本文是一篇工程硕士论文，工学硕士和工程硕士（全日制）是参加1月份全国硕士统一统考，工程硕士（非全日制）是指参加10月举办的在职研究生统一招考（非全日制也参加一月份统考，获得双证）。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇工程硕士论文，供大家参考。
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇一
第1章 绪 论
1.1 课题研究背景及意义
随着经济社会的发展，能源的消耗日益增加。石油与煤炭资源的逐渐减少，人类需要面临能源短缺的问题。在消耗能源的同时，这些不可再生资源的开发与利用对环境也造成了很大影响。这些原因迫使人类开始寻找更可靠、清洁的能源来改善传统能源结构[1]。 天然气资源广义上不仅包括了一般意义上的天然气，也包括了油田伴生气和煤层产生的煤气等。一般天然气的资源分布区域离消费中心比较远，所以天然气资源的开发利用必须解决运输和储存的问题。天然气中的主要成分是甲烷，其临界温度相对较低，在常温的情况下，主要是以气体形式存在。管道输送和液化天然气是天然气输送的两种主要方式。目前液化天然气是非常广泛的运送方式。特别是在管道铺设的成本相对较高，或者不适合采用管道铺设的情况下，液化天然气成为最佳选择。 由于液化天然气的采集成本与经济利益相对石油资源而言比较高，现在越来越多的国家开始对液化天然气进行研究。天然气与石油资源相比，对环境的污染相对较小，产生的氮氧化物与二氧化碳的量仅是煤油的20%和50%[2]。 天然气是一种开发相对简单，污染相对较少的能源，并且能够有效的解决当前石油和煤炭短缺带来的危机。从2012年到2025年间，天然气的消耗量年均增长率为2.8%。而煤油的年均增长率约为1.5%[3]。随着各国对天然气资源的不断开发和利用，预计到2025年，天然气的消耗量将会在全球的总能源消耗比例中占到30%。改革开放以来，随着国内经济技术的不断发展，政府加大了对天然气资源的开发和利用。特别是在西部大开发战略实施以来，西气东输管道的建成[4]，国内的天然气消耗量不断地增加。根据国内能源总局的统计数据[5]，从1997到2007年，这10年间，天然气消耗量的年均增长率为15%。在2009年底的一次统计中，天然气的消耗量占到中国能量消耗的3.9%，这对减小石油和煤炭资源的消耗提供了巨大的帮助。
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1.2 液化天然气主要应用领域
社会经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，能源的需求也不断提高，特别是在中小城镇，居民迫切希望能够利用洁净的能源，但是由于地理条件的限制，天然气管道建设困难，解决小城镇问题的只能通过液化天然气（Liquefied Natural Gas 简称 LNG）撬装站[7]或小型 LNG 瓶[8]等主要手段。液化天然气能够有效的降低投资成本，减少城镇居民的消费负担。LNG 橇装站是满足中小城镇居民及商业用户天然气需求的有效方式。从经济方面而言，能够有效的降低成本，提高天然气的城镇覆盖率；从城镇建设方面而言，可以完全随着城镇居民的拆迁和搬移，中断天然气运输，降低经济成本，并且这些基础设施能够实现重复利用，减少了资源的消耗，有利于可持续发展。 此外，LNG 气化站是一种机动性强，占地面积小，投资成本低，基础设施简单的天然气运输方式，特别适合在偏远的农村地区安装与建设，满足人们的消费需求。 小型 LNG 气化站在中小城镇发挥了不可替代的作用，为天然气管道的铺设创造了良好的条件，为大、中、小城市的天然气供气一体化做出了巨大的贡献。小型的LNG 气化站不仅可以作为天然气管道网络的备用气源站，还可以作为临时天然气的调度中心，调整用气高峰时刻的天然气需要，减少管道输送压力。
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第2章 LNG 工艺流程及吸收塔的工艺要求
2.1 引言
通过详细分析液化天然气场站的生产流程，并经过具体分析，选取脱碳单元作为主要的控制对象，详细分析了其工艺原理与生产流程、以及对主要仪表检测设备的精度以及控制要求。
2.2 LNG 工艺流程
天然气液化装置通过计量、净化、冷凝至液化等一系列工艺工程将原料气液化后送入储藏罐，经过泵送、装车运输[20-23]。液化天然气生产工艺流程如图2-1所示。 1) 原料气系统工艺流程 装置区内用户原料天然气供气管道上设有紧急切断阀，可作为整个装置进气管线的开关。原料气管路上设置调压、计量装置，将原料气压力减压至4.3MPa。原料气管线上设有分离器，粗分杂质后进入脱碳系统[24]。 2) 脱碳系统工艺流程 为了达到低温工作要求，经过脱碳处理后，天然气中的 CO2含量必须低于50PPmv。 原料气经过过滤器，剔除气体中的颗粒杂质和少量油分后，进入吸入塔，自上而下的与溶液进行接触，气体中的酸性成分将会被溶液吸收，在塔顶，经过洗涤、冷却，再经净化气分离器和净化气过滤器分离水份和杂质后送出界区。 3) 脱水系统工艺流程简述： 为了达到低温工作要求，经过脱水处理后，天然气中的 H2O 含量必须低于1PPmv。经过脱碳系统的净化天然气进入干燥器，通过4A 分子筛吸附脱除其中的 H2O小于1PPmv，进入粉尘过滤器，去除粉尘后进入脱汞系统[25]。 4) 脱汞系统工艺流程 鉴于汞的腐蚀作用，因此需要设置脱汞系统。经过脱汞净化后的气体含量需要降低到0.01μg/m3以下。 脱汞系统中采用专用吸附剂吸附汞[26]，可使用3～5年，不需再生。 经过脱水处理后的天然气，自上而下的经过脱汞处理，将汞的含量降低至0.01μg/m3以下，再经过脱尘处理，分成两股气体，分别进入天然气液化系统和脱水系统。 5) 天然气液化系统工艺流程 天然气液化系统采用混合冷剂三级节流制冷工艺，LNG 常压储存流程。制冷剂由氮、甲烷、丙烷、异戊烷和乙烯组成[27]。并采用重烃分离器脱除可能存在的少量重烃使之能满足天然气液化的要求。
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第 3 章 吸收塔部分的控制方案及仪表选型 ...... 12
3.1 引言 ....... 12
3.2 吸收塔进口控制方案设计 ....... 12
3.3 主要仪表选型 ......... 14
3.4 执行机构选型 ......... 19
3.5 本章小结 ..... 19
第 4 章 脱碳系统吸收塔控制系统设计 ........ 20
4.1 引言 ....... 20
4.2 吸收塔过程控制总体设计 ....... 20
4.3 现场控制站设计 ..... 22
4.4 仪表远程监控设计 ....... 25
4.4.1 工业信息化设计 .... 25
4.4.2 GPRS DTU 配置 .... 26
4.5 本章小结 ..... 27
第 5 章 脱碳系统软件设计 .... 28
5.1 引言 ....... 28
5.2 下位机程序设计 ..... 28
5.3 上位机界面设计 ..... 31
5.4 本章小结 ..... 34
第5章 脱碳系统软件设计
5.1 引言
本章主要是对LNG系统中的脱碳吸收塔部分的控制软件以及人机操作界面的设计。以 SIMATIC PCS7过程控制系统[35]为基础，设计的 LNG 脱碳控制系统，能够实现对现场设备的控制、工艺参数的现场检测、报警以及其它相关联控制动作。 根据吸收塔的工艺流程，参照设备类型，设计整个脱碳控制系统。软件程序设计时，需要考虑到工艺要求的控制性能和精度，以及与其他控制系统之间的配合。同时控制系统能够根据生产要求的不断变化接收上级的信息，及时对参数进行相应的调整。LNG 脱碳系统中吸收塔的过程控制系统主要采用了西门子的分布式控制系统：SIMATIC PCS 7。 SIMATIC PCS 7把独一无二的可扩缩构架与强大的工程组态工具以及丰富的附加功能，如报警管理、过程安全性和资产管理相结合，所有这些都可以无缝集成到现有的环境中。在液化天然气的整个控制工艺流程中，SIMATIC PCS 7 使得整个生产工程实现可靠、安全的运行。图5-1为 SIMATIC PCS 7系统中生产现场层的控制结构框图。 此外，在软件设计过程中，程序中必须包括很多的系统保护功能，系统硬件出现意外故障时，能够实现自动的保护。这样才能保证在调试或运行过程中不会因为偶然的操作失误或程序错误导致重大的经济损失。
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结 论
本文在结合我国能源结构以及天然气在应用过程中遇到的问题，分析了天然气的生产工艺流程，研究了液化天然气脱碳系统中吸收塔过程控制方法，进行了控制系统硬件设计与软件设计，实现了液化天然气脱碳系统的稳定运行，满足了生产工艺要求。具体成果如下： 1) 分析了液化天然气脱碳系统中吸收塔过程控制系统的工艺流程和性能指标，对于控制系统的软硬件设计和参数优化起到了帮助。 2) 设计了脱碳系统控制方案。主要包括：设备选型(压差、液位、流量、温度等检测仪表)和过程控制系统硬件设计。 3) 进行了脱碳吸收塔控制系统的设计。对控制系统进行分层设计，保证了液化天然气生产过程的安全可靠运行。采用了 GPRS DTU 远程数据传输模块，促进工业信息化进程。 4) 设计了控制程序及人机界面。通过调试及实际运行验证了控制程序的可行性及稳定性，并取得了良好的控制效果。人机界面为操作人员，技术人员和维护人员提供了详细的数据和信息，便于进行设备维护与故障诊断。 存在的主要问题：在实际系统运行过程中存在液位与流量控制实时性不高的问题，需要在以后的研究设计过程中加以改进。
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参考文献(略)
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇二
第一章 引言
1.1 研究背景
随着商品经济的日益繁荣，人们的生活越来越离不开物流了。物流是指物品从供应地向接受地的实体流动过程中，根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合起来实现用户要求的过程[1]。物流是一个控制原材料、制成品、产成品和信息的系统，从供应开始经各种中间环节的转让及拥有而到达最终消费者手中的实物运动，以此实现组织的明确目标。现代物流是经济全球化的产物，也是推动经济全球化的重要服务业。世界现代物流业呈稳步增长态势，欧洲、美国、日本成为当前全球范围内的重要物流基地[1]。中国物流行业起步较晚，随着国民经济的飞速发展，物流业的市场需求持续扩大。进入 21 世纪以来，在国家继续加强和改善宏观调控政策的影响下，中国物流行业保持较快增长速度，物流体系不断完善，行业运行日益成熟和规范[1]。随着互联网时代的来临，网上购物成为了一种时尚和流行。电商们也纷纷推出了各种网上购物节，比如双十一等。在网上购物对传统消费产生巨大冲击的同时，也给物流带来了巨大的发展机遇。一般而言，物流包含着以下六个部分[1]：1、运输。它是指使用设施和工具，将物品从一个点向另一个点的物流活动。2、库存。它是指对库存数量和结构进行控制分类和管理的物流作业活动。3、包装。包装是为在流通过程中保护产品、方便储运、促进销售，按一定技术方面而采用的容器、材料及辅助物等的总体名称。也指为了达到上述目的而采用容器、材料和辅助物的过程中施加一定技术方法等的操作活动。4、搬运。搬运是在同一场所内，对物品进行水平移动为主的物流作业。搬运是为产品的货物运输和保管的需要而进行的企业。
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1.2 研究现状
本节中将讨论有关物流、仓库等问题的研究状况。在物流中，如何堆货、如何运输物品、如何选择最短路径等等都显得越来越重要，因为它们直接关系到整个物流的效率及互联网商品经济的发展和顾客的满意度，因此物流的研究引起了很多的关注。这些关注往往涉及到路径规划、货物存放及启发式算法等。具体而言，有关物流的主要研究包括以下几个方面：1. 如何安排仓库的布局，以使仓库的空间达到最大利用化。常见的情况是有关货位优化，它涉及到如何安排货物的堆放顺序及地点、托盘装载问题、货物分类存储问题及货物优化分配问题；可以应用一些优化策略加以解决[7][8]。2. 物品运输。它涉及到物流运输网络的优化；问题需要解决如何选取高效的物流网络、如何在物流网络中高效地运输、如何降低运输成本等问题；可以采用常见的一些网络数学建模方法、网络路径优化方法、数学规划方法等解决这些问题[9][10][11]。3. 物流最短路线派送。它主要集中在对路径优化的处理上，它往往是一个静态网络中的路径优化，可以应用诸如广度优先搜索算法[12]和深度优先搜索算法[13][14]等方法加以解决[15]。
