移动机器人是机器人研究领域中重要的一个分支，智能移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图象处理、检测与转换等专业技术为一体，跨计算’机、自动控制、机械、电子等多学科，成为当前智能机器人研究的重点之一。路径规划是移动机器人研究的一个基本而又极其重要的课题。灵活有效的路径规划算法能够帮助机器人适应各种复杂的环境，大大提高机器人的应用领域，尤其是使移动机器人具备自动识别环境的能力，能在未知环境下完成一定的工作。 本文的主要任务是以LEGO Technic组件为本体，重新设计一个控制器，并据此研究移动机器人的避障和路径规划策略。为满足移动机器人避障的实时性、准确性要求，需要有一个功能完善的硬件平台，实现信息采集、处理以及避障的策略。本文设计了一套移动机器人控制器，该控制器以DSP TMS320F2407A为核心，辅之以相应的外围电路、传感器、人机交互、串行通信和电源等模块。车体动力学实验及避障实验结果验证了本文所设计的控制器的性能。 在对移动机器人的避障策略的研究过程中，采用了基于虚拟力场法的位置闭环控制方法，这种方法简化了传统避障方法的数学运算过程，提高了机器人对障碍物的反应速度。最后，设计了一套实验系统，进行相应的避障方法实验。结果表明，所设计的控制器能够完成基本的实时避障功能。
上传时间： 2013-06-30
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大功率电力电子装置的广泛应用使电力系统无功功率补偿和谐波污染问题日趋严重，动态无功功率补偿和谐波抑制成为现代电力传动领域研究的热点。传统补偿技术由于主控制器运算能力的限制，难以对实时信号进行有效分析，影响了补偿效果。而DSP计算速度快，能够实现复杂的数字信号处理或数字实时控制。本文针对矿井直流提升机的无功补偿问题，设计了一种基于DSP的TCR型动态无功补偿器，以稳定电网电压、减小电压波动，提高功率因数。 本文综述了无功补偿技术的国内外研究概况、水平和发展趋势，基于 MATLAB 对电力电子装置谐波源进行了谐波分析与仿真，分析和介绍了 TCR 的无功补偿原理及瞬时无功理论，确定了无功补偿系统主电路及其控制系统，提出了系统的总体方案。 本设计选用 TMS320F2812 DSP 芯片作为主处理器，设计了信号输入、滤波放大和信号调理等 DSP 外围硬件电路；软件方面采用模块化设计，编写了软件流程图，给出了部分程序代码。 本文基于MATLAB软件对无功补偿控制系统的补偿效果进行了模拟仿真。仿真结果表明：系统线电压、负载无功功率和TCR无功功率等在两个周期内达到稳定，系统线电压波动小于3％，系统线电压和系统线电流中仅含有较少量的5次、7次和 11 次谐波，总谐波畸变率满足《公用电网谐波》标准的要求，为在煤矿中的实际应用提供了理论基础。
上传时间： 2013-07-24
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作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
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随着永磁同步电机在许多领域得到广泛应用，对永磁同步电机的研究成为一种必然的发展趋势，具有实际的意义和价值。本文采用TI公司专用于电机控制的TMS320F240型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统的软件，并在改进的清华电机控制试验平台上进行了带机试验，结果验证了系统设计方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步电机的矢量控制理论，建立了永磁同步电机数学模型，并在此基础上讨论了永磁同步电机的矢量控制调速方案；然后，以清华电机控制试验平台为基础介绍了控制系统硬件结构，其中主要论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试。在硬件的基础上，软件采用汇编语言编程，实现了转速和电流双闭环矢量控制，并给出了系统主程序和PWM下溢中断处理程序流程图，永磁同步电机矢量控制的主要控制策略如转子相位的初始化、电流采样、速度位置采样、矢量坐标变换、sinθ、cosθ值生成、PI调节、空间电压矢量(SVPWM)模块等都是在PWM下溢中断服务子程序中完成的。为达到数值的统一，对软件中所采用的参数进行了定标。最后在基于硬件平台的基础上，对软件进行带机调试，试验表明电机能快速响应并跟踪给定转速，从而证明整个系统设计的正确性。 另外，本文还在MATLAB／SIMULINK的基础上，建立采用模糊神经网络控制器的永磁同步电机的仿真模型，仿真结果表明：该控制系统具有较好的位置响应和抗干扰能力强。 在论文的最后，对全文的工作做了总结。
上传时间： 2013-07-27
