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基于智能锁模算法、时间拉伸技术和实时高速电路建立的实时光谱分析控制平台
近日,上海交通大学电子系义理林教授课题组基于智能锁模算法、时间拉伸技术和实时高速电路建立的实时光谱分析控制平台,实现了锁模激光器输出飞秒脉冲的实时光谱调控,对飞秒激光器的设计具有重要的应用价值。相关成果以“Intelligent control of mode-locked femtosecond pulses by time-stretch-assisted real-time spectral analysis”为题目于2020年1月发表于国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》(中科院长春光机所与Nature出版集团合办期刊),并入选为封面文章,在“News & Views”栏目被专门评述。博士生蒲国庆为第一作者,义理林教授为通信作者。 图说:期刊封面文章 飞秒尺度(1E-15秒)脉冲对应着原子分子、材料、生物蛋白、化学反应等丰富物质体系的众多超快过程,有着广泛而重要的应用。锁模激光器作为产生飞秒脉冲的重要基础研究工具,在物理、化学、生物、材料、信息科学等领域都有广泛的应用。飞秒锁模激光器自上世纪六十年代发明以来,与其相关的研究分别于1999,2005,2018年获得过诺贝尔奖。 随着超快光学的快速发展,越来越多的前沿应用需要对飞秒脉冲的时域和光谱进行精细控制。由于飞秒脉冲的产生涉及非常复杂的非线性和色散传输效应,达到特定脉冲状态的稳态输出需要对激光器多个参数在高维空间进行优化,传统基于激光器光学设计和优化的方法已被证明难以精确实现。 通过对飞秒脉冲状态进行智能识别,结合智能算法对激光器多参数进行全局优化,有望获得理想的飞秒脉冲输出,但其主要挑战在于飞秒脉冲难以实时精确识别。低速时域采样无法识别飞秒脉冲宽度和形状,光谱仪虽可识别飞秒脉冲积分光谱但无法识别其瞬时光谱,因此传统方法都无法做到实时控制飞秒脉冲精确锁模状态。为了解决这一难题,义理林教授课题组提出在锁模控制环内引入时间拉伸-色散傅里叶变换(TS-DFT)技术,通过时域到光谱的转换,采用低速时域采样即可识别飞秒脉冲对应的瞬时光谱宽度和形状。结合智能控制算法,实现了以1.4nm为精度对飞秒脉冲光谱宽带从10nm到40nm进行可编程控制,光谱形状可编程为高斯型或三角形等。这是本领域首次实现飞秒锁模脉冲光谱宽度和形状高精度实时编程控制,解决了飞秒锁模脉冲锁模状态无法精确调控的难题。 基于实时的光谱控制,该研究还展示了从窄谱锁模态至宽谱锁模态以及从三角形光谱脉冲态至宽谱锁模态的演变过程,发现两者动力学过程具有相似性,提出了目标锁模状态可能决定中间动力学过程的猜想,为人们进一步探索锁模激光器内部机理提供新视角。 图说:基于快速光谱分析的飞秒锁模脉冲智能控制 非线性光学著名专家John Dudley教授(欧洲物理学会主席,IEEE/OSA Fellow)在《Light: Science & Applications》的“News & Views”栏目撰文介绍此项工作,认为本工作极具创新性,开拓了研究锁模动力学新的可能性,很可能应用于多种锁模光纤激光器中。 义理林教授课题组过去六年来一直致力于解决飞秒锁模激光器的智能控制问题,2019年发表在光学领域顶级期刊《Optica》的“智能锁模激光器”成果入选美国光学学会旗下新闻杂志《Optics & Photonics News》2019年光学年度进展“Optics in 2019”。该方向工作部分得到国家自然科学基金(61575122)的支持。《Light: Science & Applications》论文全文https://www.nature.com/articles/s41377-020-0251-x《Light: Science & Applications》“New & Views”评述论文https://www.nature.com/articles/s41377-020-0270-7
