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自动化科学与技术发展方向 被引量:54
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作者 柴天佑 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期1923-1930,共8页
本文结合中国自动化科学与技术的发展状况和中国绝大多数大学设有自动化专业的现状,借鉴自动化科学与技术发展历程中的成功经验,结合国家社会经济发展和国家安全对自动化系统的未来需求,以生产制造系统、重要运载工具和人参与的信息物... 本文结合中国自动化科学与技术的发展状况和中国绝大多数大学设有自动化专业的现状,借鉴自动化科学与技术发展历程中的成功经验,结合国家社会经济发展和国家安全对自动化系统的未来需求,以生产制造系统、重要运载工具和人参与的信息物理系统为主要对象,以自动化系统的发展方向—智能自主控制系统、智能优化决策系统和智能优化决策与控制一体化系统的愿景功能为目标,以研究实现愿景功能的建模、控制与优化新算法和新的自动化系统的设计方法和实现技术以及结合重大应用领域开展的应用研究为主线,提出了自动化科学与技术的发展方向,并结合新兴应用领域对自动化科学与技术的需求与挑战,提出了未来自动化科学与技术的发展方向. 展开更多
关键词 智能自主控制系统 智能优化决策系统 智能优化决策与控制一体化系统 人参与的信息物理系统 人工智能驱动的自动化
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《自动化学报》创刊60周年专刊序
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作者 柴天佑 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期473-475,共3页
《自动化学报》由中国科学院自动化研究所、中国自动化学会主办,自1963年创刊已六十年.在此期间,《自动化学报》不断提高学术质量和影响力,为中国自动化学科的发展做出了积极的贡献,这离不开广大从事自动化领域科研人员的共同努力.为纪... 《自动化学报》由中国科学院自动化研究所、中国自动化学会主办,自1963年创刊已六十年.在此期间,《自动化学报》不断提高学术质量和影响力,为中国自动化学科的发展做出了积极的贡献,这离不开广大从事自动化领域科研人员的共同努力.为纪念《自动化学报》创刊六十周年,我们特别组织了本期专刊,经推荐和审稿专家评审最后录用了12篇论文,包括6篇具有国际影响力的理论研究成果与6篇与国家重大需求结合的技术研究成果. 展开更多
关键词 科研人员 中国自动化学会 审稿专家 自动化学科 学术质量 自动化学报 技术研究成果 国家重大需求
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软件定义智能控制系统
3
作者 柴天佑 郑锐 +3 位作者 贾瑶 黄新宇 郑秀萍 李智 《自动化学报》 北大核心 2025年第10期2232-2244,共13页
针对可编程逻辑控制器(PLC)和虚拟PLC的PID难以优化整定的难题,将建模、控制、优化和深度学习与强化学习相结合,提出无模型PID在线自优化整定算法.将工业云及边缘计算、软件定义实时及可靠保障机制的双通道通信架构与所提出的PID整定算... 针对可编程逻辑控制器(PLC)和虚拟PLC的PID难以优化整定的难题,将建模、控制、优化和深度学习与强化学习相结合,提出无模型PID在线自优化整定算法.将工业云及边缘计算、软件定义实时及可靠保障机制的双通道通信架构与所提出的PID整定算法相结合,提出云端协同的软件定义智能控制系统.云为基于云服务器的智能控制软件开发平台;端为基于工业服务器的智能控制软件.智能控制软件包括虚拟PLC PID、PID预优化整定和控制过程数字孪生以及在线自优化整定、自适应切换机制.采用研制的软件定义智能控制系统研究实验平台,进行所提出的控制系统与国外先进PLC和工业PC的无模型整定软件PID控制系统的仿真与物理对比实验.实验结果表明本文的软件定义智能控制系统可进行控制器参数自优化整定,控制性能显著优于国外无模型整定软件的PID控制系统. 展开更多
关键词 深度学习 强化学习 数字孪生 可编程逻辑控制器 软件定义智能控制
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软件定义智能控制系统未来发展展望
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作者 柴天佑 郑锐 +2 位作者 贾瑶 黄新宇 宋延杰 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期1-10,共10页