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第二章 基本概念、算法及策略
本文所要解决的是混装仓库货物提取的问题。混装仓库是由一些方格所组成的，可以分为过道和货物停放区域。在其中有两种货物，一种是要被搬运的货物，我们称之为任务货物；另一种是暂时不需要搬运的货物，但由于它可能会成为任务货物搬运途中的障碍，因此称之为障碍货物。混装仓库中有一辆或者几辆拖车，可以允许来回重复搬运货物至指定的出口处。拖车可以每次只搬运一件货物，也可以每次搬运多个货物。在混装仓库中有两种代价，一种是拖车移动一个所花费的时间代价；另一种是装上或者卸下货物所花费的代价。后者往往远大于前者，因此在混装仓库中需要尽可能的避开障碍货物。因此，混装仓库货物提取问题是一个存在障碍物的路径规划问题。它不同一般的路径规划的地方在于其中存在障碍物。下面，我们首先给出问题的数学描述。然后讨论几个概念、算法和策略。在之后的章节中，我们将应用这些概念、算法和策略解决三类问题：负载单一的一辆拖车的混装仓库货物提取问题、负载为二的两辆拖车的混装仓库货物提取问题和有拖车最大质量负载限制的货物提取问题。相应的仿真及分析也将给出。
2.1 问题描述
如图 2-1 所示的混装仓库，有(M+2)行，(N+2)列，由(M+2)*(N+2)个单位方格组成，每个方格可以用坐标(行，列)来表示。中心非阴影的 M*N 区域是货物停放区域，每个方格可以放一件货物；阴影的边缘区域代表过道，原则上不能停放货物。左上角有一个门。货物分为两类：任务货物(用 M 表示)和障碍货物(用 O 表示)。任务货物即指定的要搬运到门处的货物，而障碍货物即暂时不需要搬运到门处的货物。货物也可以用坐标(行，列)来定位其位置。有一辆拖车(在图中未表示)从门处出发，用来搬运货物，拖车移动一格需要花 H 时间代价(H=1)，而把货物搬上拖车及卸下拖车要花 J 时间代价(J>=10)，并且在实际生产中 J 代价往往还包含着人力成本。我们的目标是花费小的时间代价将所有的指定任务货物全部搬运到门处（图中用 D 表示）。由于 J 远远大于 H，所以我们优先考虑在任务货物的搬运路径中尽量少搬上和卸下障碍货物，并且寻找短的任务货物的搬运路径。
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2.2 几个概念定义
2.2.1 布局
在一个混装仓库中，所有的方格、货物及它们的当时位置构成一个布局。如图 2-1即为一个布局。如果某个货物被移动到了某个另外的位置，则形成了另外一个布局。
2.2.2 边界
货物在一个混装仓库中，如果某个货物的横坐标或者纵坐标是它所在行或者所在列的最大值或者最小值，那么它就是一个边界货物。如图 2-1，O8就是一个边界货物，而M3则不是。
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第三章 负载单一的一辆拖车的混装仓库货物提取 ......33
3.1 基于全局的轮廓剥离算法 .... 33
3.2 初级调度表的生成 ......... 36
3.3 仿真 ..... 36
3.4 本章小结 .... 41
第四章 负载为二的两辆拖车的混装仓库货物提取 ......42
4.1 两辆拖车的货物提取问题 .... 43
4.2 两负载的货物提取问题 ........ 48
4.3 负载为二的两辆拖车的混装仓库货物提取问题.... 54
4.4 本章小结 .... 61
第五章 有最大质量负载限制的混装仓库货物提取 ......62
5.1 考虑质量的货物的选择原则........ 62
5.2 高级调度表的生成 ......... 64
5.3 仿真 ..... 65
5.4 本章小结 .... 70
第五章 有最大质量负载限制的混装仓库货物提取
本章将继续讨论“两级调度策略”在混装仓库货物提取问题中的应用。前面的章节考虑了负载为二的两辆拖车的混装仓库货物提取问题。这些问题都是基于拖车数量和拖车能装载货物数量这两方面考虑的。实际应用中，往往还会经常遇到拖车装载具有最大质量负载限制的情况。在这一章中，我们将详细讨论这种常见情况。最大质量负载限制的混装仓库货物提取也是一个复杂的仓库货物提取问题，仍需采用“两级调度策略”加以解决。这里，我假定仓库中只有一辆拖车。至于有多辆拖车的情况，很容易推广。“两级调度策略”分为两部分：第一部分“轮廓剥离算法”及 A*算法，第二部分为“两级调度策略”的应用。在解决最大质量负载限制的混装仓库货物提取问题时，遵照“两级调度策略”，我们仍需按照两部分走。第一部分将整个问题看成是一个简单的混装仓库货物提取问题，即负载为一的一辆拖车的混装仓库货物提取问题。此时，该问题就变成了与第三章中所讨论的问题完全一样。我们完全可以应用第三章中的方法解决之，即借助“轮廓剥离算法”和 A*算法依次分别生成较优的货物搬运路径和最优的返回路径，再将后者穿插于前者之间，得到一个调度表，该调度表即为负载为一的一辆拖车的混装仓库货物提取问题的输出，我们称之为初级调度表。解决最大质量负载限制的混装仓库货物问题的关键仍然在于第二部分具体两级调度策略的选取。基于抽象两级调度策略的思想，我们可以提出某种针对最大质量负载限制的混装仓库货物问题的某种具体两级调度策略，将其作用于初级调度表，进而产生高级调度表。本节提出了具体的两级调度策略：“考虑质量的货物的选择原则”。
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结论
随着物流业的快速发展，仓库发挥着越来越重要的作用。混装仓库作为其中的一种最重要的仓库类型之一，也越来越受到重视。在混装仓库中，拖车需要在尽可能地绕开障碍货物的情况下搬运指定的任务货物至出口处，这就涉及到一个路径规划的问题。又由于障碍货物的存在，因此它又不是一个普通的路径规划问题。混装仓库货物提取问题是一个 NP 问题。数学建模方法要求建立起一个精确的数学模型然后解之。然后对于 NP 问题，其准确的数学模型很难建立；即使建立起数学模型，要解出这个模型也是相当困难的。因此数学建模方法适用于混装仓库货物提取问题。对于 NP 问题，一般采用启发式算法来解决。启发式算法不追求严格的数学表达，不强调解的最优性，而将问题的形式转化成某种基于直观或者经验构造的形式，在一定的时间花费下给出解决组合优化问题的一个可行解。对于某些不严格追求最优解的问题而言，应用启发式算法在牺牲一定最优性的前提下，往往可以使问题易于解决。然后传统的启发式算法的一个很大的缺陷在于其的时间空间复杂度太高，即需要花费很长的时间和很大的空间去求解。而混装仓库货物提取问题是一个对实时性要求很高的问题，它往往要求在数秒中就给出响应。因此，传统的启发式算法不适合解决混装仓库货物提取问题。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇三
第1章 绪 论
1.1 课题研究的背景及目的和意义
在日常生活中，人类经常在重复着不同类型的“模式分类”，比如识别声音来源和声音中所表达的文字信息，识别图片上的人物和环境。这一系统看似简单理所当然的基本技能背后隐藏着模式分类系统这一门人工智能的学科，从对信息的处理方面，研究出模式分类系统的理论基础和算法。将理论用于计算机及一些机器，让机器自己学会自动识别[1]，是人工智能发展的重要的组成部分。现如今，我们已经进入海量数据传输的时代，每秒发生在淘宝上交易的订单量多达千万，百度网页上的搜索也达到了千万次的搜索，对于这些海量的数据，我们不可能采用人工或手工的方式去进行处理，因此我们需要一种自动化的方法，能对数据自行进行分析。在分析的同时，能够找到数据中存在的某种模式的方法，然后用这种模式来预测新的数据，比如人的购买习惯等，或者当各种条件都不确定的情况下，我们依据这些数据产生的模型进行决策[2]。指纹识别器通过人类的指纹对每个人产生了独一无二的识别码，DNA 分析仪能够通过 DNA 序列确定每个人的身份，语言识别器能够通过对语音的分析匹配出说话者和语音内容。事实上，这些仪器都是通过复杂的模式分类的处理机制对原始数据进行相应分析从而得到需要的既定目标。对于上述仪器所完成的整个过程，即可以说是完整的模式分类系统。一般的典型的模式分类系统根据模块化可以分为图 1-1 五个组成的模块[3]。
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1.2 国内外技术研究概况
在 60 年代，Lewis 是最早开始讨论特征选择问题的研究人员，当时的研究的重点是统计学和信号处理。通常只能获得相对较少的特征数目，而且假定特征之间相互没有关系。1984 年，Valiant 提出了对机器学习具有里程碑意义的 PAC 机器学习理论[5]。1987 年，Krzanowski 提出了 KP 算法，KP 算法是基于 Procruste 分析的。在特征子集上，能够最大程度的保留原始数据是多元结构的特性。Mao 通过对于 PCA 变换矩阵进行前后搜索来选择主要的特征，但是对于当时的条件来说，搜索时间复杂度比较大[6]。90 年代出现大规模的学习问题，比如文本分类、图像搜索、基因工程，让特征选择算法接受更大的挑战，并且要求算法适应大量数据且运行效率更高。在机器学习领域上，特征选择引起了更多学者的讨论和研究[7]。1992 年，Kira 和 Rendell 提出 Relief 特征选择算法及改进版本，利用特征跟类别关系赋予不同特征不同的权重，选取权重比较大的特征，其余特征将被剔除。但是 Relief 特征选择算法的缺点在于只能解决两种类别的问题[8]。同年，Almuallim 和 Dietterich 利用信息论来研究特征选择相关的特性。1994 年，Kononenko 对 Relief 进行了算法扩展，使它能解决多类问题和数据缺陷问题。同年，美国斯坦福大学 Georage 和 Liu 等研究人员对特征选择等的问题进行了总结。他们对特征选择算法进行了非常细致的分类，分类是通过不同的评价准则和不同的搜索策略产生的[9]。2002 年，LuisC M 等研究人员对不同的特征选择算法做出了全面的评价和比较。D.A.Clausi 提出了 KIF 方法[10]，算法实现中运用了无监督聚类的 Fisher准则等。从 1990 之后，我国的陈彬等科学研究人员就提出并证明了特征算法中的最优特征子集是 NP-hard 问题，这对于特征选择问题的研究是具有重要意义的[11]。随着特征数目的增加，特征子集成指数型增长，即便计算机都难以完成搜索问题，最后陈彬等人提出了宽泛的具有启发式的算法。
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第2章 模式分类中的特征选择概述
2.1 特征选择的基本概念及一般过程
从卫星云图中得到的数据量非常大，从一个图像中获取的数据也非常多。为了准确识别相应的样品，需要对样品得到的特征进行选择或压缩。特征选择从较大的数据源中对数据进行抽取，使得到的特征能区别不同类别，而剔除对分类贡献较小的特征，得到的特征能反映分类的本质。如果不同类别具有不同的唯独属于自己这一类的特征[25]，那么模式分类问题将非常简单，即是单纯的匹配和查表了。对于一个模式类特征往往不好单独评价和预测，但可以从特征对于整个识别系统获得分类结果进行评价。使用何种特征描述事物或使用何种特征空间对于分类器是个非常重要的研究。为了使分类的结果更好，在特征选择的变化过程中要分离出和分类有较大相关的特征。但是，在很多的时候，有一些不必要的现象浪费了计算时间，如因特征的相互包含而使特征被反复的使用。对于这个问题的解决，Kanal.L 曾做过表述：特征值应该约为样本数的 1/5-1/10。特征选择过程是一个描述从多到少的过程，这个过程可以总结为两个方面，其一为可以表述为：评价时剥离出最大相关特征，这个相关特征具有分类功能识别的作用。另一种是从大量的原始特征构建出新的特征，而这种数量更少的新特征将尽可能多的提供更多的信息量。
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2.2 特征选择搜索策略和子集评估
