直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的，但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器，使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内，这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向，只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链，这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型，即电压-转速模型，然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现，在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题，本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型，对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中，详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型，设计了定子磁链估计的加权模型，使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题，本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中，通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化，解决了转矩脉动过大的问题；在一个采样周期内，从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次，实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中，本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器；运用空间矢量脉宽调制技术，实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中，对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统，对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统，本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证，并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形，本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统，依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间： 2013-04-24
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-08-04
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本文首先介绍了步进电机的细分电流控制策略(实质是细分控制函数发生器)，然后讨论了圆弧插 补产生步进电机细分电流的控制方法。最后介绍一 个行之有效的优化修正方法—— 加权补偿法。
上传时间： 2013-07-28
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随着存储技术的迅速发展，存储业务需求的不断增长，独立的磁盘冗余阵列可利用多个磁盘并行存取提高存储系统的性能。磁盘阵列技术采用硬件和软件两种方式实现，软件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系统提供的软件实现磁盘冗余阵列功能，对系统资源利用率高，节省成本。硬件RAID将大部分RAID功能集成到一块硬件控制器中，系统资源占用率低，可移植性好。 分析了软件RAID的性能瓶颈，使用硬件直接完成部分计算提高软件RAID性能。针对RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技术实现RAID控制器硬件设计，完成磁盘阵列启动、数据缓存（Cache）以及数据XOR校验等功能。基于硬件RAID的理论，提出一种基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系统设计方案：独立微处理器和较大容量的内存；实现RAID级别迁移，在线容量扩展，在线数据热备份等高效、用户可定制的高级RAID功能；利用Virtex-4内置硬PowerPC完成RAID服务器部分配置和管理工作，运行Linux操作系统、RAID管理软件等。控制器既可以作为RAID控制卡在服务器上使用，也可作为一个独立的系统，成为磁盘阵列的调试平台。 随着集成电路的发展，芯片的体积越来越小，电路的布局布线密度越来越大，信号的工作频率也越来越高，高速电路的传输线效应和信号完整性问题越来越明显。RAID控制器属于高速电路的范畴，在印刷电路板（Printed Circuit Block, PCB）实现时分别从叠层设计、布局、电源完整性、阻抗匹配和串扰等方面考虑了信号完整性问题，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型进行了信号完整性分析及仿真。
上传时间： 2013-04-24
