连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统的研究--大学生创新创业训练计划项目结题材料.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除国家级大学生创新创业训练计划项目结题材料项 目 编 号： 201411488007 项 目 名 称： 连铸结晶器振动形态在线 检测和控制系统的研究 项目负责人： 周 培 学 校 名 称： 衢州学院 项目所属一级学科： 控制科学与工程 结 题 日 期： 2016.3.15 项 目 类 别：创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目二一五年十一月目 录一、项目结题报告二、项目实施情况总结1. 项目实施情况2. 项目研究内容及方法的创新3. 项目成果的学术价值4. 项目成果的社会效益和经济效益5. 研究存在的不足或欠缺三、项目研究成果材料1. 论文2. 奖状3. 软件著作权4. 实验装置照片国家级大学生创新创业训练计划项目结题报告项 目 编 号： 201411488007 项 目 名 称： 连铸结晶器振动形态在线 检测和控制系统的研究 项目负责人： 周 培 学 校 名 称： 衢州学院 项目所属一级学科： 控制科学与工程 结 题 日 期： 2016.3.15 项 目 类 别：创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目大学生创新创业训练计划项目实施办公室制一、项目情况项目概况项目名称连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统的研究项目性质（）基础研究 （）应用研究项目来源（）自主立题 （）教师指导选题起止时间自2014年6月 至 2016年6月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）项目负责人姓名周培性别男出生年月1996.11学历本科所在学院电气与信息工程学院联系电子信箱807347415项 目 组主要成员姓名性 别学历专业具体分工陈蒙恩男本科电气市场调研乌婷婷女本科自动化撰写论文董世青男本科电气 测试和仿真实验钟雨星男本科电气软件设计指导教师姓名姜春娣性 别女出生年月1979.7职称讲师联系电要研究方向自动控制、故障诊断、传感器检测姓名陈佳泉性 别男出生年月1975.8职称讲师联系电要研究方向计算机控制姓名毛成性 别男出生年月1978.6职称工程师联系电要研究方向金属加工与控制项目主要内容本项目主要研发连铸结晶器的振动形态检测和控制系统，首先进行检测平台的自动调平，然后传感器采集结晶器振动信号，通过信号调理模块调理后，再经A/D转换，并通过MSP430将振动信号传给工业控制计算机。数据终端接受传来的数据，经过分析处理后在用户界面上进行结晶器振动状况的具体参数及曲线的描述，并通过数据的融合进行振动形态的三维重构。 1) 分析连铸结晶器振动形态，确定数据采集和传输的方案，分析了振动形态的同步性并对其进行了三维构建。 2)设计系统硬件总体方案，实现数据采集、自动调平和数据发送的硬件电路的具体设计，根据系统硬件方案设计各模块的软件方案。 3）设计基于虚拟仪器和计算机的在线检测系统，结合现场控制手段，形成一个完整的闭环控制系统。 二、项目实施情况总结内容提示：1.项目实施情况；2.项目研究内容及方法的创新；3.项目成果的学术价值；4.项目成果的社会效益和经济效益；4.研究存在的不足或欠缺，尚需深入研究的问题等。1500字左右。1.项目实施情况 本项目自2014年6月启动自今，在学校和学院领导的关心和支持下，经过项目组成员的共同努力，完成连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统的研究的项目。 本项目负责人与另外四名同学组成了课题开发小组，并依据个人的特长和兴趣进行了合理分工。在整个项目研发过程中，在老师指导下，采取项目负责人负责制，给每位组员分发任务，团结协作，共同完成了连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统的研究等工作。