特征选择最主要的两个过程是子集生成和特征评估。子集生成主要依托搜索过程，特征评估的准则的确定对于特征选择的整个过程也非常重要。特征选择的目的就是从数量是D的特征集中选择出小于D的n数量的最优特征子集。SFS 算法一次只添加一个特征，对于未被选入特征组的特征缺少知道这些特征之间的关联性，而且一旦这个特征被选入特征组，那么这个特征就不能被去除了。因此将 SFS 推广完善一下提出了 GSFS（Generalized Sequential Forward Selection）算法，GSFS 一次添加大于 r ( ≥ 1)个的特征，因为考虑了未被选入特征组的特征之间的关联性的信息[33]。不过也正因为考虑了这个信息，因此要多计算rD kC 次，大大增加了计算量。虽然 GSFS 算法相比 SFS 算法更稳定，不过也依然具有已经添加的特征无法被去除的缺点。经过一系列的搜索策略所得到的特征子集的维数是否是合适的以及是否对分类最合适是我们所要的检测的目标。对于通过搜索得到的不同的特征组合，需要对它反复进行分析和对比。用定量检验等作为是否可以区分类别的判据。通过子集评估的值与之前最优的特征子集进行比较，我们才能确定是否要继续搜寻或者搜寻的方向或者是否要停止搜寻。所以这样的子集评估准则对整个模式分类系统非常的至关重要。在庞大的数据的特征空间里寻找最优的子集是需要大量计算的过程，我们依然可以选择使用在模式分类系统中最典型的子集评估准则，这个子集评估准则可以归纳为一个式子，并且应该使子集评估准则达到某个极值[36]。
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第 3 章 基于 ReliefF 的特征选择研究....24
3.1 Relief 算法 ........... 24
3.2 ReliefF 算法......... 25
3.3 主成分分析法..... 26
3.4 基于 ReliefF 算法的主特征提取方法....... 29
3.5 实验设置..... 30
3.6 本章小结..... 35
第 4 章 基于 KPCA 和 ReliefF 改进的组合特征选择法.......36
4.1 核函数......... 36
4.2 基于核函数的主成分分析法..... 39
4.3 对 KPCA 和 PCA 在数据上的测试 .......... 41
4.4 基于对 ReliefF 优化的核主成成分析........... 44
4.5 实验数据分析...... 46
4.6 本章小结..... 50
第4章 基于 KPCA 和 ReliefF 改进的组合特征选择法
4.1 核函数
核函数算法代表了在非线性数据集中比较的先进的算法，如图 4-1 是核函数框架示意图。都是将数据进行了核映射，将空间从数据空间转移到了映射的特征空间，从而在映射的特征空间里对数据进行线性操作。因为算法中我们运用到了非线性映射，因此，对于我们处理数据的能力又提出了更高的要求。核函数方法的总体目标就是用内积的结果表示输入向量，而且时间复杂度大大降低，在目前的检验中，核函数方法性能表现的非常好，基于核函数的特征提取方法能有效解决非线性等一系列的问题。在最小误差平方和一系列准则当中，主成分分析方法的目的是要找到一个 k维的子空间，这个子空间是线性的，这个子空间能够非常好的表现原始的高维数据。虽然主成分分析法虽然是非常经典的线性方法，但是，对于数据中的非线性部分不能够降维，但是使用基于核函数的主成分分析法（KPCA）能够通过一系列的非线性变化，将非线性数据转换为线性数据，即通过将非线性特征空间映射到线性特征空间，然后再运用主成分分析法求出最主要贡献的特征。这不仅在线性空间也在非线性空间起到了降维的作用。
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结论
本文对模式分类系统中的特征选择问题进行了研究。特征选择问题是模式分类系统中非常关键的部分，对数据的预处理使得整个模式分类的性能大大提高。本文对特征选择问题进行了深刻的理论分析和算法的实现，最后提出了基于ReliefF-KPCA的二次特征选择算法，用数据证明了本文所提出算法的优越性。在研究的过程中，主要取得了以下成果：
1. 对基于特征权重的 ReliefF 算法进行了优化，将 ReliefF 算法和 PCA 算法进行结合，ReliefF 算法能够分析出每个特征和实例的类别之间的相互关联度，选取关联度较大的特征。PCA 特征选择算法则能够对不同单位和不同类型的特征进行归一化处理，降低数据的维度，得到累计贡献率比较高的主特征。大大的提高了算法的运算速度。用数据证明了ReliefF-PCA算法比单纯的使用ReliefF算法和 PCA 算法更有效。但是，ReliefF-PCA 算法仍存在局限性，ReliefF 算法对于冗余特征的过滤比较差，PCA 算法对于数据中的非线性部分不能够降维，而且不同的特征会存在比较分散的贡献率，特征参数指标不易获取。 针对这些问题，本文对 ReliefF-PCA 算法进行了改进。
2. 在 PCA 算法的基础上引入了核函数，KPCA 算法能通过对高维的输入特征进行变换从而获得新的低维特征，是对 PCA 算法的非线性扩展，大大减轻了后续的分类器的工作量，同时有助于提高分类器的分类精度。用数据证明了KPCA 算法比 PCA 算法更优。因此将 KPCA 算法代替 PCA 算法运用到后续所提出的算法中。将会对整个算法起到优化的作用。
3. 一个评价标准可能难以实现分类的精度，而且 ReliefF-KPCA 算法中只有特征和类的相关度度量，少了特征之间的相关度的度量，即冗余度的度量。所以提出了基于 ReliefF-KPCA 算法的二次特征选择法，构造出一种串行方式的多准则特征选择组合，借助类间可分性指标和 ReliefF 算法之间的互补性，提高筛选特征的分类敏感能力，接着利用 KPCA 对各个特征加权，代表对分类的影响程度不同。这样具有强化重要的特征，而弱化不相关的特征。最后在特征识别系统中利用特征之间相关度的函数，去除了冗余的特征。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇四
1绪论
1.1课题背景及研究意义
本课题来源于国家自然科学基金面上项目，编号分别为11371053和613720900人类能够感知的外界信息约有80%来源于视觉图像信息，视觉功能在人类感知理解中扮演着十分重要的角色。Gibson理论认为，人类视觉包含两个主要功能：一是适应外界环境，二是控制自身运动；Marr理论则认为人类视觉的主要功能是从图像恢复场景的可见三维表观。这两种理论尽管描述的侧重点有所不同，但是都认为人类视觉的目的是对外界环境的感知。人类能够通过视觉感知的外界环境的基本信息又可以分为⑴：位置、形状、运动和颜色。其中，位置信息的获取便主要通过位姿估计技术，因此，它是计算机视觉领域中的一个基本问题和研究热点。像机位姿估计技术，也称为基于视觉的定位技术，其传统的应用场合是基于视觉的移动机器人导航，主要方法包括：即时定位与地图构建技术(Simultaneous Location And Mapping)和在线运动恢复三维形状技术(OnlineStructure from Motion)。然而，随着工业制造水平的提高、传感技术和网络技术的发展，以及图像技术的普及，像机位姿估计技术在计算机视觉领域中的重要性也在不断增加，甚至已经超过了三维重建这个计算机视觉中的传统问题，究其原因，主要是因为如下这些新兴应用、新兴技术的产生所导致的：a)混合现实技术。混合现实技术按照对虚景和实景的侧重点不同，又可以分为增强现实技术和增强虚拟技术，但是，一般来说，以增强现实技术为研究重点，这是因为[3]:在众多需求中，现实环境还是用户的主导内容；以现实环境为主的增强现实技术降低了对虚拟信息的真实感要求，相对容易实现。借助计算机生成的虚拟信息，增强现实可以为许多应用带来更多的可能性，例如：在医疗领域中，可以将虚拟人体模型与实际人体叠加，从而帮助医疗人员精确定位组织器官[4]；在古迹复原方面，可以利用三维建模技术恢复古迹的原貌模型，以增强现实的方式提供给参观者[5]；在电视转播方面，尤其是在体育转播过程中，可以通过增强现实技术提供战术分析、球员信息等，从而帮助观众更好的欣赏比赛。由于增强现实的目的是将虚拟信息无缝的融入到真实场景中去，以达到虚实莫辨的程度，所以在其实现过程中需要满足：几何一致、模型真实、光照一致和颜色一致。
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1.2本文的主要研究思路及创新点
本文首先从最基本应用场景入手，在假定像机己经标定过、三维/二维特征点对应关系已知的情况下，研究如何能够在保证精度的前提下更快速地估计像机位姿。之后，考虑到物体遮挡、图像特征点提取错误等实际应用中经常出现的情况，在未知三维/二维特征点匹配关系的条件下，解决同时估计像机位姿与三维/二维特征点匹配关系的问题。最后，针对脉冲编码被动式交会对接敏感器的应用需求，利用敏感器脉冲式发光的特点，将图像中合作目标的二维检测、跟踪技术与基于单幅图像的像机位姿估计技术相结合，对基于视频的像机位姿三维跟踪问题进行了研究。因此，将本文中涉及的创新点归结为以下三项：在已知像机内参数，已知三维/二维特征点匹配关系时，针对多数像机位姿迭代求解算法无法兼顾位姿估计的速度与精度的问题，提出了一种快速像机位姿估计算法。这种算法由两部分构成，即迭代求解部分和精细调节部分。其中，迭代求解部分利用了透视投影模型中的空间共线性误差的概念，同时又避免了迭代过程中重复进行矩阵奇异值分解的缺点，只通过基本的矩阵运算就能够快速估计出像机位姿。在迭代求解部分的基础上，精细调节部分引入虚拟控制点的概念，通过求解虚拟控制点在像机坐标系中的坐标来对由迭代求解部分得到的像机位姿进行调节，由于精细调节部分的计算量只与虚拟控制点的数量有关，因此不会随实际特征点数量的增加而增大，这样将迭代求解部分与精细调节部分组合以后得到的快速像机位姿估计算法就可以在保持估计精度的前提下，提高像机位姿的估计速度。
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2相关理论知识
2.1像机的成像模型
像机成像模型反映了由三维空间到二维图像平面的映射关系，是研究像机位姿估计算法的基础和出发点。一台像机一般由光学镜头、图像传感器(CCD或CMOS)、数据处理芯片和外壳封装四部分组成。由光源发出的光线，在物体表面反射后，经光学镜头聚焦，投射到图像传感器上，产生模拟电信号，再经过数据处理芯片采样生成数字信号通过通信接口输出，最终形成数字图像。在这个过程中，光学镜头决定了像机的成像模型。在大多数视觉系统中，光学镜头由凹、凸透镜及其组合构成，因此成像模型可以用中心投影模型，或称透视投影模型来描述。在全方位视觉系统(Omnidirectional Vision System)中，通过加入双曲面镜或抛物面镜或是使用鱼眼镜头来获得更广阔的视角，对于这类视觉系统，需要根据镜头的设计原理，建立各自相应的成像模型。在本节中对视觉系统中常见的透视投影模型及其简化模型进行介绍。
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2.2位姿的表示方法
在前面介绍透视投影模型的过程中，像机的位置和姿态分别使用了平移向量/和旋转矩阵进行表示。其中，平移向量〖的表示方式相对单一，但是对于像机姿态的表示则不仅仅限于旋转矩阵一种方式。实际上，使用旋转矩阵来表示像机姿态往往不利于设计像机的位姿估计算法，这是因为旋转矩阵中包含9个元素，但是其自由度是3，因此必须额外附加6个非线性约束来保证旋转矩阵的正交性。此外，旋转矩阵的表示方式也不够直观。在本节中，主要介绍其它几种比较常用的像机位姿表示方法，其中旋转向量、欧拉角和四元数表示法都是针对像机姿态的表示方法，在使用这三种表示方法时，像机的位置仍然使用平移向量来表示，而对偶四元数表示法则将像机的位置与姿态统一表示了出来。
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3快速像机位姿估计算法........... 26
3.1 引言...........26
3.2空间共线性误差及正交迭代算法........... 28
3.3快速像机位姿估计算法........... 32
3.4实验结果及分析........... 41
3.5本章小结 ...........48
4同时估计像机位姿与特征点匹配........... 49
4.1引言........... 49
4.2改进的基于引力场的位姿估计算法........... 52
4.3扩展的基于引力场的位姿估计算法........... 60
4.4实验结果及分析........... 66
4.5本章小结........... 73
5交会对接敏感器中像机位姿的三维跟踪........... 75
5.1引言........... 75
5.2脉冲编码被动式交会对接敏感器 ...........79