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工业X-CT（X-ray Computed Tomography）无损检测技术是以不损伤或者破坏被检测对象的一种高新检测技术，被誉为最佳的无损检测手段，在无损检测领域日益受到人们的青睐。近年来，各国都在投入大量的人力、物力对其进行研究与开发。 目前，工业CT主要采用第二代和第三代扫描方式。在工业CT第三代扫描方式中，扫描系统仅作“旋转”运动，控制系统比较简单。对此，我国已取得了可喜的成绩。然而，对工业CT系统中的二代扫描运动控制系统，即针对“平移+旋转”运动的控制系统的研究，我国已有采用，但与发达国家相比，还存在较大的差距。二代扫描方式与其它扫描方式相比，具有对被检物的尺寸没有要求，且能够对感兴趣的检测区域进行局部扫描的独特优点。同时X光源的射线出束角较小（一般小于20°），因此在工业X-CT系统主要采用二代扫描运动控制。有鉴于此，本论文结合有关科研项目，开展了工业X-CT二代扫描控制系统的研究。 论文首先介绍了工业X-CT系统的工作原理和各种扫描运动控制方式的特点，阐述了开展二代扫描控制的研究目的和意义。其次，根据二代扫描控制的特点，提出了“在优先满足工业X-CT二代扫描控制的基础上，力求实现对工业X-CT扫描运动的通用控制，使其能同时支持一、三代扫描方式”的设计思想。据此，研究确立了基于单片机AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的运动控制架构，以实现二代扫描控制系统的设计方案。论文详细介绍了可编程逻辑器件FPGA的工作原理和开发流程，并对其相关开发环境QuartusII4.1作了阐述。结合运动控制系统的硬件设计，详细介绍了各功能模块的具体设计过程，给出了相关的设计原理框图和实际运行波形。并制作了相应的PCB板，调试了整个硬件控制系统。最后，论文还详细研究了利用VisualC++6.0来完成上位机控制软件的设计，给出了运动控制主界面及扫描运动控制功能软件设计的流程图。 论文对整个运动控制系统采用的经济型的开环控制技术所带来的不利影响，分析研究了增加步进电机的细分数以提高扫描精度的可能性，并对所研究的控制系统在调试过程中出现的一些问题及解决方案作了简要的分析，提出了一些完善方法。
上传时间： 2013-04-24
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网络带宽依然在不断增长（尤其是在本地网），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情况是大容量的磁盘、FLASH移动存储盘和激光盘的容量不断增大，使得传送和储存数据的成本不断地下降。不仅使人发问：我们孜孜不倦的搞视频压缩高级算法还有多少意义？我们可以看到，算法的复杂性日益增加，但性能的提高却接近边缘。 是什么还在要求更高的压缩速率？还有被我们遗忘的地方吗？还有什么应用让我们继续追求更精妙的压缩算法？ 在作者看来，这个应用领域就是移动视频服务。无线频谱这种稀缺资源的有限性决定了我们必须继续对视频压缩技术进行研究。即使伴随UMTS/IMT2000的到来，移动终端可以获得的数据速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窝的时候最高能达到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率对于较高质量的视频传输来讲，仍然是有限的。因此，可以预见，移动终端的空中接口这个瓶颈使得我们必须继续进行视频压缩。 另一方面，移动终端领域开发视频压缩算法，在其低功耗和实时性要求下，也是异常困难的。为了减少计算的复杂性和运动估计的功耗，业界提出了许多快速算法，例如2-D的对数搜索，三步搜索，联合搜索。尽管这些方法减少了功耗，其结果是视频压缩性能的降低，因为这些算法的本质是减少了运动搜索的空间。为了实现运动搜索的低功耗，在电路领域又提出了搜索窗口和时钟管理的措施。但这些方法都是在牺牲视频压缩比性能的基础进行的折中，并没有强调算法映射结构上做出处理。 本论文提出了一种新的解决MPEG-4运动估计运算的低功耗实时处理器架构。其基础是采用了心肌阵列并行处理技术和低功耗控制电路。运动估计的繁复运算通过心肌阵列分布式运算得到有效处理。从理论上看，心肌阵列有其简单易理解性，然后，由于FPGA的互联网络有限性，设计这样一个阵列仍有许多值得注意的问题。论文提出使用保守近似处理在全局运动估计中减少功耗，其本质是消除不必要的冗余运算。宏块的最小误差匹配是一个典型的串行操作过程。论文新提出的方法是在进行绝对匹配前使用保守计算，如果保守误差值与最小误差差别过大，则不进行绝对误差计算。 总的说来，论文实现了两个目标：通过心肌阵列实现了实时的运动估计编码，通过在算法层次引入控制电路，降低运动估计电路的功耗。
上传时间： 2013-06-23
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减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统，目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性，增加船舶使用寿命，改善设备与人员的工作条件，提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性，经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，便可对PID参数实现自整定。另外，浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分，本论文也对其设计进行了研究，提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法，弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器，解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序。 研究结果表明：开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-07-10