上海交通大学 2021-04-10
成品油管道调和建模、控制与优化技术
针对油品调合过程中的关键质量指标辛烷值(马达法和研究法)和雷德蒸汽压等调合规律的非线性,建立了预测准确,结构简洁的智能调合模型。由于实际工业生产过程中存在的干扰因素很多,调合模型输出值与成品油属性在线分析仪的检测值不可避免地要产生一定的偏差,为此开发了汽油调合模型的在线优化校正技术,使调合模型适应工业过程操作特性的变化和生产工况的迁移。在建立的调合模型基础上,开发了离线和在线优化技术。离线优化技术不需要企业进行管道改造和安装在线分析仪,可在一定范围内提高调合的成功率和降低调合成本。在线调合模式基于离线模式,可动态更新和优化调合配方,从而能够进一步提高调合成功率,降低调合成本,减少质量过剩。开发的优化技术还考虑了多种可能的现场生产模式:例如:管道调合,罐式调合,罐底油补偿模式等。已汽油调合软件ECUST_BLEND工作。成品汽油调合过程的建模、模拟与离线优化技术已经成功在金陵石化完成现场应用。其中汽油辛烷值调合效应模型,将汽油调合过程中组分油表现的非线性效应定量的描述出来,进而准确的对成品汽油的关键指标辛烷值作出预测,与传统的乙基模型对比表明所建模型精度提高了约1%。在调合模型基础上开发的离线优化技术,结合了成品油生产现场的特点,能够有效的考虑罐底油、直调组分、锰剂添加量、以及库存约束等现场情况。在实际应用过程中,所完成的汽油调合工作全部一次达到国III标准。通过与传统的手调方式进行比较,优化后配方提高了一次汽油调合的成功率,稳定了汽油生产过程,并且降低了调合成本与质量过剩:质量过剩稳定在0.?以内,且研究法辛烷值在93.5-4.1之间波动。仅以离线优化为例,通过成本核算,每年的调合成本可减少1275万元左右。
华东理工大学 2021-04-11
成品油管道调和建模、控制与优化技术
针对油品调合过程中的关键质量指标辛烷值 (马达法和研究法) 和雷德蒸汽压等调合规律 的非线性,建立了预测准确、结构简洁的智能调合模型。由于实际工业生产过程中存在的干扰 因素很多,调合模型输出值与成品油属性在线分析仪的检测值不可避免地要产生一定的偏差, 为此开发了汽油调合模型的在线优化校正技术,使调合模型适应工业过程操作特性的变化和生 产工况的迁移。在建立的调合模型基础上,开发了离线和在线优化技术。离线优化技术不需要 企业进行管道改造和安装在线分析仪,可在一定范围内提高调合的成功率和降低调合成本。在 线调合模式基于离线模式,可动态更新和优化调合配方,从而能够进一步提高调合成功率,降 低调合成本,减少质量过剩。开发的优化技术还考虑了多种可能的现场生产模式。例如:管道 调合,罐式调合,罐底油补偿模式等。已汽油调合软件ECUST_BLEND工作。 成品汽油调合过程的建模、模拟与离线优化技术已经成功在金陵石化完成现场应用。其中 汽油辛烷值调合效应模型,将汽油调合过程中组分油表现的非线性效应定量的描述出来,进而 准确的对成品汽油的关键指标辛烷值作出预测,与传统的乙基模型对比表明所建模型精度提高 了约5%。在调合模型基础上开发的离线优化技术,结合了成品油生产现场的特点,能够有效 的考虑罐底油、直调组分、锰剂添加量、以及库存约束等现场情况。在实际应用过程中,所完 成的汽油调合工作全部一次达到国III标准。通过与传统的手调方式进行比较,优化后配方提 高了一次汽油调合的成功率,稳定了汽油生产过程,并且降低了调合成本与质量过剩,质量过 剩稳定在0.1以内,且研究法辛烷值在93.5-4.1之间波动。仅以离线优化为例,通过成本核算, 每年的调合成本可减少1275万元左右。