5.3初始位姿估计........... 85
5.4帧间位姿估计........... 92
5.5合作目标重检测........... 101
5.6实验结果及分析........... 102
5.7本章小结........... 108
5交会对接敏感器中像机位姿的三维跟踪
5.1引言
空间交会对接技术的起源可以追溯到20世纪60年代美国的双子星座计划[129]，在该计划中主要使用微波雷达来估计两航天器间的相对距离和方位，当航天器间距离较近，微波雷达不能给出航天器间距离的准确估计时，就通过航天员的视觉观测来确定两航天器间的相对位置和姿态。自1966年3月16日，美国“双子星座” 8号飞船与“阿金纳”号火箭实现了历史上首次交会对接以来，世界上已经完成了 200多次航天器间的交会对接，交会对接技术也逐渐由探索、实验阶段走向了成熟、应用阶段。目前，交会对接的控制方式可以分为四种[131]:任务控制方式、人工控制方式、自动控制方式和自主控制方式，其中，任务控制方式是通过地面控制中心依靠遥感对航天器进行控制实现交会对接的方式；人工控制方式是通过航天员手动操作实现航天器交会对接的方式；自动控制方式是通过航天器上的设备、系统与地面控制中心协同操作实现交会对接的方式；自主控制方式是完全由航天器上的设备与系统进行控制，没有人和地面控制中心参与的交会对接实现方式。从交会对接技术近五十年的发展历程来看，任务控制方式、人工控制方式和自动控制方式都存在着明显的缺陷，例如人工控制方式随着工作时间和工作强度的增加，航天员的身体消耗也会随之增加，从而容易造成误操作；任务控制方式和自动控制方式，都离不开地面控制中心的参与，需要大量的地面站和人造卫星，即使美、俄这样的航天大国也难以承受，另外，伴随着航天技术的发展，交会对接技术旳应用范围已不再仅仅限于地球轨道[27]，当航天器处于地月空间以外的行星轨道时，交会对接就不能再依赖地面控制中心来实现了。因此，自主交会对接就成了交会对接技术的发展趋势和研究重点，发展自主且能简便测量的交会对接敏感器也就有了更加重大的意义。
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结论
成像测量技术由于可以避免与被测量物体接触，因此不会对被测物体造成任何伤害，测量过程安全可靠，通过选择合适的图像传感器还可以观察到诸如红外图像、超声波图像、微波图像等人类无法感知的图像，从而扩展人类的视觉范围，所以无论是在虚拟现实、移动机器人导航、工业部件组装、人机交互等日常生产生活领域，还是在空中加油、星图匹配、交会对接等航空航天领域，都有广泛的应用。像机位姿估计问题是基于单目视觉的成像测量技术中的一个关键问题，由于在成像过程中损失了场景的三维信息，因此在像机位姿估计问题中需要已知被测目标在三维空间中的特征信息，并利用三维特征与图像中二维特征的匹配关系弥补缺失的深度信息，估计出被测目标在像机坐标系中的位置与姿态。本文以课题组研制开发脉冲编码被动式交会对接敏感器为契机，分别研究了像机位姿估计问题中的透视投影问题(即P?P问题)、同时估计像机位姿与特征点匹配问题(或称三维/ 二维特征点配准问题)和基于视频的像机位姿三维跟踪问题，将主要研究工作与研究结果总结如下：当以点特征作为像机位姿估计过程中的基本几何特征，并且已知像机内参数，已知三维特征点与二维特征点的匹配关系时，像机位姿估计问题就转化为了透视点投影问题。文中针对透视投影模型下大多数像机位姿迭代求解算法无法兼顾位姿估计的速度与精度的问题，利用空间共线性误差的概念，设计了一种快速像机位姿估计算法。该算法在结构上分为迭代求解部分和精细调节部分，其中迭代求解部分避免了在迭代时进行复杂的矩阵奇异值分解的运算，可以更快速地估计出像机位姿。精细调节部分则引入了虚拟控制点的概念，首先利用迭代求解部分得到的像机位姿估计出四个虚拟控制点在像机坐标系中的坐标，然后使用Gauss-Newton法对虚拟控制点的像机坐标系坐标进行调节，最后利用虚拟控制点与实际控制点的组合关系，通过求解绝对定向问题得到经过调节以后的像机位姿。因为精细调节过程中的主要计算都是针对四个虚拟控制点的，所以精细调节过程不会随着实际控制点数量的增加而增加算法的计算负担，在与迭代求解部分组合以后，完整的快速像机位姿估计算法既保证了像机位姿估计的速度，也保证了像机位姿估计的精度。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇五
1引言
1.1研究背景及意义
在工业现代化历程中，冶金工业一直处于基础产业地位，而冶金工业的发展水平长期以来都是衡量一个国家综合实力的重要指标。在“十二五”期间，我国冶金行业面临着艰难的转型和贼变，由过去5年的装备大型化和流程合理化向节能减排、提高产品质量、减小资源消耗、清洁生产的方向发展，与资源、环境、生态相协调，促进国民经济和社会和谐发展，由冶金大国向冶金强国转变。在冶金工业中，冷乳生产过程自动化是一种综合计算机、网络通讯、信息电子和控制理论的技术，是冶金工业现代化必不可少的环节，其自动化程度的高低代表了乳制过程发展的整体水平，同时也是提高产品质量、减少能源消耗的关键⑴。从控制角度讲，冷礼生产过程中含有滞环、饱和、振动、偏心、不灵敏区及混纯现象等非线性因素，是非常复杂的非线性系统，并且存在着各种不确定性，传统单一的控制方式难以满足目前高精高速的生产要求[2]，因此针对具有不确定性非线性系统控制方法的研究是提高对冷乳生产过程有效控制的一种手段和探索。针对不确定非线性系统控制问题，起初人们处理的思路是将非线性系统经过一定转化近似为线性系统，继而利用成熟的线性系统理论对其进行分析。由此，发展出利用泰勒展开式将非线性系统在平衡点附近近似为线性系统的设计方法。但是，这种方法利用线性模型来逼近实际非线性系统的动力学特性，在平衡点附近的小范围内有效，适用于控制精度不高的场合。对于被控对象或过程本质是非线性的，其不确定非线性对控制系统性能具有严重影响，当控制性能要求很高时，必须考虑系统的非线性和不确定性，并对其进行有效补偿，实现对系统的有效控制。此外，对于不确定非线性系统缺乏适合的数学工具进行分析，一般难以求得非线性系统的完整解，只能做一些估计，估计其稳定性、动态特性、不确定性等，增加了不确定非线性系统研究的难度[3]。
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1.2非线性系统控制综述
大部分自然现象和社会现象的实质都是不确定非线性的，随着人们对系统非线性本质的认识，非线性问题成为人们所关注的问题之一，日益被各学科所重视。针对非线性系统控制理论的研究，虽然国内外学者已取得了一系列明显的成果，提出一些新的方法，但由于非线性系统自身的特点决定了不可能有一种普适的方法。因此，对于非线性系统控制而言，目前仍处于发展阶段，还有很多有待于解决的问题。近几十年来，人们对非线性系统控制的研究取得了很大进展，主要分析方法有相平面法、Lyapunov稳定性理论、描述函数法、绝对稳定性理论、奇异扰动理论等，控制方法包括反馈线性化方法、鲁棒控制、自适应控制、滑模变结构控制、模糊控制等。这些方法是研究非线性系统控制常用方法，各有其优势及不足之处，但都不能成为普遍适用于一般非线性系统控制问题的方法，因此非线性系统的理论仍还远远没有完善，还有许多问题需要进一步解决。
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2非线性自抗扰控制系统的稳定性研究
2.1奇异扰动理论基础
奇异扰动指系统状态的扰动，即小参数与系统状态时间导数的乘积。由于小参数的作用，使得系统状态具有极快的变化速度。奇异扰动系统建立在“奇异扰动”的基础上，将系统分解为降阶（慢）模型和边界层（快）模型，并基于此研究了标准模型的二时间尺度特性，得到系统轨迹逼近特性。在工程实际中，由于建模技术、方法等限制，难以建立被控系统精确的数学模型，系统存在建模误差；其次，由于工况、负载等未知变化及外部扰动，被控系统存在未知外扰；另外，在实际中被控系统都具有非线性特性，如饱和、磁滞、死区等。因此，研究不确定非线性系统的稳定控制问题具有重要的理论意义和工程意义。自抗扰控制方法在解决不确定非线性系统控制方面的突出特点主要体现为可处理大范围及复杂结构的不确定性，同时控制结构简单并可保证闭环系统具有良好的动静态性能。自抗扰控制技术已获得广泛应用，线性自抗扰控制方法的理论研究也取得较大进展，但是非线性自抗扰控制的理论研究尚未完善。由于系统本身具有不确定非线性特性，以及扩张状态观测器和控制律中含有非线性函数，增加了对非线性自抗扰控制分析的难度。
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2.2 SISO不确定非线性系统的自抗扰控制
不确定非线性系统控制是控制科学中的核心问题之一，为解决这一问题，国内外学者提出了众多的控制方法，从经久不衰的PID控制到基于Lyapunov技术的鲁棒控制[134]、自适应控制fi35，i36]、滑模变结构控制[137，138]、微分几何控制等。文[141]分析了这些方法针对的不确定性类型及其所采用的控制策略，可以看出这些控制方法需要经过复杂的数学推导，假设条件过于苟亥IJ，只适用于特殊形式的不确定性非线性系统，并且通常要求非线性函数为己知，其控制律是这些非线性函数的组合，在无法获得系统精确非线性函数的情况下，降低了这种控制律设计方法的实用性。因此，对于不确定非线性系统，不依赖于系统精确数学模型、设计方法简单，并且易被工程师接受和掌握的控制方法研究是十分必要的。本节针对SISO不确定非线性系统，当系统与自抗扰控制方法标准型不匹配时，通过等价代换将系统转化为积分串联型系统，通过非线性扩张状态观测器，对系统的不确定非线性进行实时估计并给予主动补偿。同时，通过构建奇异扰动系统，结合奇异扰动理论给出扩张状态观测器跟踪性能及闭环系统的稳定性分析，并通过数值仿真验证该控制方法的有效性。
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3用于具有输出噪声系统的可变增益扩张状态观测器........ 57
3.1问题描述........ 58
3.2可变增益扩张状态观测器及其收敛性分析 ........62
3.2.1可变增益扩张状态观测器 ........62
3.2.2收敛性分析........ 63
3.3数值仿真........ 67
3.4本章小结........ 70
4轧机液压伺服系统自抗扰控制........ 71
4.1轧机液压伺服系统自抗扰控制........ 71
4.1.1问题描述........ 72
4.1.2控制算法设计及分析 ........73
4.1.3仿真研究........79
4.1.4 小结........ 81
4.2轧机两侧液压伺服系统自抗扰同步控制........ 82
4.3本章小结........ 92
5冷轧机板厚系统自抗扰控制........ 93
5.1轧辊偏心自抗扰重复补偿控制........ 93
5.2轧机振动下板厚系统动态模型及自抗扰控制........ 100
5.3本章小结........ 118
5冷乳机板厚系统自抗扰控制
随着现代工业技术的发展，冷札已趋于高精高速的生产过程，对板带厚度控制精度的要求越来越高。来料厚度波动、张力波动、润滑条件变化、乳辅偏心扰动、乳机振动等都会引起板带出口厚度波动，影响板带厚度控制精度。乳机是复杂的多变量非线性系统，其精确数学模型的建立是非常困难的，系统中存在参数摄动及外部扰动等不确定因素，因此不依赖于系统精确的数学模型，并且能够处理大范围不确定性的控制方法对提高冷札板带厚度精度是十分必要的。本章首先针对由于乳辑偏心扰动导致出口厚度波动的问题，提出自.抗扰重复补偿控制器，实现对偏心扰动的实时补偿。除此，考虑乳机在垂直振动的情况下，建立由液压伺服系统、辅系动态模型以及轧制过程动态模型构成的乳机振动动态模型，并基于自抗扰控制方法设计监控AGC系统，提高板厚控制精度，同时也是将自抗扰控制技术应用于乳机板厚控制领域中的探索。本章分为三节，5.1节针对乳辑偏心引起厚度波动旳问题，基于厚度计AGC系统设计自抗扰重复补偿控制器，实现了对轧辊偏心扰动的有效补偿，减小了板带出口厚度波动；5.2节考虑了轧机垂直振动问题，将液压伺服系统与棍系系统看做质量-弹簧-阻尼系统，建立乱机系统结构动力学模型和轧制过程动态模型，为监控AGC系统设计了自抗扰控制器，提高了系统的动态性能以及鲁棒性；最后对本章进行小结。
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总结
