起振动甚至脱轨的关键因素.根据60kg/m钢轨18号可动心轨道岔设计布置图,在多体动力学软件中建立车辆—道岔耦合系统模型,在此基础上对车辆—道岔系统模型进行验证,仿真计算车辆侧向和直向通过道岔的动力学响应.结果表明转辙器区、辙叉区轨道截面变化和轮轨型面匹配是影响车辆动力学性能的主要因素.最后,对车辆侧向通过离散轨道模型工况下的动力学响应进行仿真计算,讨论道岔轨下整体刚度和阻尼对模型动力学性能的影响,为改善车辆通过道岔时的动力学性能、道岔轨下刚度与阻尼参数匹配提供理论基础.     

基于转辙机牵引力和PSO-SVM的道岔故障诊断研究

随着高速铁路的快速发展,道岔故障频发,成为一直是急需解决的重大安全问题;首先从道岔的运行原理出发,研究了转辙机拉力对道岔的影响;然后进行了转辙机的电动机的功率和电流参数的比较,结果表明,转辙机拉力更能直观反映道岔的运行情况;最后提出了用转辙机拉力参数实现基于粒子群算法优化支持向量机(PSO-SVM)的道岔故障诊断算法;经过对实际数据的处理,表明此种诊断方法对道岔的故障有较好的分辨能力。     

基于动态矩阵的隔振器滞回动力自动控制系统设计

现有基于PLC的隔振器滞回动力自动控制系统存在控制误差高的不足,为此设计了一种基于动态矩阵控制算法的自动控制系统。系统的硬件部分由动态控制中心、伺服电机、动力传感器、前置信号放大器、及数据计算单元等关键的模块构成,为提高系统的控制性能在伺服电机模块中内置了型号的单片机控制器,保证电磁控制信号的稳定输出;依据动态矩阵控制算法原理设计了自动化控制系统的主控程序,并给出了动态预测矩阵控制的基本流程,利用动态滚动预测的模式来降低控制时域内的误差,并保证滞回动力值的稳定输出;分析数据表明,提出的自动化控制系统在功能性方面可以满足批量测试及远程控制的要求,在3个稳态值条件下的系统误差都明显低于传统隔振器控制系统,最高的误差输出在0.05之间。     

DSP+PLC主从结构实现电压和无功模糊控制策略

从中、小型变电站的数学模型入手，通过数学模型地推导，指出单一的PLC控制在无人变电站控制决策中无法高速处理数据的局限，由此提出以DSP PLC主从式结构实现无人变电站的电压和无功模糊智能自动控制策略。具体介绍了采用DSP为计算核心完成基于模糊边界的电压、无功九域图控制策略判断，由PLC完成具体的电气控制操作的实施方案，并且详细介绍了DSP和PLC之间的通信实现。     

Trust, control strategies and allocation of function in human-machine systems.

As automated controllers supplant human intervention in controlling complex systems, the operators' role often changes from that of an active controller to that of a supervisory controller. Acting as supervisors, operators can choose between automatic and manual control. Improperly allocating function between automatic and manual control can have negative consequences for the performance of a system. Previous research suggests that the decision to perform the job manually or automatically depends, in part, upon the trust the operators invest in the automatic controllers. This paper reports an experiment to characterize the changes in operators' trust during an interaction with a semi-automatic pasteurization plant, and investigates the relationship between changes in operators' control strategies and trust. A regression model identifies the causes of changes in trust, and a 'trust transfer function' is developed using time series analysis to describe the dynamics of trust. Based on a detailed analysis of operators' strategies in response to system faults we suggest a model for the choice between manual and automatic control, based on trust in automatic controllers and self-confidence in the ability to control the system manually.     

一类离散非线性时延系统的滑模变结构控制研究

针对时变时滞的离散非线性系统, 利用Takagi-Sugeno模糊模型对其进行线性逼近, 将系统在滑模面上渐近稳定的时滞相关稳定性条件转换为线性矩阵不等式(LMI)的求解问题。由于证明中引入了松弛矩阵变量, 因而所得结果具有较小的保守性。进而采用变速趋近率方法得到滑模变结构控制律。最后, 对具有时变时延的小车—拖车自动倒车系统, 运用T-S模糊模型建模, 实现了小车—拖车系统的自动倒车控制。仿真结果验证了控制器的有效性。