本文综述了软件定义控制系统研究现状并分析了控制系统在工业革命中的作用和发展状况,提出了软件定义控制系统的智能化发展方向.通过软件定义端边云协同的PID(比例-积分-微分)整定智能系统案例,表明将工业人工智能、工业互联网等新一代... 本文综述了软件定义控制系统研究现状并分析了控制系统在工业革命中的作用和发展状况,提出了软件定义控制系统的智能化发展方向.通过软件定义端边云协同的PID(比例-积分-微分)整定智能系统案例,表明将工业人工智能、工业互联网等新一代信息技术与软件定义控制系统紧密融合与协同,为发展软件定义智能控制系统开辟了新途径.最后,针对软件定义控制系统存在的难题和软件定义控制系统智能化存在的难题,提出了软件定义智能控制系统的主要研究方向. 展开更多
关键词 虚拟PLC(可编程逻辑控制器) 软件定义控制系统 AI驱动的工业控制 软件定义智能系统
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《控制工程》创刊30周年专刊序
5
作者 柴天佑 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第8期1375-1377,共3页
《控制工程》是一本由国家教育部主管、东北大学主办的学术性期刊,自1994年创刊至今已发展三十年。在此期间,《控制工程》期刊始终致力于控制领域的研究和发展,其内容涵盖了控制理论、控制系统设计与分析、自动化技术等多个方面,为促进... 《控制工程》是一本由国家教育部主管、东北大学主办的学术性期刊,自1994年创刊至今已发展三十年。在此期间,《控制工程》期刊始终致力于控制领域的研究和发展,其内容涵盖了控制理论、控制系统设计与分析、自动化技术等多个方面,为促进控制领域理论研究和工程应用的发展做出了贡献。 展开更多
关键词 学术性期刊 领域理论研究 自动化技术 研究和发展 东北大学 《控制工程》 系统设计与分析 专刊
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基于语义信息增强的化纤丝线网络度检测方法 被引量:1
6
作者 郑广智 彭添强 +3 位作者 肖计春 吴高昌 李智 柴天佑 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1963-1976,共14页
网络度是衡量化纤丝线及化纤织物性能的重要指标之一,在生产车间中通常采用人工方式进行检测.为解决人工检测误检率较高的问题,提出一种基于语义信息增强的化纤丝线网络度并行检测方法.首先,为提升单根化纤丝线网络结点识别的准确度,使... 网络度是衡量化纤丝线及化纤织物性能的重要指标之一,在生产车间中通常采用人工方式进行检测.为解决人工检测误检率较高的问题,提出一种基于语义信息增强的化纤丝线网络度并行检测方法.首先,为提升单根化纤丝线网络结点识别的准确度,使用基于MobileNetV2优化的主干网络结构提取语义信息,以提高模型的运算速度.在所提主干网络的基础上,设计语义信息增强模块和多级特征扩张模块处理主干网络的特征信息,同时,设计像素级注意力掩膜对特征信息进行加权和融合,以提高网络度检测的准确性.然后,为实现多根化纤丝线网络度的批量计算,基于所提语义信息增强算法,设计网络度并行检测方法.使用算法检测丝线网络结点,同时使用连通域分析及掩膜提取的方法并行检测,提取视野内每条丝线的独立区域.随后,将并行检测结果融合,以准确获取每根丝线的网络度检测结果.为验证所提方法的有效性,使用自主研发的网络度检测设备建立了化纤丝线数据集,并进行了实验验证.结果表明,所提出的方法能够有效地提高检测的准确性. 展开更多
关键词 网络度 图像语义分割 语义特征信息 并行检测策略 注意力机制
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再磨过程的泵池液位和给矿压力双速率区间控制 被引量:9
7
作者 王兰豪 贾瑶 柴天佑 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期993-1006,共14页
赤铁矿再磨过程是以矿浆泵频率为输入、以给矿压力为内环输出、以泵池液位为外环输出的强非线性串级工业过程.当赤铁矿粒度分布大范围变化,导致一段磨矿与磁选矿浆流量和再磨排矿流量频繁波动,使泵池液位频繁波动,造成内外环频繁波动.... 赤铁矿再磨过程是以矿浆泵频率为输入、以给矿压力为内环输出、以泵池液位为外环输出的强非线性串级工业过程.当赤铁矿粒度分布大范围变化,导致一段磨矿与磁选矿浆流量和再磨排矿流量频繁波动,使泵池液位频繁波动,造成内外环频繁波动.本文将上述动态特性变化用未建模动态来描述,通过设计消除前一时刻未建模动态补偿信号叠加于基于线性模型设计的反馈控制器,采用一步最优前馈控制律和提升技术,提出了泵池液位和给矿压力双速率区间控制算法.给出了所提控制算法的稳定性和收敛性分析,通过半实物仿真实验表明所提出的控制算法可以将处于频繁随机波动的泵池液位和给矿压力变化率控制在目标值范围内. 展开更多