不确定非线性系统的控制问题，不仅是控制理论研究的热点，也是控制工程研究的热点与难点。非线性的多样化以及不确定因素的普遍存在使得传统的非线性控制方法难以适用，并且难以形成统一有效的系统设计和分析方法。因此，寻求一种实用有效、适应性强的控制算法对不确定非线性系统的控制具有重要意义。自抗扰控制方法能够处理非线性系统中的大范围不确定性，并不依赖于系统的数学模型，通过扩张状态观测器对系统中的不确定非线性进行实时估计和补偿，并且对不确定性没有严格限制，算法简单易实现，具有很广的适用范围，因此在众多领域得到了广泛应用。然而自抗扰控制结构本身为一般的非线性形式，对系统中不确定性具体形式有限定，理论研究尚未完善。本文以此为出发点，研究了不确定非线性系统的自抗扰控制问题，基于奇异扰动系统中当奇异小参数为零时，可以降低整个系统的阶次从而简化所研究问题这一特点，将非线性自抗扰控制系统构建为具有奇异扰动特性的闭环系统，通过奇异扰动理论给出了闭环系统的稳定性分析，并将自抗扰控制应用于冷礼过程控制中，以提高乳制产品质量。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇六
1 绪论
1.1 研究的背景及意义
钢铁产业直接关系到国家经济及国计民生，作为钢铁生产量和消费量巨大的中国，钢铁的发展已是刻不容缓。截止到 2013 年，钢铁的总产量达到 106762.43 万吨，其中粗钢产量为 77904.1 万吨，而热轧板带材产量 28858.33 万吨，占国内总产量的 27.3%[1]。2014 年尽管每年我国钢铁产量雄居世界首列，但我国钢铁产业结构分布不合理，生产过剩，缺少自主创新研究能力。先进的设备和生产技术，仍需要从国外引进和模仿，国内生产的重心仍放在了廉价的带钢上[2]。国内大型钢铁企业在研发创新上与先进国家的钢铁生产相比还有很大的差距，对钢铁质量的提高造成了一定的影响。目前，板带材在钢材生产的比例已超过 65%，尤其是在国外生产钢材技术较发达的国家中更为突出。这些钢材与高铁、汽车、飞机等息息相关，尤其是汽车工业的发展与钢材质量的提高有着同步的关系，一些高级轿车对钢材的质量要求更为严格，而我国的这种板带材基本上依赖于进口。从世界范围来看，钢材的质量也受到发达国家的关注，发达国家的钢材生产逐渐也从量的增加转移到钢材产品质量和开发高附加值产品的轨道上来。因此，如何使我国快速由一个钢铁消费大国变成为一个真正的钢铁强国，这是一个必须解决的问题。为此，我国应该在响应世界低碳节能环保的同时，积极调整产业结构，充分利用各种资源，增强自主研发能力，继而开拓国外市场，满足工业发展的需求[3-4]。板带材质量的高低直接反映了国家工业化和冶金工业的发展水平。随着科学技术的进步，对于板带材的质量要求也日益增加，尤其是尺寸精度、表面质量及带钢性能提出了更高的要求。目前，我国热轧板带钢产品的纵向厚度差可以控制在±30um 以内，国内的板厚控制技术已发展得比较成熟，达到国际先进水平。但是板形控制技术发展较慢，国内板带材产品的凸度可以控制在±20um 左右，平直度误差在±25I 左右，其占板带材全长百分比为 94%-95%左右。因此，产品的板形指标还有较大的提升空间。
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1.2 板形控制器文献综述
一般情况下，板形系统有轧钢机和板形控制器组成，控制算法是控制器的核心，因此，本文主要对板形控制器的控制算法进行了深入的研究。下面首先对板形系统的发展加以简单介绍，重点概述板形控制器控制算法的最新国内外发展动态。近年来，随着计算机和智能控制系统发展，使板带材轧制控制系统结构更加完善，板带材生产技术已经得到明显的改善。主要影响板带材生产的技术指标除表面质量和力学性能等之外，还有几何精度（板厚精度和板形精度）。如今板厚控制技术已经达到很高的水平，鲁棒控制、神经网络等先进控制方法大量运用到板厚控制中，大大提高了板厚的精度[6-8]。虽然板形控制技术也随着钢铁生产发展不断进步，但是由于板形控制的复杂性，相比板厚控制技术，板形控制技术还有很大的提高余量。下面仅从热连轧轧机、板形检测、板形模式识别、板形控制等板形系统相关的几个方面，介绍板形控制的国内外发展情况。20 世纪 60 年代，斯通（M.D.Stone）的弹性基础梁理论和液压弯辊的实用研究，使板形在线控制变成了一种可能性。20 世纪 70 年代开始，各种新型轧机相继问世，板形控制发展在世界各地得到空前的高度与热度。1972 年日立公司开发的 HC 轧机通过轧辊横移技术消除了支撑辊和工作辊接触力对工作辊造成的有害弯矩[9]。1974 年日本住友开发了 VC 辊技术，由芯轴和轴套组成的工作辊内设有液压腔，通过调节油压便可以改变轧辊凸度，从而达到控制板形的目的[10]。20 世纪 80 年代出现了凸度可连续变化的 CVC（Continuously Variable Crown Mill）轧机，通过两个呈倒置 180 度布置的 S 形轧辊对称相反运动实现，以及拥有着较大的轧辊凸度控制能力的支承辊和工作辊成对交叉的 PC（Pair Crossed Mill）轧机[11]。这些轧机都广泛用于各种冷轧热轧机当中，都取得了较好的控制精度。
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2 板形控制的数学模型及模糊控制理论
2.1 板形控制的基本理论
板带材的生产控制主要由板形控制系统和板厚控制系统构成。所谓板形控制主要是指板带材平直度和凸度的控制。板厚控制是指板带材厚度的控制。板形控制主要利用液压弯棍来实现，但是板形在受到液压弯辊力调控的同时也受到了板厚轧制力的耦合影响，因此，要获得高质量的板带材产品，就必须先解决两者的相互耦合的问题。为了有效解决板形板厚的耦合问题，下面详细介绍板形、板厚系统相关的数学模型以及模糊控制的基本理论。为了使带钢的板形和板厚有更好的控制，研发出多种控制方式，其使用较多的控制手段有：
（1）液压弯辊手段。该手段利用液压弯辊控制系统给工作棍一可以变化的弯曲力，通过弯辊弯曲以达到控制凸度的目的，以此来控制板形。它通过液压弯辊系统对工作棍添加额外的弯曲力，让弯辊弯曲以此来控制凸度，从而达到校正带钢板形的目的。
（2）新型轧机控制法。HC轧机、CVC轧机、VC轧辊轧机等都属于挠取补偿型的板形控制技术，具有良好的控制能力。
（3）人工调节法。通过改变压下规程来达到板形控制的目的。
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2.2 板形控制数学模型的建立
板形板厚控制的相关参数主要包括轧制力、温度、磨损辊型等方面，这些都与板形板厚数学模型的建立有着密不可分的关系。针对本文的需要，本章只对弹跳方程、凸度方程及带刚塑性变形方程做详细的介绍。通过广义弹跳方程和凸度方程可以得到带钢轧制过程中轧机轧制力、弯辊力、出口厚度和出口凸度之间的耦合作用关系如图2.1所示。控制变量轧制力和弯辊力对被控变量带钢厚度和凸度进行作用时，相互之间具有耦合传递作用通道，即初步说明了板形和板厚控制系统之间存在着耦合关系。在宽带钢热连轧工业过程控制当中，控制模型需要求出连轧系统的动态模型，因此，对板形板厚耦合控制模型的研究必须建立系统的增量模型。对于来料厚度变化因为它不受精轧机组的控制，一般将视为扰动输入。当对板形板厚控制方法进行研究时，从凸度与厚度方程可以知道，热轧生产是通过弯辊力和棍缝这两个控制量来控制板形板厚，因而必须考虑板形控制的弯辊调节系统和板厚控制的压下调节系统的动态特性。为了更好的反映实际系统特性，在不进行执行机构模型简化的情况下，由液压缸、伺服阀、伺服放大系统组成的液压弯辊系统和板厚电动-液压压下系统，都可以等效为一个二阶环节，通过参考孙一康教授的结论以及现场对其进行响应曲线的拟合。
…….
3 板形控制器模糊解耦环节的设计及仿真研究 ......... 17
3.1 板形板厚耦合分析...... 17
3.2 传统解耦环节的设计 ........ 19
3.3 模糊解耦环节的设计 ........ 21
3.4 板形控制器模糊解耦环节的设计 ...... 23
3.5 PID 控制器的原理 ....... 27
3.6 板形控制器解耦控制 Simulink 仿真分析 ..... 28
3.7 本章小结.......... 30
4 基于 FPG A 的板形控制器软硬件设计 ........ 31
4.1 控制器硬件电路设计 ........ 31
4.2 FPGA 系统设计概述.... 39
4.3 板形控制器硬件化模块设计 ........ 40
4.4 FPGA 开发时应注意的问题.... 63
4.5 本章小结.......... 66
5 板形控制器的验证..... 67
5.1 验证方案分析........ 67
5.2 板形控制数学模型的设计及仿真 ...... 67
5.3 板形控制器的软件仿真 .... 68
5.4 板形控制器的硬件运行 .... 70
5.5 本章小结.......... 73
4 基于 FPG A 的板形控制器软硬件设计
板形控制器是板形控制的基础，而控制算法是板形控制器的核心。本文从控制算法入手，从控制算法上改善了板形控制器。目前，对于板形控制器的控制算法大部分都是在工控机运行得以实现。一般来说，由于受到工控机硬件的限制，控制算法运行速度慢，实时性及稳定性较差，很难满足高速轧制的要求，FPGA 的出现则解决了这一难题。由于 FPGA 运行周期是纳秒级别，并行运行程序，运行速度快，实时性高。相反传统处理器运行周期是微秒级别，是串行运行程序，因此在处理数据速度上远远差于 FPGA。FPGA 用硬件描述语言实现控制算法，将算法硬件化。由传统的软件实现控制算法转化成以硬件的形式实现算法，提高了系统的稳定性。除此之外 FPGA 还有开发周期短，投资少等特点。因此，FPGA 代替传统处理器或者作为协处理器是一种新的潮流。FPGA 开发工具一般提供软件仿真功能。但是软件的仿真并不能真实的反映控制系统的运行情况，为了更好的验证本文所设计的板形解耦算法的有效性及实用性，本文除了进行软件仿真外，还设计了基于 FPGA 的简易板形控制器硬件电路，并将控制解耦算法下载到 FPGA 中，经过上电运行，软硬件工作良好，达到了本文的设计目的。
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结论
本文以板带材的生产为背景，分析了板形控制器控制算法的国内外研究情况和发展动态以及控制算法在 FPGA 上的应用现状。针对板形控制受板厚控制耦合影响的问题进行了详细的分析和研究，提出了 PID 算法和模糊解耦环节作为板形解耦控制器的控制方法并将该算法利用 FPGA 实现，完成了软件算法硬件化的过程。首先，本文在分析了被控对象原理的基础上建立了板形控制的数学模型。通过系统无 PID 控制和系统有 PID 控制的仿真实验，证实了板形板厚彼此之间确实存在耦合。另外，针对常规解耦方法要求被控对象精确的数学模型，面对工业控制有时难以建立精确的数学模型的问题，本文采用了模糊解耦环节代替常规前馈补偿解耦环节的方法，以使板形控制达到解耦的目的。通过常规解耦和模糊解耦的对比实验，证实了模糊解耦的有效性。其次，在深入了解 FPGA 的内部结构和运行机理的基础上，利用 Verilog HDL 语言设计，规划了 PS2 键盘输入、PID 控制算法、模糊解耦环节，从而构成了板形控制器。最后分别对各个模块及模糊解耦环节的各部分进行了设计及逻辑验证。在实现模糊解耦时，如何准确的、快速的实现隶属度函数的求取是本文的一难点，本论文抓住隶属函数的特点，将模糊子集数字化，采用在线计算的方法进行求取，从而解决了这一问题。另外，由于 FPGA 相关子程序模块，本文采用状态机技术合理控制各个模块，使系统可以按照控制流程顺序工作，避免了控制数据出错的可能。为了更好的验证控制系统的有效性，将被控对象离散化后与控制系统结合，进行了整体的仿真和硬件板级调试，调试结果与实际值相一致。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇七
第 1 章 绪 论
1.1 概述
自从世界上的第一台工业机器人被研制成功以来，机器人技术得以迅猛而快速地发展。机器人技术可以说是多个领域先进技术的一个结晶体，并且通过不断地吸收各个领域的前沿技术促进了自身的发展[1]。机器人技术目前在医疗、军事、科学探索和工业生产等领域得到了一定程度的推广应用。加快机器人技术的发展并将其推广应用到人类生活、生产活动中，不仅有利于保障一线工人的安全，节约生产成本以及降低原材料消耗进而促进地球资源的合理开发，并且能极大地提高社会生产力，对解放整个人类的生产力，有着极其重要意义[2]。机械臂是机器人的一个重要分支，机械臂研究的两个重要方面分别为机械臂的建模与机械臂的控制[3]。机械臂是一类较典型的具有强耦合性、非线性的多输入输出系统，随着对机械臂工作速度和精度要求的不断提高，对具有优良性能的控制器和控制策略的研究已经成为诸多学者正在面临的问题。但由于机械臂系统自身较强的不确定性，实现快速而精确的控制存在很大的难度[4-6]。