华东理工大学 2021-04-11
供水管网漏损分析与控制软件
集成研究团队多年以来在供水管网水力水质模拟、管网爆管风险识别及事件侦测等方面的研究成果,针对行业漏损控制问题,凝聚科研人才优势,通过与人工智能、信息工程等领域的知识融合和再创新,研发了漏损分析与控制软件平台。提供以分区计量(DMA)为核心手段的管网水量计量设备数据管理、水平衡分析、漏损识别等功能,可作为供水企业开展分区计量管理及漏损控制的核心业务平台。可以实现计量设备数据的质量控制、异常报警、数据加工等数据分析管理功能,以及一键实现多级计量分区的日产销差计算、基于聚类分析等人工智能技术的DMA流量异常数据分析和漏损识别等漏损控制核心管理功能
同济大学 2021-04-10
柴油发电机保护与功率平衡控制技术
该技术采用独有的发电机控制与保护算法,具体表现形式为一种基于嵌入式系统的 新产品。 技术创新点: 完善的柴油发电机保护功能,包括电压保护,电流保护和过载保护等。 发电机实时并网技术。可以根据需求自动投入柴油发电机并网,并保持电网电压、 频率等参数稳定。 发电机解列控制。根据实际情况,可以实时退出部分柴油发电机,降低系统能耗,并能 维持电网参数稳定。 能够实现不同柴油发电机有功功率和无功功率均衡。 具有先进的 CAN 通讯功能,能够实现多台联网工作,也可以和上位机控制系统联网 通讯。 具有友好的人机界面,完善的显示内容,并可以根据需要定制。 与同类相关技术相比,具有以下优点: 控制与保护算法更加完善,功能一体化; 采用 DSP 技术和高性能 A/D 器件,测量精度高; 模块化和工程化设计,电磁兼容性能优越,性价比高。 技术的实用性和适用领域 本研究组一直从事配电网监控与保护相关技术研发工作,柴油发电机保护算法具有 自主知识产权,相关技术和算法已经成功应用到多个产品中,产生了大量的经济效益和 良好的社会效益。发电机并列和解列技术可以根据实际功率需求,实时投入、撤除柴油 发电机,不仅可以保持电网电压、频率稳定,而且可以节能降耗,新开发的技术还适用 于新能源应用。 应用领域: 军用/民用船舶发电机保护与控制; 独立电网多台柴油发电机保护与控制; 带新能源应用的柴油发电机保护与功率平衡控制; 工厂后备发电机并网控制。
同济大学 2021-04-13
粉体加工系统优化改造与自动控制
1 成果简介粉状物料的加工工艺遍及建材、化工、冶金、机械、矿山、医药、食品、肥料、农药等工业部门。随着我国加工业产业结构调整和社会环境的变化,企业的能源和人工成本都在急剧增加。市场的国际化进程加快,也对产品质量的提高和稳定性提出了越来越高的技术要求。而我国大多数的粉体加工厂中,广泛存在没有过程自动控制手段,工艺不合理造成成本偏高,不能适应市场需求的变化。 该技术结合我们 30 年粉体加工技术研发的经验,与自控专业技术人员共同组合了粉体加工系统优化与自动控制的综合技术。2 应用说明该技术按照系统工程的思想处理优化与自控之间的关系,它涉及到加工系统的众多影响因素:物料特性、工艺流程、技术指标、外加剂、设备组合与参数选定等,而优化的目标又是降低成本、减少操作人员、提高产品质量和质量的稳定性等多个方面。我们从多因素多目标的系统综合分析入手,借助信号采集无线传输、计算机在线分析、电气动执行元器件配合等现代控制技术,实现系统的优化与自动控制。 具体的优化与控制内容如下:粉体加工系统标定,能耗分析;原料与产品的粒度组成与颗粒形貌分析;加工物料物性分析与加工系统的匹配;改善料仓结构及料位控制系统,避免料仓结拱,提高给料稳定性;分级机技术改造,提高分级效率和产品细度;外加剂的应用,改善粉体物料的流动性,提高工作效率;调整设备结构,保证合理的机内物料滞留量;通过加工设备工作状态的监控,自动控制给料系统、调整闭路系统循环负荷率,合理搭配加工单机的工作状态。3 效益分析不同产品和生产线都有差异,需根据具体情况系统分析。4 合作方式技术服务。5 所属行业领域先进制造。