关键词 再磨过程 未建模动态补偿 PI控制 双速率控制
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工业人工智能发展方向 被引量:63
8
作者 柴天佑 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期2005-2012,共8页
本文结合工业自动化和信息技术在工业革命中的作用以及制造与生产全流程决策、控制以及运行管理的现状和智能化发展方向的分析,提出了发展工业人工智能的必要性.通过对人工智能技术的涵义、发展简史和发展方向的分析以及自动化与人工智... 本文结合工业自动化和信息技术在工业革命中的作用以及制造与生产全流程决策、控制以及运行管理的现状和智能化发展方向的分析,提出了发展工业人工智能的必要性.通过对人工智能技术的涵义、发展简史和发展方向的分析以及自动化与人工智能研究与应用的核心目标、实现方式、研究对象与研究方法等方面的对比分析,提出了工业人工智能技术的涵义.通过对工业人工智能和工业自动化的研究对象与研究目标对比分析,提出了工业人工智能的研究方向和研究思路与方法. 展开更多
关键词 工业自动化 制造与生产流程智能化 知识工作自动化与智能化 工业人工智能
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基于时序图像深度学习的电熔镁炉异常工况诊断 被引量:19
9
作者 吴高昌 刘强 +1 位作者 柴天佑 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1475-1485,共11页
超高温电熔镁炉(Fused magnesium furnace, FMF)生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本... 超高温电熔镁炉(Fused magnesium furnace, FMF)生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本文采用视频信号,利用电熔镁炉欠烧工况的时空特征,即在炉壳表面出现的局部不规则高亮区域的空间特征,以及该高亮区域随时间呈现出亮度增强、面积变大的时序特征,提出一种基于卷积循环神经网络(Convolutional recurrent neural network, CRNN)的电熔镁炉异常工况诊断新方法.该方法包括图像序列一致性变换和时序残差图像提取预处理、基于卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)的空间特征提取、基于循环神经网络(Recurrent neural network,RNN)的时序特征提取、基于加权中值滤波的工况自动标记.最后采用实际的电熔镁炉炉壳的视频信号,进行了所提方法与现有的两种深度学习网络模型的实验比较研究,结果说明了所提方法的优越性. 展开更多
关键词 电熔镁炉 时空特征提取 异常工况诊断 卷积神经网络 循环神经网络
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流程工业智能优化制造 被引量:47
10
作者 柴天佑 丁进良 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2018年第4期51-58,共8页
本文在分析流程工业的特点、运行现状和国际智能制造发展状况的基础上,提出了我国流程工业智能制造的新模式——智能优化制造。在分析流程企业采用的由企业资源计划、制造执行系统、过程控制系统组成的三层架构和控制与管理信息化系统... 本文在分析流程工业的特点、运行现状和国际智能制造发展状况的基础上,提出了我国流程工业智能制造的新模式——智能优化制造。在分析流程企业采用的由企业资源计划、制造执行系统、过程控制系统组成的三层架构和控制与管理信息化系统的发展状况基础上,提出了未来流程企业应采用的智能优化制造的架构和系统愿景功能,分析了实现愿景功能所需要攻克的关键共性技术和对自动化、计算机和通信、数据科学挑战的科学问题,提出了突出流程工业战略地位、实施战略规划与顶层设计等发展流程工业智能优化制造的建议。 展开更多
关键词 流程工业 智能优化制造 发展愿景 科学挑战
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PID控制器参数的优化整定方法 被引量:28
11
作者 刘宁 柴天佑 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2272-2285,共14页