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1.2 机械臂轨迹跟踪控制研究现状
机械臂是机器人中一种相对比较简单的结构形式，其操作起来非常灵活。机械臂除了在工业制造领域得以广泛应用之外，在医疗、军事等其他方面也不断得到大力应用发展。通常机械臂控制的目的是为了调整机械臂各个关节位姿达到期望。机械臂控制根据被控系统模型描述的不同，可分为两种类型，分别是动力学模型控制和运动学模型控制。运动学控制的本质问题是解决机械臂运动学模型的坐标变换问题。动力学控制则是为了解决机械臂动态运动问题，对机械臂进行动力学控制就是要使机械臂各个关节实现快速精准的轨迹跟踪控制[7]。机械臂执行不同的工作任务，需要对其关节的运动轨迹进行重新规划，各个关节的位姿可利用运动学原理最终计算得到末端的位置姿态。倘若某个关节控制出现差错，则误差层层级联传递，末端位姿的控制极可能“差之千里”，因此，只有对各个关节实行稳、准且快的控制，机械臂方能按照预期工作。在对机械臂进行跟踪控制时，各个关节期望轨迹随时间在不断变化着。所谓机械臂轨迹跟踪控制问题，就是设计控制性能良好的控制器，使得各关节的执行器输出理想驱动，进而促使各关节的位置、速度等变量按期望轨迹变化[8]。机械臂的轨迹跟踪控制是目前机械臂控制算法研究的一种重要方向。
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第 2 章 PIDNN、混沌优化及神经网络逆控制理论基础
2.1 传统 PIDNN 的结构及其优化算法
舒怀林教授将传统的 PID 控制与神经网络相融合[37]，建立了 PIDNN(Proportional-Integral-Derivative Neural Network)，但 PIDNN 并非简单地将 PID 控制与神经网络拼凑在一起。PIDNN 的拓扑结构类似传统的多层前向网络，是一种三层前向神经网络。但 PIDNN 与传统多层前向网络不同之处关键在于，一是结构相对比较固定简洁，二是 PIDNN 中其隐含层定义了三种不同类型的神经元。PIDNN 的提出赋予了神经网络新的内涵，利用其对逼近复杂非线性系统是进行系统辨识的一种颇有效果的新途径，尤其适合进行动态系统辨识。采用 PIDNN 对系统进行控制器设计，不需预先知晓对象的数学模型，其控制器具有较强的鲁棒性和自适应性，是有效控制复杂非线性强耦合性系统的新工具。但 PIDNN 的网络初始值的设定、网络权值的调整规则等方面仍存在一些不足有待我们去改进。PIDNN 可根据神经网络输出维数的多与少，简单地划分为单输出 PIDNN 和多输出 PIDNN 两种类型。单输出 PIDNN 是 PIDNN 最简单的也是最基本的结构形式，多输出 PIDNN 结构上是由单输出 PIDNN 相互交叉链接而成。传统的 PIDNN 的网络权值调整是通过 BP 算法实现的[38]。PIDNN 结构的固定简洁性主要体现在，单输出 PIDNN 采用固定的结构，即单输出 PIDNN 为三层前向神经网络，包含输入层、隐含层、输出层，输入层有两个神经元，隐含层有三个神经元，输出层则是只有一个神经元。而多输出 PIDNN 结构上则是由单输出 PIDNN 链接而成，因此应用 PIDNN 进行系统辨识或控制时，网络结构选择不必考虑隐含层到底需要多少神经元，这就是 PIDNN 结构规范的优势所在。单输出 PIDNN 的结构图如图 2-1 虚框中部分所示。
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2.2 混沌优化算法理论
一个复杂的非线性系统可以在特定条件下产生混沌，一个简单的数学映射也同样能产生混沌。混沌[49]的存在具有普遍性。所谓混沌就是在确定性系统中出现的一种貌似无序且近似随机的现象。虽然利用一个混沌数学映射生成的混沌序列看起来乱糟糟，但混沌并非一团杂乱，它自身具有许多特性。混沌运动存在一定随机性，但同时也蕴含着一定的规律性。混沌运动在一定的空间内，可经历其所有的状态，且并不出现重复，这就是混沌运动的遍历性。人们利用混沌运动的这个特点去解决寻优问题，因其可以不重复经历所有状态，所以只要问题的最优解在相应区域内，则一定是能寻找到的，所以说混沌优化算法是一种全局优化方法[50]。通常混沌优化算法是在混沌映射的基础上实现的。在混沌系统中，初始状态的微小差异将会按指数速度迅速扩大，因此不可能对系统状态进行长期的预测。动力学系统收敛或者发散的表征通常由 Lyapunov 指数来实现[53]。一个系统是否存在混沌可根据其最大 Lyapunov 指数进行判断。Lyapunov指数表示一个系统在相空间中，紧邻的轨道之间收敛或者发散的平均指数率，可以用来表征系统动力学特性。一个正的 Lyapunov 指数意味着系统在相空间中，无论初始两条轨线的间距多么小，其差别都会随着时间的演化而成指数率的增加以致达到无法预测，也就是说系统存在混沌现象[54]。
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第 3 章 基于 COA-PIDNN 的机械臂辨识..........23
3.1 机械臂的动力学模型................. 23
3.2 机械臂辨识的结构及网络选取........... 23
3.3 基于 MSCOA-PIDNN 的机械臂辨识及仿真 .............. 25
3.4 基于 NMSCOA-PIDNN 的机械臂辨识及仿真 ........... 29
3.4.1 NMSCOA-PIDNN 的具体实现.......... 29
3.4.2 基于 NMSCOA-PIDNN 辨识仿真研究............ 30
3.5 本章小结................. 33
第 4 章 基于 COA-PIDNN 的机械臂控制系统设计..............34
4.1 基于 COA-PIDNN 的控制系统结构............. 34
4.2 基于 MSCOA-PIDNN 的控制稳定性分析及仿真研究 ........ 36
4.2.1 基于 MSCOA-PIDNN 的控制系统稳定性分析......... 36
4.2.2 基于 MSCOA-PIDNN 的控制具体实现........... 37
4.2.3 仿真研究 ............... 38
4.3 基于 NMSCOA-PIDNN 的控制稳定性分析及仿真研究 ..... 41
4.4 本章小结................. 45
第 4 章 基于 COA-PIDNN 的机械臂控制系统设计
4.1 基于 COA-PIDNN 的控制系统结构
所谓多步预测神经网络逆控制，从控制系统的结构上讲，通常采用一个神经网络作为被控对象的预测模型，其也可称为神经网络辨识器(NNI)，采用另一个神经网络作为神经网络控制器(NNC)。在实际工作时，系统各个部分都有着紧密的联系，NNI 利用系统输入输出数据进行辨识工作，辨识完成后，则 NNI 可近似被看作系统的预测模型。NNC 则利用 NNI 的预测信息和系统实际输出产生适当的控制量。NNI 网络结构为具有 2n 维输入、n 维输出多输出 PIDNN 结构，这与常规 PIDNN结构相同。但 NNC 的网络需要有6n个输入、n个输出，因此其结构需在常规 PIDNN基础上作出一些改动。首先取3n个单输出 PIDNN 互联构成具有6n个输入、3n个输出的多输出 PIDNN，然后只保留前n个输出神经元，去掉其余的输出神经元和与其相连的权值。NNC 网络具体结构框图如图 4-2 所示。
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结 论
机械臂是一类具有强耦合性、非线性和不确定性的复杂非线性系统，对机械臂进行高精度快速的轨迹跟踪控制具有一定的挑战性。本文针对多自由度机械臂的轨迹跟踪控制，做了以下这些工作：
(1)对传统的 BP-PIDNN 进行了改进。首先，考虑到传统 BP-PIDNN 易陷入局部极小的不足，对变尺度优化算法进行凝练并将其用于 PIDNN 的权值优化调整，进而提出了 MSCOA-PIDNN。变尺度混沌优化算法是一种全局优化算法，能有效地改善传统 PIDNN 存在的不足。接着，考虑到不同混沌映射的混沌特性各异，而采用不同映射的混沌优化算法性能不尽相同，故基于 ICMIC 映射改进了变尺度混沌优化算法，并将改进的变尺度混沌优化算法同样应用与 PIDNN 权值优化调整，提出了一种NMSCOA-PIDNN 算法。
(2)分别设计基于两种改进 PIDNN 的机械臂辨识模型。考虑到机械臂的强耦合性、不确定性问题，应用传统机理建模方法很难建立机械臂的完全反映模型，则对机械臂进行快速而精准的控制相对比较困难，所以文中分别利用提出的MSCOA-PIDNN 和 NMSCOA-PIDNN 设计了机械臂系统的辨识模型，为了验证所设计的机械臂神经网络辨识模型的有效性，文中以二自由度机械臂为仿真研究对象，分别利用两种改进的 PIDNN 对其进行了辨识仿真研究，并将两种网络的辨识结果，分别同 BP-PIDNN 对二自由度机械臂的辨识结果进行对比研究，以验证改进的网络性能是否得以提高。仿真研究表明，利用两种改进的 PIDNN 可以很好的完成机械臂辨识任务，且两种改进 PIDNN 在机械臂辨识中的效果较 BP-PIDNN 更好，这从一定程度上表明，两种改进的网络较传统 PIDNN 的性能都有所提高。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇八
第1章绪论
1.1课题背景及意义
在实际工业应用中，绝大多数过程对象都是多变量系统。由于在被控变量之间存在着親合互联作用，这也给控制器的设计带来一定困难。所以如何减小系统之间的相互作用对多变量系统的深入研究有着重要的意义。由于多变量系统跟单回路系统相比较，最大的不同就是回路之间存在着相互的关联作用，这也就使得对其控制存在着一定的难度。针对多变量系统的控制问题，虽然先进控制方法取得了突飞猛进的发展，但是在实际工业应用中通常还是偏向采用分散控制。究其原因，分散控制的原理就是通过一定的方法将多变量系统划分成为几个独立的、互不干扰的单回路子系统，从而对各单回路系统再分别设计相应的控制器。可见分散控制有结构简单、易实现、同时便于在线调整等优点。但是分散控制也存在不可避免的缺点，如果多变量控制系统的稱合比较弱的时候，完全分散控制就足以取得很好的控制效果，满足相应的控制性能要求；但是当多变量控制系统之间存在着较强的稱合作用时，完全分散控制就很难满足所要求的高性能指标，情况严重时，甚至都不能使系统达到稳定。所以说，完全分散控制系统的最终控制效果在很大程度上决定于整个被控过程的稱合程度。在分散控制不能解决的情况下，一般会考虑采用多变量控制的方法。
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1.2多变量系统研究现状
对于实际的工业过程对象，PID控制器具有结构较简单、参数容易整定，同时易于在线操作等优点，一直是实际工业系统控制中的主流方法，同时这也促使了 PID控制器的设计及其参数整定等方面的发展。然而，大多数的工业过程可谓都是多变量系统，存在不止一个输入和输出，这也使得各回路之间不可避免的存在相互稱合作用。可见，如何设计控制器保证多变量系统的有效控制和稳定性，要比单变量系统的设计问题复杂得多，也不易处理。针对这种情况，一般会将多变量系统进一步划分为几个互无干扰的单回路系统，再分别设计相应的PID控制器，同时将回路之间的稱合关联作用视为外界扰动，主要是利用简化控制结构的方法来满足多变量系统的动态性能要求。这就是分散控制的主要思想，图1-1就是最基本的分散控制器结构。一直以来，分散控制器的设计都是控制方面的热点问题，也取得了相当大的进展和成就。通常分散PID控制器设计方法有以下6种：1、解调因子法：首先不考虑其他回路的影响作用，主要依赖于相应矩阵的对角元素，设计出每个控制器。再根据一些限制要求，来重新调整控制器的参数，通常是对控制器的增益乘以一个解调因子，其中典型的方法有最大对数模方法（BLT)。2、顺序回路闭合法：每个回路按照一定的顺序依次进行闭合，而一般会将最快的回路作为第一个回路进行处理[3-6]，相应地，在之后的闭合回路设计中，就需要充分考虑各个回路之间存在的动态稱合作用，可见直到最后一个控制器的设计，很大程度上就会依赖于之前所设计的控制器，而后面闭合回路同样也会对前面设计的回路造成一定影响，这说明了回路之间的先后闭合顺序会直接影响到最后控制的效果和性能。3、迭代试凑方法：和顺序回路闭合法相类似，首先是整定每个单回路的控制器[7，8]，在所有的回路都闭合的基础上，保持所有回路的控制器不变，再依次重新调整每个控制器，直到最后他们都收敛为止，一般是利用继电反馈试验来实现。但是该方法需要的试验次数较多，而且该方法很大程度依赖试验的准确度。
