海底采矿车路径跟踪的变论域模糊控制

采用ADAMS/ATV软件建立海底采矿车机械系统模型,利用MATLAB/Simulink平台建立以速度内环和方位外环的行走控制系统模型及机械系统与行走控制系统协同仿真模型;针对海底环境的复杂性和未知性,采用变论域理论设计纠正方向和位置偏差的自适用模糊控制器以及PID控制理论设计速度控制器,开展海底采矿车在越单边障碍时过程中按预定路径行走仿真研究.仿真结果表明:基于变论域模糊控制理论所设计的海底采矿车路径跟踪控制模型的鲁棒性良好,其方位偏差纠正及速度跟踪的响应速度快、稳态性好、控制效果好,实现了海底采矿车按预定路径行走,为海底采矿车在采矿过程中自动行走控制提供了有效的控制方法.     

深海底采矿机器车控制软件体系结构设计与实现

针对深海底采矿机器车特殊工作环境和特殊工作特性,采用混合体系结构,设计了深海底采矿机器车控制软件体系结构;该结构分为规划层、控制层和执行层.机器车的作业任务被规划为一系列子目标,每个子目标有一个相应的任务监视器,负责安排一套预编程的程序以实现子目标.以行走控制子目标为例,进一步说明了所设计体系结构的可行性.最后,采用VC 语言编制程序,验证了软件体系结构的设计.     

基于Lyapunov理论的海底采矿车点镇定控制

以我国海底采矿车为研究对象,针对其非完整性和非线性的特点,基于Lyapunov理论,提出海底采矿车点镇定控制系统的控制律,证明在此控制律作用下海底采矿车位姿误差是收敛的;设计基于Lyapunov理论的点镇定控制器,采用ADAMS/ATV履带车模块和MATLAB/simulink软件,建立海底采矿车的多刚体动力学模型和基于Lyapunov理论的点镇定控制模型及二者的协同仿真模型,对海底采矿车的点镇定控制仿真进行研究。研究结果表明:海底采矿车在基于Lyapunov理论所设计的点镇定控制器作用下,能快速而平稳地镇定到目标位置和姿态,所提出的控制律和所设计的控制器对于海底采矿车行走控制是有效的。     

基于图像处理的深海底障碍物和地形识别及检测

针对海底集矿机采矿环境图像,采用分段线性变换提高图像细节,中值滤波去除悬浮物干扰.利用形态学抗噪声梯度算子提取地形和障碍物轮廓,并用分段线性拟合计算出地表亮度变化率.根据表面亮度变化特征判断障碍物类型,采用自适应形态学对轮廓进行细化与连接.通过障碍投影变换计算出障碍物的距离、高度和宽度等信息.对陆地图像进行了分析,证明位置、高度和坡度等参数计算的可行性.利用上述方法对深海底的图像进行处理,不仅保留了边界信息,且提高了抗干扰能力和抗边界间相互影响能力,可有效识别深海底地形和障碍物,得出位置和形状等参数,可以为集矿机避障系统信息融合技术提供可靠数据.     

海底多金属硫化物开采的环境影响分析及应对策略

为确保海底多金属硫化物商业开采在采矿过程中对环境不造成影响,结合现有的海底采矿技术,提出有必要开展海底多金属硫化物绿色采矿技术研究和环境评价研究,分析了在海底多金属硫化物开采中对海洋环境可能造成的影响.采矿过程对海底潜在的影响包括沉积物和生物栖息地移动、羽状流、光照、噪声、振动等,对海洋上部的潜在影响包括光照、噪声、废水排放等.为了实现海底多金属硫化物的商业开采,须弱化海底采矿作业对海底环境的影响,以确保海底采矿符合相关国际海洋法规.     

单泵与储料罐组合的深海采矿输送设备

根据软管采矿系统对输送设备的要求,研究出由储料罐与高压水泵组合而成的新的输送设备,其原理为:首先采用高压水泵对海水加压,然后采用储料罐将矿石加入到高压水中,通过高压水将矿石从海底输送到海面.根据两相流理论和Bernoulli方程,建立了储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备的设计理论体系.对输送系统的参数进行计算分析可知,对于矿石体积分数为7%～12%的流体,1 000 m深海采矿中试输送系统的水泵扬程为100～150 m,3 000 m深海采矿输送系统的水泵扬程为400～450 m.由储料罐与高压水泵组合而成的矿石输送系统简单,避免了矿石颗粒与水泵直接磨损,适用于深海采矿软管输送系统.     

一种新的海底履带式采矿车动力学模型建模及采集路径模拟分析

针对海底稀软底质特殊力学载荷下履带式采矿车的行走动力学特性分析,提出一种新的基于单刚体车体模型与网格单元接地段模型的履带车动力学模型建模方法.该方法将履带车作为一个整体系统进行建模考虑,仅有6个自由度.同时将履带接地段划分为一定数量的网格单元,履带与地面之间的相互作用力单元包括纵向剪切力、横向剪切力和法向作用力,以参数化三分量力的形式施加于各网格单元的中心点处.该建模方法可实现海底底质等各类特殊松软地面力学载荷的加载,应用该方法构建履带式采矿车海底行走动力学模型.通过理论分析与定量计算,提出并设计两种新的采矿车海底行走采集路径,基于新的采矿车动力学模型,进行两种新采集路径的快速仿真分析,分析结果将为采矿车海底实际行走性能分析与作业操控提供重要的理论基础与技术参考.本文研究为各类特殊松软地面作业履带车行走动力学特性分析提供了一种有效方法.     

DCS系统在核电站中的应用

针对目前核电站在控制方面采用模拟量控制存在的问题,建议在核电领域全面采用全数字的DCS控制系统.DCS系统(分散控制系统)具有模拟量控制系统无法比拟的优越性.随着DCS系统在核电站不断推广使用,以及相应的法律、法规的出台和良好的运行业绩,笔者建议在核电领域全面采用DCS系统.     

基于嵌入式雷达的近海渔船分布式监控系统

为对渔船实施有效监控,提出一种基于嵌入式雷达的近海渔船分布式监控系统.系统由多个雷达监控站和一个中心指挥系统构成.雷达监控站使用MD-3641/3642雷达,采用Internet网络技术和CDMA/GPRS通信技术实现与指挥中心的数据传输.采用基于数学形态学原理的目标回波识别算法实现雷达图像去噪和回波边缘提取.应用结果显示:目标回波识别算法有较好的去噪效果,可准确确定目标回波的位置.该系统可实现对渔船的有效监控.     

开放型集散控制系统的发展及其通信技术研究

针对开放型集散控制系统（DCS）发展规模受到测控实时性限制的问题，提出了加快开放型DCS通信速度的全面解决方案。该方案从软、硬件两方面着手提高上层监控站与下层控制器之间的通信速度：在硬件方面，通过监控站与通信站的分离、智能通信卡的使用、采用多串口通信以及合理的下位控制器选型等来提高系统的测控实时性，并加强了通信的安全性；在软件方面，采用多线程技术以及通信数据的优化组织，以提高开放型DCS的通信速度。将此方案用于某在型苯酚-丙酮生产线控制系统的技术改造，结果表明，系统通信速度提高了40多倍，充分满足了生产要求，为大规模开放型DCS的设计和实现提供了可以借鉴的有效方案。