生物发酵作为现代生物技术工业的重要组成部分，已被广泛用于食品、制药等各个领域，并显示出良好的发展前景和巨大的市场潜力。但由于生物发酵过程是一种复杂的生化反应过程，控制变量众多且相互关联度较大，采用传统控制方法难以实现有效控制。 因此，本文根据生物发酵的流程特点和当今国内市场的切实需要，在总结国内外相关研究的基础上，针对非线性、时变、大滞后的发酵过程，将智能控制技术融入到了生物发酵控制系统中，主要对发酵过程中的温度、PH值的控制算法进行研究，分别设计了仿人智能模糊PID控制和仿人智能模糊控制，模拟仿真和实验分析表明，控制效果优于传统算法。 基于32位ARM架构的嵌入式微处理器以其高性能、低功耗、低成本的优势，得到了很好的推广，同时国内微电子与嵌入式技术得到了迅速发展。鉴于此背景，本系统现场控制的下位机的硬件平台采用基于S3C2410的处理器，软件设计中采用了嵌入式Linux系统。同时采用了集散控制技术，实现一台上位机可以同时与多台下位机的数据通讯和远程监控，且下位机可以脱离上位计算机单独对各种参数进行控制。 本文的工作重点主要包括：主要参数测量与控制、发酵过程系统的总体设计、嵌入式系统的设计。本发酵控制系统对发酵过程进行实时监测、优化操作，不仅能避免人工操作的不确定因素，提高自动化水平，而且能够对发酵过程中主要参数进行有效控制，具有重要的现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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在工业过程中，许多对象具有滞后特性，由于纯滞后的存在，使得系统的超调量变大，调节时间变长。因此滞后过程被公认为较难控制的对象，而且纯滞后占整个动态过程的时间越长，难控的程度越大。所以大纯滞后对象的控制一直是困扰自动控制和计算机应用领域的一大难题。而这类对象又广泛存在于石油、化工、酿造、制药、冶金等工业生产过程中。因此对该问题的研究具有重大的实际意义。 传统的PID配合Smith预估补偿器的控制方法，对模型误差反映比较灵敏，当存在建模误差或干扰时，控制效果并不能取得令人满意的效果。近年来随着模糊控制、神经网络控制等智能控制研究的不断深入，有些学者将它们与Smith预估控制、PID控制及预测控制等相结合，提出了针对不确定大滞后系统的新的控制方法。虽然有些控制方案效果不错，但系统的复杂程度和调试难度也随之增加。因此设计简单、快速、可靠的控制器，仍是一个重大课题。 本文首先介绍了大滞后过程的控制特点，概述了常用的大滞后过程的控制方法及其优缺点。接着概要地介绍了嵌入式系统的优点、发展历史、现状及前景。并针对性地介绍了ARM控制器的概况以及它的应用领域。然后本文针对大滞后对象提出了自抗扰控制器与Smith预估补偿器相结合的设计方案。通过仿真对比了本方案、PID配合Smith预估补偿器及单一的自抗扰控制器的控制效果，表明自抗扰控制器与Smith预估补偿器的结合有效地改善了大滞后对象的控制效果，增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。为验证该控制方案的实际控制效果，我们以PCT-II型过程控制实验装置中的具有大滞后特性的盘管内部的温度为被控对象，以JX44BO开发板作为主要的控制平台设计并完成大滞后控制实验。所以接下来本文介绍了实现这个嵌入式温度大滞后控制系统所涉及到的硬件平台、系统框图以及实验内容。然后本文介绍了嵌入式控制平台的控制界面以及各个主要功能的程序的实现，以及远程客户端程序在以太网通讯方面的程序实现和远程客户端程序的操作界面。最后本文给出了本次实验的参数设置以及最终的实验结果。实验结果表明在实际应用中本文所提出的方案对于大滞后对象具有较好的控制效果。
上传时间： 2013-06-11
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课题分析了目前国内外减摇鳍控制技术的发展与现状，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的功能设计与实现方案。 减摇鳍是一种由微机控制的自动化程度很高的船舶减摇装置。减摇鳍控制系统根据人为输入的信号和来自鳍本身的反馈信号，及时输出不同的控制指令，控制鳍转动到期望的角度，达到减小船舶横摇的目的。但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，课题设计了一款新型的基于ARM嵌入式处理器的嵌入式减摇鳍控制器，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LPC2290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；为实现系统的可靠运行，同时也采取了一些保证系统可靠性的措施。 目前，减摇鳍系统大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。由于船舶横摇运动的非线性、复杂性、时变性以及海况的不确定性，经典PID控制很难获得令人满意的控制效果。因此，如何实现PID参数的自整定就显得犹为重要。模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数。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，实时改变控制策略，便可对PID参数实现最佳调整。 研究结果表明：采用该控制手段能较好的满足设计要求，开发的嵌入式减摇鳍控制系统具有设计合理、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： 2013-06-06