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第1章部分分散控制器的设计设计
2.1部分分散控制结构形式
设计部分分散控制器，主要是基于对被控对象的非方扩展。在选择出合适的控制结构形式基础上，将被控对象进一步扩展为非方对象模型，结合内模方法和预测控制方法來设计非方分散控制器，最后根据对应的结构转变为最初的部分分散控制器表达形式。如之前介绍，对于一个2X2的系统来说，就有如上4种结构形式的控制器。对于一个3X3的系统，则有234种可能存在的控制器形式，那么对于更高阶的系统，相应地部分分散控制器可能存在的结构形式就会变得更多。所以有必要在设计控制器之前，先确定出选用哪种结构形式的部分分散控制器。
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2.2部分分散控制器结构选择方法
对于一个2X2的系统，虽然只有可能的4种形式的控制器，但相互之间的控制效果却存在很大的差异。为了选出其中最合适的控制器表达形式，需要找到一种简单有效的分析方法。Lopez and Athans在1993年提出了稳定因子分解的方法[21]。但是目前更为常用的方法是基于子系统能控能观性的Gramian矩阵法[28]，采用该方法便就可以确定出所需要的部分分散控制的结构形式，即保留原系统的传递函数矩阵中的某些元素而忽略那些影响相对比较小的元素。这样的话，最终确定的子系统也可以说越接近于原系统，最终系统的控制效果也最接近于釆用多变量控制策略的效果。对于伪逆因子而言，有两种特殊情况是要特别说明的。当a= 0时，部分分散控制器就可以简化为完全分散控制器；当a=1时，是只有一个输出是可控的，那么这种情况下就会在设定值响应上引起一定的抵消。在部分分散控制器的设计上，这两种情况是绝对不允许出现的。所以如何确定伪逆因子a的取值范围或a的最优取值是很值得深入研究。
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第3章四容水箱的部分分散控制........... 19
3.1四容水箱概况......... 19
3.2 四容水箱控制模型(Quadruple tank process)......... 20
3.3关于四容水箱的多变量概念......... 23
3.3.1多变量零点......... 23
3.3.2非线性零点动态特性.........25
3.3.3稳态条件......... 26
3.4仿真实例......... 26
3.5本章小结......... 33
第4章四容水箱过程控制实验......... 34
4.1网络化四容水箱......... 34
4.2网络化四容水箱实验装置......... 34
4.2.1系统软件平台......... 34
4.2.2系统硬件设汁......... 35
4.3四容水箱系统参数辨识及控制......... 36
4.4本章小结 .........42
第5章结论与展望......... 43
第4章四容水箱过程控制实验
4.1网络化四容水箱
对于四容水箱相关理论的研究已经取得了一定的成果，所以考虑如何将新的研究方法应用到实际的过程对象上，来检验理论研究的可靠性，这对控制方法能够应用到实际系统上有着重要的意义。本实验主要是在北方工业大学的网络化四容水箱控制系统[45]上进行的，计对该典型的多变量过程控制对象，主要设计PLC的控制系统，再通过OPC通讯技术来实现MATLAB与PLC控制系统的集成，从而实现相互之间的通讯工作，最后在上位机上实现对MATLAB的实时控制。STEP7编程软件是用于PLC组态、编程、监控和调试的标准工具，使用相当广泛。可以支持多种编程语言，有功能块图、语句表、梯形逻辑图，通常在实际中更多的采用梯形图进行编程设计。用户可以从中界面直观使用S7-300的全部功能。使用STEP7可以完成较大或较复杂的应用设计，能和其辅助的SIMATIC软件包互相兼容，STEP7软件在一定程度上式可以有效提升特定自动化系统的工作效率。
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结论
多变量控制系统作为工业应用中最普遍的过程对象，为了实现对其更好的控制，已经有许多学者对该研究对象做了相当大的工作，也取得了不错的发展。但是就部分分散控制而言，相关理论不够系统完善及其应用上也没广泛实现，所以有必要对部分分散控制算法进一步的研究和分析。本文主详细介绍了部分分散控制器的发展及其基于内模控制和预测控制设计部分分散控制器的的方法，并且将其应用到典型的多变量控制系统一四容水箱上进行试验说明部分分散控制方法在优化控制结构和提高控制性能上的优点。全文的主要研究工作有以下几点：
1、利用现有的基于Gmmian矩阵选择出最合适的部分分散控制器的结构形式，之后可以分别利用内模控制和预测控制设计部分分散控制器。
2、对于四容水箱这个典型的多变量系统，具有多变量、时变、非线性等特性，可以简单地调节各处调节阀的丌度使系统是最小相位系统和非最小相位系统，主要考虑这两种典型情况设计部分分散控制器实现对水位的控制，验证本算法的有效性。
3、在网络化四容水箱控制系统实验装置上进行具体仿真试验。主要是考虑了四容水箱的最小相位系统，设计部分分散控制器达到实时液位控制的目的。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇九
1 绪论
1.1 课题研究意义
作为自主式智能体的典型代表，轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robots, WMRs)和自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles, AUVs)在动态变化的不确定环境中，能够自主执行各种复杂的任务，且在民用、工业及军事领域方面有广泛的应用。在民用和工业领域，WMR和AUV在矿物资源的开采、海底管道的铺设与检查、海底电缆的铺设与检修、近海石油开发等方面都获得了广泛的应用[1]；在军事应用方面，AUV可以完成自主侦察、自动绘制雷区图、援潜救生等较复杂的水下作业[1]。其中AUV通常以电池为能源，具有一个主推进器提供推力，翼状辅助装置负责提供操纵力。AUV是无人驾驶的无缆水下航行器，它具有安全、重量轻、体积小、能耗小等优势特点，可以执行各种危险及特殊的水中任务，从而在深海作业中有很大的优势。AUV已经成为目前海洋开发技术研究的重要方向之一。由AUV的机动特性可以将其分为两类[2]：第一类是信息型AUV，也被称之为欠驱动AUV；第二类是作业型AUV，也被称作全驱动AUV。信息型AUV主要应用在海洋科考、勘测、搜索等方面，在执行任务期间要求AUV能够连续长时间在水中航行；作业型AUV，主要用于水下物体检查，并可完成一定作业，如水下传感器回收、海底光缆维修、深海样本采集等，在工作时对该类AUV在水中的姿态和位置有一定的要求。在实际应用过程中，当需要定点作业时，如定点布雷、水下光缆定点检修等等，需要智能体实现高精度的动力定位控制，即点镇定控制。点镇定问题自1995年由Samson首次提出以来，引起学者们的广泛关注。WMR和AUV是具有非完整约束的非线性系统[3, 4]，其点镇定问题十分复杂。
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1.2 国内外 WMR 和 AUV 发展现状
本节主要介绍WMR及AUV的发展研究现状。轮式移动机器人作为移动机器人的主要代表，在军事、交通、工业等方面发挥着重要作用。如轮式机构的自动导引小车(Automatic Guided Vehicle)，被广泛应用于生产、装配线以及物流仓库。很多公司设计制造的民用机器人也都采用轮式结构，如HelpMate医院服务机器人(美国运输研究会研制)、DC06型自主吸尘机器人(英国Dyson公司研发)、家用清洁机器人(日本日立公司研发)、智能轮椅(德国亚琛工业大学研制)等等。此外，轮式移动机器人也被用于行星探侧，如美国用于火星探测好奇号（图1-1），我国用于月球探测的玉兔号（图1-2）等。根据移动机器人车轮的个数和类型、车轮的安装位置和驱动方式，出现了许多不同的构形。本文主要研究两轮移动机器人的点镇定及跟踪控制。
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2 数学模型及预备知识
2.1 轮式移动机器人模型
WMR 和 AUV 作为自主式智能体的典型代表，都属于非完整系统，由于其在平衡点的线性化系统不可控，不满足 Brockett 必要条件[32]，不存在光滑(甚至连续)的时不变状态反馈控制律，这就为 WMR 和 AUV 的点镇定问题提出了一个挑战性的课题。随着科技的不断进步，AUV 在海洋开发、探测及各种深海作业中发挥越来越重要的作用。但 AUV 由于其模型的复杂性使它的点镇定问题比移动机器人困难得多，故对其研究得较少。在实际应用过程中，当需要定点作业时，如定点布雷、水下光缆定点检修等等，需要全驱动 AUV 实现高精度的动力定位控制。本章首先研究模型较为简单的一阶非完整性机器人(即 WMR)的点镇定问题，然后将该方法推广到运动学及动力学更为复杂的二阶非完整性水下机器人(即全驱动 AUV)的点镇定问题。点镇定问题是 Samson 在 1995 年提出的，尽管研究点镇定的方法各不相同，但其研究的都是从初始条件出发，当时间t趋向无穷大时，智能体渐近稳定到目标位置，这在实际中较难实现，而且对于智能体到达目标位置的时间没有要求。在实际中，有时要求智能体在有限时间内到达某一区域，为此本章还拓展了点镇定的设计目标，提出了 WMR 在有限时间内的停车控制问题，即设计控制策略使机器人在有限时间内停靠在预先给定的停车区域内，通过引入参数调节智能体到达目标区域的大小，而不再局限于某一点，并得到到达目标区域的有限时间的估算方法，设计出该类智能体在有限时间内完成各个控制目标的切换控制律。
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2.2全驱动 AUV 的点镇定
本节以水平面的全驱动 AUV 为研究对象，研究其点镇定问题，具体设计方法与轮式机器人相同。AUV 在水平面的模型示意图如图 3-2 所示。本章研究了WMR和水平面全驱动AUV的点镇定问题及WMR的停车问题。为了设计出光滑的点镇定控制律，建立了极坐标系下的系统方程，利用 Lyapunov方法设计出运动学控制律，并利用 Lyapunov 方法和 Backstepping 法将其拓展到动力学，保证了闭环系统的全局渐近稳定。仿真实验表明，WMR 在控制力矩作用下，AUV 在横向、纵向推力及转艏力矩的作用下，在很短的时间内都渐近稳定至目标点，仿真实验取得了较好的结果，表明了该方法的正确性和有效性。其次，设计控制策略使 WMR 在有限时间内停靠在预先给定的停车区域内。建立极坐标系下的系统方程，通过引入可以调节区域大小的参数，拓展点镇定的设计目标，将机器人运动控制系统分解，利用 Lyapunov 设计方法，得到了有限时间内到达预定区域的切换控制律，并给出有限时间的具体估算方法。设计的控制律较为简单，易于实现。
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3 自主式智能体的点镇定与停车问题 ........23
3.1 轮式移动机器人的点镇定 ......23
3.2 全驱动 AUV 的点镇定......27
3.2.1 问题描述 ........29
3.2.2 运动学控制器的设计 ......30
3.2.3 动力学控制器的设计 ......30
3.3 轮式机器人的停车问题 ....32
3.4 仿真示例 ....35
3.5 本章小结 ....43
4 自主式智能体的轨迹跟踪控制 ....44
4.1 轮式机器人的轨迹跟踪控制 ........44
4.1.1 问题描述 ........44
4.1.2 自适应轨迹跟踪控制器设计 ......45
4.2 欠驱动 AUV 的轨迹跟踪控制......48
4.3 仿真示例 ....55