清华大学 2021-04-13
水泥厂微机配料与负荷控制系统
西安交通大学研制开发的微机配料与负荷控制系统,集微机配料与负荷控制于一体,不仅完成水泥生产过程中对各成分配比的要求,而且能够提高球磨机的运行效率,降低生料和水泥的筛余量,提高粉磨细度。该系统在投入使用后,运行安全可靠,产品质量、产量均得到提高,吨水泥耗电量大幅度下降,给厂方带来十分可观的经济效益。实践证明,该系统技术先进,运行可靠,效益显著,投资适中,回收期短,是中小型水泥企业在执行ISO水泥新标准中挖潜改造,节能降耗的最佳选择。
西安交通大学 2021-04-11
粉体加工系统优化改造与自动控制
1 成果简介粉状物料的加工工艺遍及建材、化工、冶金、机械、矿山、医药、食品、肥料、农药等工业部门。随着我国加工业产业结构调整和社会环境的变化,企业的能源和人工成本都在急剧增加。市场的国际化进程加快,也对产品质量的提高和稳定性提出了越来越高的技术要求。而我国大多数的粉体加工厂中,广泛存在没有过程自动控制手段,工艺不合理造成成本偏高,不能适应市场需求的变化。 该技术结合我们 30 年粉体加工技术研发的经验,与自控专业技术人员共同组合了粉体加工系统优化与自动控制的综合技术。2 应用说明该技术按照系统工程的思想处理优化与自控之间的关系,它涉及到加工系统的众多影响因素:物料特性、工艺流程、技术指标、外加剂、设备组合与参数选定等,而优化的目标又是降低成本、减少操作人员、提高产品质量和质量的稳定性等多个方面。我们从多因素多目标的系统综合分析入手,借助信号采集无线传输、计算机在线分析、电气动执行元器件配合等现代控制技术,实现系统的优化与自动控制。 具体的优化与控制内容如下:粉体加工系统标定,能耗分析;原料与产品的粒度组成与颗粒形貌分析;加工物料物性分析与加工系统的匹配;改善料仓结构及料位控制系统,避免料仓结拱,提高给料稳定性;分级机技术改造,提高分级效率和产品细度;外加剂的应用,改善粉体物料的流动性,提高工作效率;调整设备结构,保证合理的机内物料滞留量;通过加工设备工作状态的监控,自动控制给料系统、调整闭路系统循环负荷率,合理搭配加工单机的工作状态。3 效益分析不同产品和生产线都有差异,需根据具体情况系统分析。4 合作方式技术服务。5 所属行业领域先进制造。
清华大学 2021-04-13
水泥厂微机配料与负荷控制系统
水泥生产过程中,每生产一吨水泥需要粉磨各种物料三吨左右。而研磨过程中的电耗约占水泥生产总电耗的60%-70%,因此对水泥厂球磨机采用先进、有效的控制方法,对保证水泥生产中生料和水泥的产量、质量、降低电耗,提高经济效益具有十分重要的意义。西安交通大学研制开发的微机配料与负荷控制系统,集微机配料与负荷控制于一体,不仅完成水泥生产过程中对各成分配比的要求,而且能
西安交通大学 2021-01-12
空压机性能微机测试与工况控制系统
空气压缩机量大面广的通用机械,其产品的质量和性能水平直接影响企业的经济效益。为能检验、测试其性能质量,必须有完善的检测手段。该系统分为微型计算机,数据采集柜、传感器和自动控制四大部分,包括:进、排气压力测试;进、排气温度、干、湿温度测试;大气压力测试;功率及转矩、转速测试;工况控制等。系统严格遵守GB3853-83标准,并增加闭环控制,具有工作稳定可靠,运
西安交通大学 2021-01-12
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