在此期间项目组成员利用课间休息、周末、寒假和其它业余时间，组织项目研讨工作，并查阅大量资料获得第一手资料，为此大学生创新项目顺利进行，提供了可靠的保障。项目组指导教师由两个校内指导教师（其中第一指导教师为姜春娣老师）、1个校外指导教师（毛成导师）组成，具有较强的科研能力和指导学生开展创新设计的经验。本项目立项后，经过方案制定、软件编程、电路仿真、样机制作、现场调试、样机修改、现场适用等阶段，整个项目计划于2016年3月正式完成。 本项目立项后，经过项目成员完成设计方案后，由衢州学院指导教师和项目组成员及校外指导教师进行了讨论。进一步完善了设计方案，在电路设计阶段，坚持硬件和软件的结合，硬件方面按照原理框图、单元电路图、元器件参数选择计算。整体原理图、硬件仿真、PCB图的过程设计，软件方面，按照由上至下的原则设计，完成了各功能模块的软件编写，保证模块的课扩展性，设计过程还加强技术审核，保证各设计环节的正确性。在样机试制过程中提高了质量要求。必须去制定的专业厂家采购，入库前必须检查其相应的试验项目，以确保构件的质量。项目组及合作企业经过不断的改进设计、现场测试、误差补正、再测试再改进的周而复始的设计过程，基本能够实现合作企业应用要求。2.项目研究内容及方法的创新1)项目研究内容：连铸结晶器的在线检测以及控制系统构建如图1所示，系统的硬件部分主要包括传感器部分、信号调理电路、数据采集卡及工业控制计算机。该系统首先进行检测平台的自动调平，然后传感器采集到结晶器振动信号，通过信号调理模块调理后，再经A/D转换，并通过MSP430打包后将振动信号的相关数据传给工业控制计算机。数据终端接受传来的数据，经过数据分析、处理后在用户界面上进行结晶器振动状况的具体参数及曲线的描述，并通过数据的融合进行振动形态的三维重构，且能动态模拟并回放结晶器的振动过程，直观准确的显示结晶器的振动状况。图1为连铸结晶器振动形态在线检测示意图，图2为振动平台控制系统的总体框图。 图1 连铸结晶器振动形态在线检测示意图 图2 振动平台控制系统的总体框图结晶器振动形态在线检测和控制系统总体由两部分组成：下位机系统与上位机系统。下位机系统为具有自动调平功能的无线传感器，是以T1公司生产的MSP430F149作为主控芯片的系统，主要由传感器、信号调理模块、A/D转换模块、自动调平模块、MSP430单片机最小系统及其他外围模块等组成见图，主要实现平台的自动调平、数据采集及数据的发送。上位机系统为工业控制计算机，主要进行数据的接受，并负责对下位机系统发送相关指令及配置参数，承担数据的分析、处理及显示，同时利用反馈执行机构控制结晶器振动台驱动电机，具体如图3所示。本系统的软件设计以MSP430单片机为控制核心，用来实现数据的采集、平台的自动调平和数据的发送等功能，而数据的分析、处理等功能则由工控机实现。具体软件结构图如图4所示。 图3硬件总体架构图 图4 结晶器振动的软件流程图2）方法的创新：（1）重构结晶器振动形态的三维模型直观而准确的获取结晶器的相关参数测量信息更加全面可靠（2）无线传感器具有自动调平功能高精度倾角传感器采集平台水平信号通过单片机分析处理进行步进电机的精密控制，使无线传感器平台的水平状况满足测试系统的要求。 3.项目成果的学术价值1.发表论文三篇2.其中项目主持人周培获得第六届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛C/C+程序设计本科B组省赛三等奖。3.项目主持人周培获得衢州学院程序设计大赛二等奖。4.项目主持人周培获得浙江省微积分竞赛三等奖。5.项目主持人周培申请2016年大学生科技创新项目基于物联网的智能滴灌系统。6.项目主持人周培参与2016年省级大学生科技项目基于STM32F103的智能插座系统设计。 4.项目成果的社会效应和经济效应针对之前方法测量精度低，不能准确反映结晶器的真实振动情况，容易造成意外损坏，存在安全隐患，检测结果存在一定的局限性，信息缺乏全面性和直观性等存在问题，本项目提出连铸结晶器振动形态在线检测和控制方式，实现分析了连铸结晶器振动形态，在现存技术基础上进行了振动形态检测技术的需求分析，确定了数据采集和传输的方案，分析了振动形态的同步性并对其进行了三维构建。设计了系统硬件总体方案，并根据方案实现了数据采集、自动调平和数据发送的硬件电路的具体设计，同时根据系统硬件方案相应的设计了各模块的软件方案。