4.4 本章小结 ....66
5 海流影响下 AUV 的地形跟踪控制....67
5.1 模型及问题描述 ....67
.2 自适应地形跟踪控制 ........70
5.3 仿真示例 ....75
5.4 本章小结 ....80
6 非线性 AUV 系统的时滞依赖 H∞控制
在实际应用中，AUV 的模型方程应根据具体的使用环境进行调整。如 AUV在执行海洋观测、搜索、勘测、深海摄影等任务时，需要长时间低速运行。而在低速运动的条件下，横摇与纵摇运动是不加控制的，这是因为低速运行的 AUV可以保证系统的静态稳定性，这样横摇角与纵倾角都是相当小的。本章将给出 AUV 四自由度运动的数学模型，并在此基础上给出扰动及时滞影响下的 AUV 系统的数学模型。针对具有时滞和干扰的不确定系统，利用 LMI方法和积分不等式技术，研究其时滞依赖的H∞控制。本章针对具有外部扰动的 AUV 时滞系统，研究了其时滞依赖H∞控制器的设计问题。首先对 AUV 六自由度模型进行合理假设，将 AUV 系统方程简化为四自由度的非线性系统方程。考虑到时滞和海浪等干扰的影响，得到了不确定时滞 AUV 系统，利用 LMI 方法和积分不等式技术，得到了系统存在时滞依赖γ -次优H∞控制器的条件和控制器的设计方法。仿真实例验证了控制方法的正确性和有效性。
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结论
本文首先主要介绍了一类自主式智能体——AUV 在海洋开发利用中的重要作用，综合阐述了国内外几种具有代表性的水下航行器设计的成果、研究进展，并对点镇定、跟踪控制、时滞依赖控制等方面的研究现状进行了阐述。针对 WMR研究了其点镇定、自适应轨迹跟踪控制，同时对其提出了有限时间内的停车问题。针对全驱动 AUV 研究了其点镇定问题，对欠驱动 AUV 分别利用级联方法、微分几何方法研究了其轨迹跟踪和地形跟踪控制，对非线性时滞 AUV 系统研究了其时滞依赖的H∞控制。本文的创新点概括如下：
(1) 研究了 WMR 和全驱动 AUV 的点镇定问题。为了设计出光滑的控制律，建立了极坐标系下的系统方程，利用 Lyapunov 方法设计出运动学控制器，并利用 Lyapunov 方法和 Backstepping 法将其拓展到动力学，保证了闭环系统的全局渐近稳定。仿真表明，在力和力矩的作用下，机器人和 AUV 能在较短的时间内渐近稳定至目标点，从而达到点镇定的目标。
(2) 研究了 WMR 的有限时间停车问题，即设计控制策略使机器人在有限时间内停靠在预先给定的停车区域内。建立极坐标系下的系统方程，通过引入可以调节区域大小的参数，拓展了点镇定的设计目标，将机器人运动控制系统分解，利用 Lyapunov 设计方法，得到了有限时间内到达预定区域的切换控制律，并给出了有限时间的具体估算方法。设计的控制律较为简单，易于实现。
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参考文献（略）
2018年专业工程硕士毕业论文精选篇十
1 绪论
1.1 研究背景和选题依据
随着电子产品更新速度的加快和性能的提高，电子设备将朝着小型化，高频率，紧凑的结构发展。导致电子元器件的热流密度大大增大，而电子设备工作的可靠性对温度十分敏感，电子器件温度在 70-80 C水平上每上升 1 C，可靠性会下降 5%。如果环境温度达到一定程度，就会导致电子元器件工作失效，最终使整个设备失效或损坏。据统计，电子设备的失效 55%是由于缺乏可靠全面的温控措施而引起的[1]。由此可以看出，热失效是电子设备的主要失效形式[2]，而且随着温度的升高，失效率以指数趋向增长，这是因为电子设备的电子元器件密集度增高，元器件之间通过热传导、热辐射和热对流产生了热耦合。失效的严重性在一定程度上取决于局部温度场、元器件的工作过程和形式。而电子设备热控制的基本任务就是在满足其性能的要求下尽可能减少外界高温环境中的热流进入设备内部，从而影响或破坏了元器件的精度而导致设备失去功能。确定热控制方案，可以根据热量传递方式的主次，热流密度的大小和允许温度的要求，选择相应的热控制方法[3]。但所选的热控制方法应遵循操作简便、所加重小、可靠性高、可维护和可维修性好、成本低[4]等原则。
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1.2 研究目的和意义
电子设备热控制的目的是为元件级、组装级及系统(设备)级提供良好的工作环境，保证它们在规定的热环境条件下和使用期内，完成特定功能的工作，并以最少的维护保证其正常工作[5]。本文主要针对高温环境下密闭电子设备的热控制方案进行实验研究，从单一的热控制方法到复合热控制方法，不同方案材料量的优化选择研究，这对类似电子设备的设计具有一定的借鉴意义，对实际应用具有一定的指导意义。隔热纤维材料是减缓热流速度的材料或复合材料，主要是由固体基质和气孔组成，而且固体基质和气孔是连续相。用导热微观理论来解释其隔热机理是，有效热导率的数值通常介于构成隔热材料的固体热导率和气体热导率之间，这取决于隔热材料的结构、气孔率和组成隔热材料本身的性质。隔热纤维材料易制成多孔材料（高孔隙率和小的容重）；抗拉、抗压和抗折强度高；成形和使用方便，对曲面的贴合适应性较好；可与其他材料进行复合或组合等优点，共同发挥隔热作用[6]。纤维隔热材料低温时主要是气体传导热量，而高温下主要为辐射传热。温度越高，辐射传热在纤维隔热材料中越起到主导作用。隔热纤维材料热导率的影响因素有纤维形态特征、气孔率、材料导热率和容重等。一般情况下，气孔平均直径愈小，纤维越细，纤维隔热材料的热导率越小，而且固相和气相热导率之比越小越好。选择隔热纤维材料应选气孔率高且稳定的，相对较轻质，带有一定扭曲的材料。
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2 热控制理论研究
2.1 传热机理
目前常用的热控制方法有多层隔热材料、涂层、导热填料、热管、热敏电阻器和流体换热回路装置等，在某些特殊情况下热扩散板、百叶窗、相变材料和环路热管等可起到热控制的作用，而载人飞船上用到的比较多的是泵驱动单相流体回路、风扇等设备装置。多种不同的热控制方法，原理遵循的是热的三种基本传递途径：传导、对流加上辐射。根据传热的机理的不同，热量传递有 3 种基本方式：热传导、热对流、热辐射[61]，如图 2.1。传热可依靠其中一种或几种方式进行，不管以何种方式传热，热量自发传递的方向总是由高温处向低温处传递的。热传导（又为导热）的概念是，与微观粒子（原子、分子及自由电子等）的无序的随机运动（振动）或任何紧密接触的物体，经过了一个热量从高温向低温传递的过程，热传导根据傅里叶基本定律xTqk ，其中 q 代表的是热流密度，k 代表的是导热系数，T 属于温度函数。热对流的概念：在流体发生宏观移动的情况下，热量的传递依附于流体质量的迁移。只要流体中有温差存在，宏观运动必定导致热量随着质量的迁移而迁移。流体中有对流传热发生时，导热必然存在，存在于流体与固体壁面间的热传递就被称之为对流传热（对流换热），可用公式 ()fBq hT T来表示，式中 hf为对流换热系数。热辐射是指因热的原因物体发出辐射能的过程，理论上无论什么相态，任何高于0K 的物体均具有一定的辐射能力。物体能发射热辐射，相对的也可以吸收外来辐射，辐射传热就是存在于不同物体间的相互辐射和吸收能量平衡后的总结果。辐射热的表示式为4 S T，其中 为辐射热量， 为物体的辐射率（即黑度），S 为面积， 是黑体辐射常数。由于电子设备传热方式主次的不同，其相对应的热控制方法有很多，如热防护、液体冷却、蒸发冷却、强迫通风冷却、相变温控、汽水双相流冷却、半导体致冷、热管散热等。本文主要介绍了实验中用到的热防护和相变控温热控制技术。
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2.2 二氧化硅气凝胶隔热机理
二氧化硅纤维隔热毡的传热机制主要包括固体传导、气体传导、对流及辐射。建立数学模型，以隔热层与金属壁的接触处为原点O，d为隔热层的厚度，x表示厚度方向坐标，t为加热时间，T(x，t)函数为隔热层内温度。热流量越大，外蒙皮的温度越高。但是由于材料性能的限制，外蒙皮的温度不能无限制的提高，这就限制了辐射热防护系统的应用范围。所以金属热防护系统应具有以下特点，只能在一定的热流密度条件下使用；金属热防护系统受热流密度的限制；金属热防护系统外形不变，可以重复使用。隔热层内部传热模型的建立，需提出以下的假设：仅考虑厚度方向的热传递；隔热层在受热之前各处温度相同；在隔热层与电子设备外壁接触处，隔热层表面的温度与电子设备内壁温度相等；只有热导率随温度变化而变化。隔热层与电子设备外壁的接触处为原点O，隔热层的另一边的坐标值为d（即隔热层的厚度）如图2.2所示，x表示厚度方向坐标，t表示工作时间，T表示隔热层内温度。
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3 实验设计及内容 .... 25
3.1 热控制结构 .... 25
3.2 实验仪器与材料 ........ 26
3.2.1 实验仪器 ..... 26
3.2.2 实验材料 .... 26
3.3 电子设备内部温度测试实验 ...... 29
3.3.1 实验装置 .... 29
3.3.2 热电偶的校验 ........ 29
3.3.3 实验步骤 .... 30
4 实验数据处理与分析 ........ 32
4.1 无任何热控制措施实验 ........ 32
4.2 热防护隔热性能实验研究 .... 33
4.2.1 不同厚度二氧化硅气凝胶隔热纤维毡实验 ........ 33
4.2.2 不同厚度二氧化硅气凝胶隔热纤维板实验 ........ 36
4.3 热防护与相变温控复合热控制技术研究 .... 37
5 结论与展望 ...... 49
5.1 结论 .... 49
5.2 展望 .... 50
4 实验数据处理与分析
4.1 无任何热控制措施实验
本实验主要为了测试在未使用热防护隔热材料和无相变材料之前，处于高温环境下的电子设备内部温度的变化情况。实验采用共热法测量，即被测设备与高温箱共同加热的方法。这是因为电子设备是金属外壳，具有热辐射效应，当高温箱的温度持续升高时，金属表面的热辐射达到饱和，此时大量热量通过金属壁进入电子设备内部，导致温度急剧上升，到最后内外的温差很小时，热量基本达到平衡，电子设备内部升温速率下降，而电子设备内部温度最终没有达到 300℃是因为金属表面的热辐射作用。二氧化硅气凝胶纤维材料包裹的电子设备，内部温度明显比无隔热材料时低，且升温速率明显下降。实验中电子设备自身结构含有四个耳朵，在包裹时因不易使用隔热板而采用隔热毡将其包裹。
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结论
电子器件和集成电路技术的迅速发展，促使各种电子器件和产品趋于微型化，高频化，从而导致电子器件周围的热流密度越来越大。如果温度达到一定值，就会致使电子元器件工作失效，最终使整个设备失效或损坏。而失效的电子设备大概一半是因为没有（或没有可靠的）温控措施而引起的。本文采用热控制技术，对处于环境温度达到300 C后 25min 时，电子设备内部结构温度不大于 60℃且总加重不大于 2kg 的条件下进行实验研究。实验首先采用单一热防护技术对电子设备进行控温，理论分析计算了不同厚度的二氧化硅气凝胶纤维毡个隔热效果，并对不同厚度的二氧化硅气凝胶纤维毡和板进行实验验证。为了避免因单一热控制方式失效而使电子设备不能正常工作的情况，进而采用热防护技术和相变温控技术复合的方式继续优化实验。实验是在 15mm 二氧化硅气凝胶纤维板的基础上，分别对单独、组合及混合使用 46#和 36#石蜡进行研究。以下是高温环境下的电子设备进行温度控制实验的结论：
1) 从实验现象可以得出，36#熔点较低，在较低温度下就可以发生相变，主要利用自身的相变潜热吸收周围的热量，起到控温效果。而 46#石蜡在实验过程中，基本不能融化，只是变软，但能起到很好的控温效果。
2) 使用二氧化硅气凝胶纤维毡对电子设备进行温度控制，当纤维毡厚度达到40mm，25min 时电子设备内部温度为 58℃，小于 60℃的要求，但 40mm 的隔热毡重量超过了实验要求的 2kg；优化使用的二氧化硅气凝胶纤维板对电子设备进行温度控制，当纤维毡厚度达到 20mm，外部温度首次达到 300℃后的 25min 后电子设备内部温度为53℃，小于 60℃的要求，且加重小于 2kg。
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参考文献（略）