项目简介 嵌入式系统在这个信息化与工业化的社会占据着举足轻重的位置。嵌入式系统的 概念毋庸再提，其应用范围更是广之又广，其发展趋势更是为人瞩目，这里套用更有 权威的刊物原话可能更有说服力和感染力！“信息时代，数字时代使得嵌入式产品获 得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景”。从而佐证嵌入式研究与教 学投入的前瞻性与实用性。 本项目在对 ARM 的内核、结构和工作原理以及仿真环境比较熟悉的基础上主要完 成对 ARM 各种外围接口的电路软、硬件设计与仿真以及 ARM 系统板开发的工作。基于 S3C4510B 是一款高性价比 RISC 微控制器，内含 ARM7 TDMI RISC 处理器核，ARM7TDMI 为低 功耗、高性能的 16/32 核，比较适合用于对价格及功耗敏感的应用场合的需要完成其最小硬 件系统的设计。目前系统只需付资制作便可投入到教学实验中，且内核的升级与外围的扩 展与更新以及可应用场合与范围的变动可随时对系统进行升级与改制。  

轧制力是轧机最主要的技术参数之一，获取轧制力信息除作为轧机生产过程的状态识别、效能判定、产品开发及技术管理等环节的科学依据外，对保证安全生产、防止设备重大事故、优化轧制规程、实现生产过程自动化和最优控制、提高设备的技术装备水平等都具有重要意义，因此轧制力成为对轧机行为监测的重点。 附着式轧制力智能监测系统是将直流大电流分流测量模式移植到轧制力的测量上来。即将附着式传感器安装在轧机机架立柱上，通过测量承受的微小分流轧制力来间接测量实际的轧制力。具有重量极轻、价格低廉、寿命长和维护简单等优点。克服了传统的支承式传感器安装在直接承受轧制力的位置上所带来的体大沉重、价格昂贵、寿命较短、维护费用高等缺点。 该系统已在马钢中板轧机和济钢中厚板轧机上应用，实现了在线智能监测轧制力，取得了良好的效果。 系统构成 附着式轧制力智能监测系统由工控机柜、工控机、采集卡、显示器、智能仪表、UPS、系统电源、大屏数码显示器、报警装置和附着式传感器等组成。 仪表功能 该仪表具有超宽的自动零位调节、独特的零点快速跟踪技术、非线性补偿标定及实现工控机程序对仪表进行通讯智能控制，除去了机架的热变形温漂及抛钢时机架产生的垂直振动等叠加在传感器输出信号上的非测信号。 软件功能 专用监测软件在Windows环境下运行，其主要功能有：信号在线采集、显示波形图、可进行时域和频谱等分析。数据库及历史库包括：被测信号超载或报警记录，可查阅报警参数，根据需要可随时打印输出等。当轧制压力超过设定门槛值时，发出声光报警信号，提醒操作工实时了解轧机的运行状况，以作出是时轧制决定。

 循环球式电动助力转向系统取消了传统液压助力，实现纯电动助力和系统力与位移耦合控制，具有低速轻便、高速路感强、节能环保等优点，适用于中大型商用车。 该项目系统地突破了商用车转向系统大电流控制的路感跟踪和可靠性、力与位移耦合控制等关键技术，国内外率先实现商用车转向系统的电动化，有效提升商用车转向系统的性能。获中国国际博览会高校展区一等奖、江苏省科技进步二等奖和中国机械工业科技进步奖。

南开大学自动吊车研究团队成功研制出32吨级安全高效自动桥式吊车系统一套，并提出了一系列高性能自动控制算法，取得的成果在国际上处于领先地位。经“国家起重运输机械质量监督检验中心”提供的权威检测报告知：它可使运送效率相比传统PID控制方法提高77%以上，同时使操作人员的工作效率提高2至3倍，具有良好的经济和社会效益。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 桥式吊车应用非常广泛，现有的人工操作方式工作效率很低。  人工操作吊车的主要问题： 工作效率低 定位准确度不高，难以应用在核电场合 人工操作安全系数低，伤亡事故频发 国内统计：吊车作业伤亡事故占很大比率 美国统计：年均死亡300~400人，死亡人数逐年上升 自动吊车研究目标： 对负载的自动快速运输，提高运输效率与自动化水平； 对负载的摆动进行抑制，提高效率、安全性与操作精度； 对各种紧急情况的自动处理，提高安全性。  南开大学自动吊车研究团队成功研制出32吨级安全高效自动桥式吊车系统一套，并提出了一系列高性能自动控制算法，取得的成果在国际上处于领先地位。经“国家起重运输机械质量监督检验中心”提供的权威检测报告知：它可使运送效率相比传统PID控制方法提高77%以上，同时使操作人员的工作效率提高2至3倍，具有良好的经济和社会效益。所搭建的自动吊车已在天津起重设备有限公司内进行初期应用，目前正积极推进产业化。