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随着电子技术的不断发展，嵌入式系统越来越多地在控制类、消费类、通讯类等电子产品广泛应用，嵌入式技术也越来越和人们的生活紧密结合。同时，计算机硬件的发展以及数据量的增加，对存储设备的要求也越来越高。 本文深入研究了嵌入式系统中数据存储和数据交换，提出了一套完整的嵌入式系统中数据存储和数据交换的设计方案，并详细介绍了其实现过程。Flash存储器由于体积小、功耗低、性能稳定等特点在便携式电子产品中得到了广泛的应用。Flash存储器主要有两种形式：Nor Flash和Nand Flash。Nor Flash具有XIP特性，可以直接在芯片上执行代码，而且读取速度较快。Nand Flash存储密度大、容量大、生产工艺简单、性价比高，但是控制方式复杂而且可能会存在一定的坏块。SD卡是近年来流行的大容量便携式存储卡。本系统中，我们以Flash和SD卡作为数据存储介质。在存储介质的选择方面，在系统内部采用了体积小、容量大、成本低的Flash，并采用Nor和Nand Flash相结合的方案：在Nor Flash上存储与系统相关的软件和程序，在Nand Flash上存储用户数据。系统外部采用安全性高、容量大、性能佳的SD卡作存储容量扩展。实现了基于Atmel公司ARM系列MCU的Flash存储器和SD卡的硬件电路的设计及底层驱动程序的设计。 本研究分别根据Nor和Nand Flash数据存储和操作特点，分析了JFFS2和YAFFS的特点以及各自的存储方式、断电保护、损耗平衡、垃圾回收等一系列的策略和机制，并在Nor和Nand Flash上实现并优化了这些管理机制。在SD上则采用目前主流操作系统（Windows，Linux等）所支持的FAT16文件格式，完成了从磁盘格式化到文件的读写等标准API函数，实现了嵌入式系统的高速数据交换。
上传时间： 2013-04-24
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运动控制系统是机器人控制系统的重要组成部分。本文将ARM与CPLD技术应用于机器人运动控制系统，使控制系统更加开放、更加模块化，同时ARM芯片的高速大容量的数据处理能力以及CPLD的高集成度，可编程性，能够逾越以往控制系统中实时、高速、高精度的技术瓶颈. 嵌入式技术是当今最热门的技术之一，由于简洁、高效等优点，使得其广泛应用在各个领域；所谓嵌入式系统就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。 本文主要阐述了基于嵌入式处理器S3C44B0X的机器人控制器的设计过程。文章首先介绍了机器人本体规划、嵌入式系统和嵌入式微处理器S3C44B0X的结构特点；接着介绍了基于S3C44B0X的智能控制器的设计，包括硬件设计和CPLD软件设计。其中控制器硬件平台扩展了外部存储器、串行口，通过输出PWM信号进入驱动电路模块，从而实现控制机器人运动的目的。在CPLD设计过程中，引入JTAG调试接口，方便系统程序的下载和调试，通过自上而下、分块设计的思想给出了QUARTUSⅡ设计环境下的软件代码。本系统利用不同任务间的切换来实现通信过程，而不再采用无操作系统的工程文件的形式，这样不但有利于项目的调试，也有利于对其它接口的扩展。最后对该控制器进行了测试和分析。
上传时间： 2013-07-19
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温室技术是我国实现农业信息化的重要环节，温度是温室中的重要环境参数。实时控制是指在规定的时间内，系统必须做出相应的响应，是现代温室控制发展的更高要求。随着精细农业的发展，传统的大棚已经不能满足现代高精度、快速采集及响应的要求，由于温度的滞后性和难调控性，温度实时控制一直是温室控制的一大难题。 本课题整合了CPID与ARM的优点，提出运用CPID硬件来实现数据采集，移植实时操作系统到ARM来实现复杂算法控制，采用高精度数字传感器DS18820，并设计出混合PID模糊控制器来实现温室的变温管理，这对于现代温室的智能化控制有着十分重要的实际意义。较传统温室，优点在于(1)它改变以往依靠单片机软件来实现传感器周期性采集，改用CPID硬件产生数字传感器所需的读写时序，这种“以硬代软”的方案实时性好，且大大避免了软件运行时的不稳定性、系统冗余等先天缺陷。(2)操作系统能实现多任务、多线程以及友好的人机界面。 试验以华中农业大学的华北型机械通风式连栋塑料温室为试验模型，选择了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片为目标板，以PC机为宿主机，设计了实时温度控制平台。 主要工作： (1)概述了温度实时测控的必要性并介绍了CPLD、ARM技术及嵌入式实时操作系统的发展。 (2)介绍了温度采集模块及CPLD与ARM通讯接口模块的设计。 (3)通过ARM存储模块、LCD显示模块、串口模块、Rt18019AS网口模块、uClinux操作系统模块等系统完成了本试验平台。 (4)介绍混合PID模糊控制算法并通过Simulink工具箱进行了仿真，得出混合PID模糊控制器较经典PID控制具有更快的动态响应、更小超调、抗干扰强的结论。 (5)最后，通过试验数据验证了整套系统实时采集的稳定性及可靠性，指出了本课题的不足之处和待改善的问题。
上传时间： 2013-04-24
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