随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。 鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。 本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用Verilog HDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用Synplify Pro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。 在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。 关键词：列车通信网；多功能车辆总线；多功能车辆总线控制器；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-07-18
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随着计算机及其外围设备的发展，传统的并行接口和串行接口在灵活性和接口扩展等方面存在的缺陷愈来愈不可回避，并逐渐成为计算机通信的瓶颈。在这种情况下，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)诞生了。USB由于具有传输速率高、价格便宜、使用方便、灵活性高、支持热插拔、接口标准化和易于扩展等优点，目前已经成为计算机外设接口的主流技术，在计算机外围设备和消费类电子领域正获得越来越多的应用。 @@ 本文基于USB2．0协议规范，设计了一款支持高速和全速传输的USB2．0设备控制器IP核。文中着重介绍了这款设备控制器IP核的设计和FPGA验证工作，详细研究并分析了USB2．0规范，根据规范提出了一种USB2．0设备控制器整体构架方案，描述了各个功能子模块硬件电路的功能及实现。从可重用的角度出发，对设备控制器模块进行优化设计，增加多个灵活的配置选项，根据不同的应用对硬件进行配置，使其在满足要求的情况下去除冗余电路，以减少占用面积和功耗，从而使其灵活地应用于各种USB系统。本文还研究了IP核的验证方法，并对所设计的USB2．0设备控制器建立了功能完备的ModelSim仿真验证环境，搭建了FPGA硬件验证平台，设计了具有AHB接口的设备控制器和带有8051的设备控制器，并分别在FPGA平台上进行了功能验证。 @@ 本文所设计的USB2．0设备控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端点的个数以及每个端点类型等，可以集成于多种USB系统中，适于各类USB设备的开发。本课题所取得的成果为USB2．0设备类的研究和开发积累了经验，并为后来实验室某项目测试芯片的USB数据采集提供了参考方案，也为未来USB3．0接口IP核的开发和应用奠定了基础。 @@关键词USB2．0控制器；IP核；FPGA；验证
上传时间： 2013-06-30
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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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交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展，而实现分布式电源的核心就是模块的并联技术。多台逆变器并联可以实现大容量供电和冗余供电，可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积重量大为降低，同时其主开关器件的电流应力也可大大减少，从根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆变器并联技术。 本文首先对电压、电流双闭环逆变器控制系统进行了研究。通过对传递函数的分析，得到了基于等效输出阻抗的双闭环控制的逆变器并联系统模型。在分析逆变器模型的基础上设计了各控制器参数，并通过MATLAB仿真进行了验证。根据上述模型，分析了逆变器并联的环流特性，以及基于有功和无功功率的并联控制方案。 随着电子技术的不断发展，FPGA技术正在越来越多地用于工程实践中。本文在研究SPWM控制技术的基础上，应用FPGA芯片EP1C12Q240C8实现了SPWM数字控制器，用于多模块逆变器并联控制系统。文中给出了仿真结果和芯片的测试结果。 基于FPGA的三相逆变器并联数字控制器的研究具有现实意义，设计具有创新性。仿真和芯片的初步测试结果表明：本文设计的基于FPGA的逆变器并联数字控制器能够满足逆变器并联系统的要求。
上传时间： 2013-08-05
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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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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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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
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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为了解决当前PVC软标生产技术落后、效率低、质量不稳定、能耗高、工作环境差等问题，本文提出研制集注标、烘烤、冷却的数控PVC软标机方案。 数控PVC软标机控制系统采用“ARM9+RT-Linux”开发模式，将数控技术与嵌入式系统应用有机结合起来，一方面发挥ARM9微处理器高性能、低功耗的特点，使PVC软标机数控系统有较强的数据处理和运动控制能力；另一方面利用实时操作系统RT-Linux的开放性、强大的功能，简化了数控系统软件的开发，缩短了应用系统开发周期。 本文研究的主要内容是基于嵌入式的PVC软标机数控系统硬件设计和软件开发。首先详细介绍了系统各功能模块的硬件电路设计，包括嵌入式最小系统搭建、伺服驱动器接口电路设计、电磁阀接口电路设计、人机交互模块设计、通信模块设计、开关量模块设计等方面内容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系统软件实现机理的理论指导下，提出了系统软件的架构，在此基础上详细阐述了软件实现过程：通过对PVC软标机数控系统功能需求及多任务间数据依赖关系的分析，同时结合RT-Linux平台上实时应用软件的结构特点，本文在逻辑架构上对控制系统的实时任务和非实时任务进行了划分，并设计了模块间数据缓冲机制；在时序架构上提出了系统的多任务运行时机分配以及各任务之间正确合理的时序关系，以保证实时任务的实时性和非实时任务能够得到适当运行；在应用软件架构上利用RT-Linux多线程编程技术实现了系统软件的基本功能。最后，针对本系统插补所需的精度和系统实时性要求，利用数据采用直线插补算法实现了系统的插补功能。 目前，PVC软标机数控系统的基本功能已经实现，系统能够在实验平台上稳定运行，基本达到预期目标。关键字：PVC软标；数控系统；插补；RT-Linux；ARM9
上传时间： 2013-04-24
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地铁信号设备中输入输出设备是信号逻辑和现场设备之间的接口，有着四高（高安全，高可靠，高可维护，高可用）要求，目前信号系统厂家的传统做法是整个信号系统产品由一家公司来完成，可是随着技算机技术的快速发展，逻辑部份目前已可以采用通用COTS产品，而输入输出部分还是需要各个信号厂家自己设计和生产，因此设计出一款通用型的输入输出控制器已成地铁行业的发展方向。 为了满足以上要求，本文从实际应用角度出发，使信号系统的产品更加的开放透明，设计出基于ARM的地铁用安全型的智能I/O，从而使信号系统设计可以方便地和现场信号设备接口。 在硬件上采用冗余设计，以ARM为主处理器，整个系统无单点硬件故障，采集部分采用动态异或输入设计，驱动部分采用安全驱动设计。 基于ARM的地铁用安全智能I/O严格遵循欧洲铁路信号产品的标准，使系统的安全性，可靠性，可用性和可维护性有了充分的保障。 本文主要介绍了地铁用安全型智能I/O控制器的设计和实现，包括设计思想，具体实施，硬件和软件的设计等。
上传时间： 2013-06-12
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