本项目检测系统通过高帧频面阵相机动态实时采集纱线图像，配合鲁棒性图像处理与参数检测算法，实现对纱线条干均匀度的全面评价，建立电子黑板和电子织物构建模型，实现纱线条干均匀性的可视化，预测纱线条干在黑板和织物中的外观效应。该项目同时可用于纱疵分类、竹节纱参数检测以及纱线等级预测评定。 关键技术 （1）纱线传动控制各单元的协调与配合：包括传动装置与采集设备各组件的配合设计，纱管退绕装置与主动轮连轴传动时的张力控制，运行中纱线的抖动和跳动问题，暗箱、相机镜头和光源位置的优化调整以及纱线速度、光源亮度与相机帧频、曝光时间的配合问题。 （2）基于 C++与 Opencv 的多线程实时处理框架的搭建，在纱线图像采集的过程中，实现图像的边采集边处理，提高系统的实时性，缩短检测所用时间，杜绝纱线信息丢失现象，从根本解决纱线图像高速检测的问题。 （3）鲁棒性纱线图像处理算法的研发：包括配合实时检测的纱线图像分割算法的研发，相邻图像间重合部位查找算法的研发以及纱线图像可视化模块电子黑板构建算法和电子织物仿真算法的研发。 知识产权及项目获奖情况 已授权发明专利 2 项。发表相关 SCI 论文 6 篇，EI 论文 4 篇 项目成熟度 采用图像式纱线条干检测系统已对多种类型的纱线进行检测，并将检测结果与成熟的仪器和人工结果进行了对比，无论在段片段不匀、周期性不匀，还是相关性分析和长片段不匀方面，该检测系统都可获得与成熟仪器较为一致的结果。 

项目成果/简介:本项目开发了一套 32 吨级工业自动吊车系统，相关技术处于国际领先地位。本展品可使吊车运送效率比当前主流方法提高 77%以上，行程 6 米时，最大定位误差不超过 5 毫米，精度非常高。同时，本展品可确保事故率降低 50%以上，使操作人员工作效率提高 2-3 倍。本展品已在天津起重设备有限公司生产的吊车上进行了大量的推广应用。 这项成果符合《中国制造 2025》的战略目标，具有非常显著的经济效益。它定位精度高，有助于实现核废料运送与处理等操作。无人式的操作方式可以使桥式吊车在各种危险环境下作业，从而进一步拓宽了其工作范围，在先进制造行业产生了非常积极的影响。 这项成果在创新性方面处国际领先水平。在吊车控制方面，国际上近 5 年来引用数排名前十名的论文中，这项成果占到 4 篇；成果第一完成人方勇纯教授应邀前往波兰华沙参加第 11 届机器人运动与控制研讨会并做大会报告（其他三位大会报告人分别来自美国，法国，葡萄牙）。2016 年，成果入选国家自然科学基金委资助项目优秀成果选编（六），信息科学部 5 年共入选成果 25 项，其它入选成果的第一完成人分别为高文院士，杨学军院士，钱锋院士，房建成院士，郝跃院士等著名专家。应用范围:吊车是应用领域最广的设备之一，我国在基础设施建设上的持续投入，为吊车类起重机械的蓬勃发展提供了非常好的机会。随着产业转型升级和战略性新兴产业发展，智能起重机是起重机行业的大势所趋，也是当前智能制造业的迫切需求。具体体现在：（1）新兴产业促使起重机趋向大吨位、高效率、自动化、智能化及多用途方向发展。（2）用户对起重机性能的要求不断提高，为此必须借助于新兴的智能技术来研制智能型起重机。（3）随着全球经济一体化，制造企业需要借助于智能起重机来提升装配水平和生产效率，增强在国际市场的竞争力。 本自动化吊车可以为地方经济和社会发展注入活力，可望形成重要的产业基地。主要体现在：（1）本自动吊车科技水平高，可以提高相关制造业的技术水平和产品竞争力。（2）本自动吊车本身及衍生产业可以提供就业机会，缓解社会压力。（3）本自动吊车主要用于具有智能化生产流程的核电、码头、建筑行业等，可带动上下游企业的发展。（4）本自动吊车具有良好的市场前景，更便于带动产业的发展，在实施地区可形成重要的产业基地。效益分析:特色 1：本展品的自动化吊车包括机械部分与电气部分，还开发了吊车自动控制软件系统。具体而言，为了实现高性能自动控制，提高实时性，设计了基于 DSP 的多轴控制板。手/自动操作可由遥控器上三个按钮进行设置，DSP 可以实时监测对应的三路信号来判断吊车的手/自动状态，以便在变频器操作模式无变化的情况下，通过 PLC实现吊车手/自动控制状态的平滑切换，自动模式由 DSP 提供控制信 号，手动模式由单片机提供。 特色 2：建模、轨迹规划、跟踪及自动快速消摆技术。提出了一种精确的多吊绳吊车模型与一种基于鱼群行为的 RNA 遗传算法的建模方法。可更为准确地刻画实际工业吊车特性，为后续控制方法设计与分析奠定坚实的基础。提出了多种便于台车跟踪的自动消摆轨迹，简单易行，效果良好。此外，提出了一种增强耦合非线性消摆控制技术、一种鲁棒滑模控制方法以及一种考虑轨道约束的自适应消摆控制技术，能充分考虑外界干扰与未建模动态的干扰，取得良好的防摆与定位控制效果。此外，考虑吊车执行器的饱和约束、部分信号不可测量等实际问题，还设计并提出了一系列行之有效的自动控制方法。 特色 3：运动体检测与三维场景重建技术。具体而言，项目组搭建了一种彩色点云获取设备，可以准确获取实际工况下带有颜色信息的三维点云。提出了一种三维的正态分布变换算法，在实际应用中取得了稳定有效的结果。为防止桥式吊车现场危险事故的发生，设计了一种智能监控系统来发现进入吊车操作现场的人，并在可能发生危险时进行警报。经大量测试，所提技术能很好地完成预定任务。 特色 4：持续扰动抑制。针对野外工作的吊车系统，设计了一种适用于持续扰动情况下的非线性复合消摆方法。除此之外，针对周期性干扰的不利影响，项目组还提出了一种重复学习与部分反馈相结合的控制方法。两种方法均可有效抑制持续干扰对吊车系统的影响。 特色 5：竖直起降技术。针对负载的起吊、落吊、水平传送过程，提出了一种非线性跟踪控制方法，该方法能保证台车及绳长变化的跟踪误差始终地保持在任意设定的范围内并收敛于零，同时能有效地消除负载的摆动，大幅提高系统的工作效率。