针对存在临界点的A类被控对象及不存在临界点的B类被控对象,分别采用其-180?和-120?相位点的频率和增益提出了PID (Proportional-integral-derivative)控制器参数的优化整定方法.基于Tchebyshev多项式和分数阶积分器求取被控对象-180?或... 针对存在临界点的A类被控对象及不存在临界点的B类被控对象,分别采用其-180?和-120?相位点的频率和增益提出了PID (Proportional-integral-derivative)控制器参数的优化整定方法.基于Tchebyshev多项式和分数阶积分器求取被控对象-180?或-120?相位点的频率和增益,建立其积分滞后模型.采用负载扰动下跟踪误差平方和(Sum of squares of tracking errors, SSE)最小作为优化指标,使闭环系统具有强的鲁棒性的最大灵敏度和最大补灵敏度为约束方程,针对两类被控对象,分别建立了基于-180?和-120?相位点频率和增益的PID控制器比例、积分与微分三个参数的优化整定规则.通过与其他常用PID控制方法的仿真与物理对比实验,表明所提方法的优越性. 展开更多
关键词 PID控制 Tchebyshev多项式 积分滞后模型 跟踪误差平方和 优化整定规则
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电熔镁砂熔炼过程带输出补偿的PID控制 被引量:18
12
作者 王维洲 吴志伟 柴天佑 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期1282-1292,共11页
电熔镁砂熔炼过程是以三相电机转动方向与频率为输入,以三相电极电流为输出的强非线性工业过程,其模型参数埋弧电阻率、熔池电阻率和熔池高度随熔炼过程和原矿颗粒长度及杂质成分的变化而变化.本文采用线性模型和未知高阶非线性项来描... 电熔镁砂熔炼过程是以三相电机转动方向与频率为输入,以三相电极电流为输出的强非线性工业过程,其模型参数埋弧电阻率、熔池电阻率和熔池高度随熔炼过程和原矿颗粒长度及杂质成分的变化而变化.本文采用线性模型和未知高阶非线性项来描述电熔镁砂熔炼过程,其中未知高阶非线性项用已知的前一时刻高阶非线性项和其变化率来描述,采用线性模型设计PID控制器,并设计消除前一时刻高阶非线性项的补偿器和消除其变化率的补偿器,提出了带输出补偿的PID控制器,同时采用一步最优前馈控制律和一步最优调节律设计控制器参数.通过仿真实验和电熔镁炉的工业应用,表明当该过程的动态特性发生未知随机变化时,本文所提方法在所有运行时间内可以将电流跟踪误差控制在目标值范围内. 展开更多
关键词 关键词电熔镁炉 未知高阶非线性项 一步最优前馈控制律 一步最优调节律 带输出补偿的PID控制器
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端边云协同的PID整定智能系统 被引量:15
13
作者 柴天佑 周正 +2 位作者 郑锐 刘宁 贾瑶 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期514-527,共14页
本文在分析智能制造对PID整定的新需求及PID整定面临的挑战难题的基础上,将自动化的建模、控制与优化和人工智能的深度学习与强化学习深度融合与协同,提出了自适应与自主的PID整定的智能优化方法,包括端边云协同的PID控制过程数字孪生... 本文在分析智能制造对PID整定的新需求及PID整定面临的挑战难题的基础上,将自动化的建模、控制与优化和人工智能的深度学习与强化学习深度融合与协同,提出了自适应与自主的PID整定的智能优化方法,包括端边云协同的PID控制过程数字孪生模型和强化学习与数字孪生模型相结合的PID整定算法.将工业互联网的端边云协同技术与PLC控制系统相结合,研制了PID整定智能系统,并在重大耗能设备—电熔镁炉成功应用.该系统安全、可靠与优化运行,取得显著的节能减排效果.最后,提出了控制系统智能化研究方向需要进一步深入研究的内容. 展开更多
关键词 PID参数整定 端边云协同技术 深度学习 强化学习 智能系统
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工业人工智能与工业互联网协同实现生产过程智能化及其未来展望 被引量:25
14
作者 柴天佑 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第8期1378-1388,共11页
在分析工业自动化与信息化在工业革命中的作用和存在的问题的基础上,提出了生产过程智能化的内涵、发展方向和面临的挑战难题。将工业互联网端边云协同技术和系统辨识与自适应深度学习相结合,提出了复杂工业系统运行控制过程智能化方法... 在分析工业自动化与信息化在工业革命中的作用和存在的问题的基础上,提出了生产过程智能化的内涵、发展方向和面临的挑战难题。将工业互联网端边云协同技术和系统辨识与自适应深度学习相结合,提出了复杂工业系统运行控制过程智能化方法和工业应用案例。最后,给出工业人工智能与工业互联网协同实现生产过程智能化的主要研究方向和研究思路。 展开更多