设计了基于虚拟仪器和计算机的在线检测系统，结合现场控制手段，形成一个完整的闭环控制系统，以此根据现场生产情况，及时调节振动参数，达到最佳生产效果。该项目研发后拟推广应用到相应生产企业，将大大提高其振动形态的真实性、降低成本损耗，提高次品率，具有较高的社会效应和经济效应。 5.研究存在的不足或欠缺 在研制过程中也发现了一些问题，如传感器信号质量不稳定、有噪声、一致程度差，元器件的安装不合理等造成电路一致性有些差异，还需要加强对元器件的质量控制，加强对焊接工艺控制。 6.技术难点： 1）多传感器获得信息多，包含一定的噪声和干扰，在信息处理、分析和融合上较 难实现 2）三维动态模拟中模态分析算法的设计注：本栏可加页。三、项目实现经济效益和知识产权情况经济效益年产值（万元）年利税（万元）506知识产权著作类科技论文（篇）3科技著作（种）专利类专利申请受理（件）发明专利数（件）其他类（实物、模型等）控制平台一套获奖情况国家级奖项省级奖项市级奖项校级奖项四、项目成果统计完成论文登记表（具体资料附页）主要作者论文名称刊物名称、年、卷、期、页或论文集名称、出版社、页论文被引用情况或三大索引收录情况论文类别（打）国外重要刊物国内重要刊物学术会议论文其他刊物国外国内周培，罗强，金称雄，陈佳泉GIS开关室的环境智能监测装置的研究与设计中国科技博览(2015第17期）周培，罗强，姜春娣，陈佳泉，缪媚奈连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统研究中国科技博览(2016第03期）姜春娣，周培，缪媚奈，基于dSPACE的永磁同步发电机矢量控制平台的设计中国科技博览(2016第03期）姜春娣，周培多传感器信息融合在TP2铜管成形中的应用中国化工贸易完成论著及其它成果登记表（具体资料附页）获奖成果名称主要完成者授奖单位奖励名称等级日期专利名称申请人或专利权人发明人申请号或授权号专利国别申请日授权日论著名称主要作者出版时间字数（万字）出版社推广成果名称应用单位社会效益评议、鉴定成果名称评议、鉴定单位评议、鉴定日期五、项目经费使用情况国家级大学生创新创业训练计划项目经费收入及支出明细表项 目金 额（元）备 注一、经费收入10，0001、省财政经费2、学校配套经费10,0003、自筹经费4、其它二、经费支出1、设备费（1）购置设备费（2）试制设备费（3）设备租赁费2、材料费40003、测试化验加工费4、燃料动力费5、差旅费20006、会议费 7、合作、协作研究与交流费8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费10009、人员劳务费10、专家咨询费200011、其他开支1000三、经费结余0注：1、经费收入 = 经费支出 + 经费结余；2、务必加盖学校财务处公章，无公章无效；3、购置设备费20% （其中不能用于购买通用设备）；人员劳务费15%。指导老师签名： 财务处：（盖章） 年 月 日 年 月 日六、项目组承诺书承 诺 书1、本申请书中所填写的各栏目内容真实、准确。2、提供验收的技术文件和资料真实、可靠，技术（或理论）成果事实存在。3、提供验收的实物（样品）与所提供鉴定的技术文件和资料一致，并事实存在。4、本项目的知识产权或商业秘密明晰完整，未剽窃他人成果、未侵犯他人的知识产权或商业秘密。若发生与上述承诺相违背的事实，由本项目组承担全部法律责任。 项目组全体成员（签章）： 年 月 日七、指导老师意见本项目组研发了一种连铸结晶器振动形态在线检测和控制系统的平台一套，该项目研发后拟推广应用到相应生产企业，将大大提高其振动形态的真实性、降低成本损耗，提高次品率，具有较高的社会效应和经济效应；项目组发表论文三篇；其中项目主持人周培获得第六届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛C/C+程序设计本科B组省赛三等奖；项目主持人周培获得衢州学院程序设计大赛二等奖；项目主持人周培获得浙江省微积分竞赛三等奖；项目主持人周培申请2016年大学生科技创新项目基于物联网的智能滴灌系统；项目主持人周培参与2016年省级大学生科技项目基于STM32F103的智能插座系统设计。通过该项目的实施，激发了同学们的创新思想，培养团队的协作精神，提高了学生