金属制品是冶金工业中的重要一环，但在我国该行业却是一个薄弱环节，机械、电气设备陈旧，阻碍了行业的发展。该系统是以笼型异步电动机变频调速代替发电机—电动机组，用一台PC机实现拉拔品种设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。系统动、静态数字模型的建立及按专家系统研制的品种设定器为本项目最突出的创新点。 系统的技术先进，节能显著。调速范围在正常工作时为30:1；在5%的额定转速时有1.5倍的额定转矩；设备效率为90-95%；节电率为41%。自94年第一套投产以来，已有从三卷筒到八卷筒的五套电控系统投入运行，至今工作良好。 97年通过省级技术鉴定，评定为“国内领先”水平，在无张力检测的直进式拉丝机上应用变频调速，实现反拉力恒定、秒流量相等的实时控制；应用专家系统研制的品种设定器及自行研制的急停装置等属国内首创。获宁夏自治区科技进步二等奖，北京市科技进步三等奖。

本项目开发了一套 32 吨级工业自动吊车系统，相关技术处于国际领先地位。本展品可使吊车运送效率比当前主流方法提高 77%以上，行程 6 米时，最大定位误差不超过 5 毫米，精度非常高。同时，本展品可确保事故率降低 50%以上，使操作人员工作效率提高 2-3 倍。本展品已在天津起重设备有限公司生产的吊车上进行了大量的推广应用。 这项成果符合《中国制造 2025》的战略目标，具有非常显著的经济效益。它定位精度高，有助于实现核废料运送与处理等操作。无人式的操作方式可以使桥式吊车在各种危险环境下作业，从而进一步拓宽了其工作范围，在先进制造行业产生了非常积极的影响。 这项成果在创新性方面处国际领先水平。在吊车控制方面，国际上近 5 年来引用数排名前十名的论文中，这项成果占到 4 篇；成果第一完成人方勇纯教授应邀前往波兰华沙参加第 11 届机器人运动与控制研讨会并做大会报告（其他三位大会报告人分别来自美国，法国，葡萄牙）。2016 年，成果入选国家自然科学基金委资助项目优秀成果选编（六），信息科学部 5 年共入选成果 25 项，其它入选成果的第一完成人分别为高文院士，杨学军院士，钱锋院士，房建成院士，郝跃院士等著名专家。

本项目是基于嵌入式软硬件系统技术、光机电技术等高新技术的综合 应用创新，其创新最终体现在电子花样机功能、性能的大幅提升。该系 统研究内容包括多维电机高速协同运动控制嵌入式硬件平台、嵌入式操 作系统定制与实时优化、保真的可定制花样数据表示与存储、多模式花 样数据动态加载、高速协同缝制控制方法与同步显示、仿真缝制，以及 基于PC的花样辅助设计与仿真缝制环境等。目前，该嵌入式控制系统已 成功应用于新一代智能电子花样机装备。