关键词 生产过程智能化 工业人工智能 工业互联网 端边云协同
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虚拟未建模动态补偿驱动的双率自适应控制 被引量:10
15
作者 杨天皓 李健 +2 位作者 贾瑶 刘腾飞 柴天佑 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期299-310,共12页
工业换热过程是蒸汽与循环水在换热器中进行热交换,使供水温度达到工艺规定的目标范围内的复杂工业过程.由于存在蒸汽压力、回水流量波动以及换热器内管壁结垢的扰动,导致被控对象模型参数发生未知随机的大范围变化,使控制器积分作用失... 工业换热过程是蒸汽与循环水在换热器中进行热交换,使供水温度达到工艺规定的目标范围内的复杂工业过程.由于存在蒸汽压力、回水流量波动以及换热器内管壁结垢的扰动,导致被控对象模型参数发生未知随机的大范围变化,使控制器积分作用失效,造成内环蒸汽流量和外环供水温度波动,相互影响,甚至谐振.针对上述问题,利用工业换热过程运行在工作点附近的特点,用确定性低阶线性模型和虚拟未建模动态来描述被控过程.将自适应信号法与双率控制技术相结合,提出了以蒸汽流量为内环输出、以供水温度为外环输出的双率自适应控制器,并给出了该控制器的稳定性和收敛性分析.本文将工业换热过程机理模型作为被控对象,进行了半实物仿真.结果表明,对于工业换热过程,在模型参数大范围变化时,本文提出的控制方法可以将供水温度控制在工艺要求的目标范围内. 展开更多
关键词 虚拟未建模动态补偿 工业换热过程 区间控制 PI控制
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补偿信号法驱动的Pendubot自适应平衡控制 被引量:4
16
作者 魏萃 柴天佑 +1 位作者 贾瑶 王良勇 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1146-1156,共11页
Pendubot是以电机转矩为输入,主动臂角度和欠驱动臂角度为输出的强非线性、多变量、欠驱动机械系统,受到具有时变不确定性的摩擦影响,且模型参数随摆臂质量与长度的改变而变化.本文将上述被控对象采用确定线性模型与未知高阶非线性项来... Pendubot是以电机转矩为输入,主动臂角度和欠驱动臂角度为输出的强非线性、多变量、欠驱动机械系统,受到具有时变不确定性的摩擦影响,且模型参数随摆臂质量与长度的改变而变化.本文将上述被控对象采用确定线性模型与未知高阶非线性项来描述,设计消除前一时刻高阶非线性项及其变化率对系统输出影响的补偿器,叠加于基于确定线性模型设计的PD控制器,提出了补偿信号法驱动的自适应平衡控制方法,并对所提方法进行了稳定性和收敛性分析.仿真和物理对比实验表明,当Pendubot系统模型参数改变时,所提控制算法可以有效地消除摩擦的影响,将两摆臂输出角度稳定在目标位置. 展开更多
关键词 补偿信号驱动 高阶非线性项补偿 一步最优PD控制 PENDUBOT 摩擦补偿
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端边云协同的氧化铝生产过程苛性碱浓度智能预报方法 被引量:3
17
作者 高愫婷 柴天佑 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期964-973,共10页
苛性碱溶液浓度是氧化铝生产过程中的重要运行指标,由于苛性碱溶液的温度和浓度频繁波动,导致目前的浓度检测仪表检测精度低,只能采用人工化验获得苛性碱浓度值,化验结果的严重滞后导致无法实现苛性碱浓度的自动控制,影响氧化铝产品质量... 苛性碱溶液浓度是氧化铝生产过程中的重要运行指标,由于苛性碱溶液的温度和浓度频繁波动,导致目前的浓度检测仪表检测精度低,只能采用人工化验获得苛性碱浓度值,化验结果的严重滞后导致无法实现苛性碱浓度的自动控制,影响氧化铝产品质量.在分析苛性碱溶液浓度控制过程动态特性的基础上建立了由线性模型和未知非线性动态系统描述的苛性碱浓度预报模型,将参数辨识与自适应深度学习相结合,提出端边云协同的氧化铝生产过程苛性碱浓度智能预报方法,并采用氧化铝生产企业的实际生产数据对本文所提方法进行应用验证.应用结果表明,所提的苛性碱浓度智能预报方法可以实时、准确预报苛性碱浓度,为实现苛性碱浓度的闭环运行优化控制创造了条件. 展开更多
关键词 苛性碱浓度 未知非线性动态系统 端边云 自适应深度学习 长短周期记忆
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