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本文以电机控制DSPTMS320LF2407为核心，结合相关外围电路，运用新型SVPWM控制方法，设计电梯专用变频器。为了达到电梯专用变频器大转矩、高性能的要求，在硬件上提高系统的实时性、抗干扰性和高精度性；在软件上采用新型SVPWM控制方法，以消除死区的负面影响，另外单神经元PID控制器应用于速度环，对速度的调节作用有明显改善。通过软硬件结合的方式，改善电机输出转矩，使电梯控制系统的性能得到提高。 系统主电路主要由三部分组成：整流部分、中间滤波部分和逆变部分，分别用6RI75G-160整流桥模块、电解电容电路和7MBP50RA120IPM模块实现。并设计有起动时防止冲击电流的保护电路，以及防止过压、欠压的保护电路。其中，对逆变模块IPM的驱动控制是控制电路的核心，也是系统实现的主要部分。控制电路以DSP为核心，由IPM驱动隔离控制电路、转速位置检测电路、电流检测电路、电源电路、显示电路和键盘电路组成。对IPM驱动、隔离、控制的效果，直接影响系统的性能，反映了变频器的性能，所以这部分是改善变频器性能的关键部分。另外，本课题拟定的被控对象是永磁同步电动机(PMSM)，要对系统实现SVPWM控制，依赖于转子位置的准确、实时检测，只有这样，才能实现正确的矢量变换，准确的输出PWM脉冲，使合成矢量的方向与磁场方向保持实时的垂直，达到良好的控制性能，因此，转子位置检测是提高变频器性能的一个重要环节。 系统采用的控制方式是SVPWM控制。本文从SVPWM原理入手，分析了死区时间对SVPWM控制的负面作用，采用了一种新型SVPWM控制方法，它将SVPWM的180度导通型和120度导通型结合起来，从而达到既可以消除死区影响，又可以提高电源利用率的目的。另外，在速度调节环节，采用单神经元PID控制器，通过反复的仿真证明，在调速比不是很大的情况下，其对速度环的调节作用明显优于传统PID控制器。 通过实验证明，系统基本上达到高性能的控制要求，适合于电梯控制系统。
上传时间： 2013-05-21
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任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。 在实现过程中，本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具QuartusⅡ并结合Verilog—HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，可输出步进为0.01Hz，频率范围0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通过实验结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现任意波形发生器的方法是可行的。
上传时间： 2013-08-03
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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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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随着科学技术的飞速发展，电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域，而电子测量技术要用到各种形式的高质量信号源，因此任意波形发生器的研制就具有非常重要的现实意义。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技术进行任意波形发生器研制的。要求可以产生正弦波、方波、三角波与锯齿波等常规波形，而且能够产生任意波形，从而满足研究的需要。具体工作如下： (一)介绍国内外关于任意波形发生器研究的发展情况，阐述频率合成技术的各种方式与技术对比情况，并选定直接数字频率合成技术进行研制。 (二)介绍系统的硬件设计构成与功能实现，并对系统部件进行逐一细述。选用单片机作为控制模块，使用FPGA实现DDS功能作为技术核心，并对外围电路的设计与接口技术进行分析。 (三)讲述DDS的工作原理、工作特点与技术指标，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8进行设计，通过使用相位累加器与波形ROM等模块，实现DDS功能。同时辅以使能模块与行列式键盘，实现各种波形的灵活输出。 (四)给出系统产生的测试数据，并对影响频谱纯度的杂散与噪声产生的原因进行分析。
上传时间： 2013-04-24
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数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。 从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调理电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调理后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。 DSP处理器主要是用来从FIFO中提取数据并进行相应的处理。因为DSP运算速度快，所以本文利用DSP来完成滤波和波形重建的时候的插值算法等功能。然后DSP利用其多缓冲串口把数据送到单片机，单片机把从DSP中发送过来的数据显示到LCD上，同时利用单片机来管理键盘等功能。在软件方面主要完成了程序的一些初始化驱动，比如说是FLASH驱动、LCD驱动、DSP串口初始化、FPGA初始化等相关工作。 由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。
上传时间： 2013-04-24
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