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直流电动机由于具有良好的调速特性，宽广的调速范围，在某些要求调速的地方，特别是对调速性能指标要求较高的场合，如轧钢机、龙门刨床、高精度机床、电动汽车等中，得到了广泛地应用。国外这类调速系统的价格高，而国内的同类产品性能指标不够稳定，因此设计一个性能价格比较高的直流调速系统，对工业生产具有重要的现实意义。 本文采用ARM S3C2410为控制芯片，以模糊PID为智能控制方法，设计了基于实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的直流电机调速系统。首先对模糊控制及嵌入式系统作了简单介绍，构建了模糊PID控制的直流电机调速系统模型，并在MATLAB环境下，对设计模型进行了仿真，在仿真的基础上设计了控制系统硬、软件，主要包括MOSFET驱动、光电隔离、键盘显示、转速测量、H桥可逆控制部分等，并将嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ移植到该系统中，实现了对直流电机的良好调速性能。 控制系统硬件实现模块化设计，线路简单，可靠性高。软件设计采用可读性强的C语言，自底层向上层的原则设计，程序逻辑性强、易于修改维护。以ARM为核心的控制系统，结构简单，抗干扰能力强，性价比高。仿真和试验表明：基于模糊PID智能控制的直流电机调速方法是可行的，有很好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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现代喷气织机以其高速、高性能等优势，占据了无梭织机的大部分市场，并成为最有发展前景的一种织机。送经、卷取机构是织机控制系统的重要组成部分，其对经纱张力的控制精度已成为评定织机质量的重要技术指标。因此，提高和改善喷气织机的电子送经和卷取控制系统的性能非常必要，而且，开发具有高速、高精度的独立电子送经和卷取控制模块具有广阔的应用前景。 本课题研究开发了一款独立的电子送经和卷取控制模块，通过人机界面或CAN通讯对该控制系统所需参数进行设置，使其可以根据参数设置应用于不同型号的喷气织机。通过对系统的控制分析，本课题主要从硬件电路设计、软件控制及张力控制算法三个方面进行研究。 首先，通过对喷气织机的性能要求及控制器结构与性能的综合考虑，系统采用以高速ARM7TDMI为内核的低功耗微处理器LPC2294作为系统控制器，该控制器不仅速度快、性能稳定，而且其丰富的外围模块大大简化了硬件电路的设计。硬件电路设计采用模块化设计方法，主要功能模块包括嵌入式最小系统模块、主轴编码器采集模块、张力采集模块、电机控制模块、通讯模块、人机界面模块、输入输出信号模块等。根据系统需要，对各个模块的控制器件进行选取，并设计出各个模块的接口电路。最后，为了提高系统的稳定性和可靠性，在硬件电路设计中采取了隔离、去耦等硬件抗干扰措施。 在软件设计方面，系统采用嵌入式实时操作系统μC/OS-II，便于系统升级和维护。在系统硬件平台的基础上，根据设计要求对操作系统内核进行剪裁和移植，并对系统时钟节拍进行修改。结合硬件电路及系统控制要求，对系统启动代码进行修改；并根据系统对各个功能模块控制的时效性要求，对系统任务进行合理规划。为了说明系统采用该RTOS的可行性，对实时性要求最高的张力采集任务进行了实时性分析。对CAN通讯协议进行制定和编程实现，并对I2C、CAN和LCD驱动程序进行开发，另外，对每个任务的功能及控制流程和任务间及任务与中断间的信息通讯进行了说明。系统在软件方面也采用了一定的抗干扰技术，对硬件抗干扰进行补充。 最后，针对经纱张力的非线性和滞后性等复杂特性，对张力调节采用模糊参数自整定PID控制算法，设计出张力模糊参数自整定PID控制器。并在Matlab及Simulink工具下，对PID控制器下的张力算法及模糊参数自整定PID控制器下的张力算法进行仿真研究。而且对张力模糊PID控制算法在LPC2294中的实现进行了说明。关键词：ARM； μC/OS-II；喷气织机；送经卷取；模糊PID
上传时间： 2013-06-11
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本论文从国内外液压挖掘机电子节能应用现状出发，设计液压挖掘机电子节能控制系统。将“改进的变结构单神经元自适应PID控制算法”应用于发动机—变量泵的功率匹配控制中，通过仿真表明该算法具有优越性。 由于液压挖掘机有单、双变量泵系统，为了将改进的变结构单神经元自适应PID控制算法应用于不同系统，研究了单、双变量泵与发动机功率匹配的控制策略。同时为了解决发动机—变量泵功率匹配环节与变量泵—负载匹配环节之间存在的不协调问题，设计了变量泵—负载匹配系统，依据操作人员手柄位置信号，控制变量泵输出流量按比例分配到各个负载，实现液压挖掘机的发动机—变量泵—负载的功率匹配。 嵌入式计算机控制系统是当今单片机控制系统的研究热点之一。将嵌入式系统应用于液压挖掘机的电子节能控制中，选择ARM7系列处理器LPC2294作为这个控制器的核心，对液压挖掘机功率匹配电子节能控制器进行了设计，为液压挖掘机电子节能控制器的研究开发打下了基础。
上传时间： 2013-07-05
上传用户：gps6888
ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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随着变频调速技术的快速发展，基于变频调速的恒压供水系统越来越多的应用到了小区供水中。与恒速供水系统相比，变频调速恒压供水系统取得了较好的节能效果，但是由于其压力设定值一般是按系统最大能量需求时设定的，并且该设定值一旦设定后不能依据系统的能量需求自动做实时调整，使系统在大部分时间内供给的能量大于需求的能量。因此，该供水方式并没有把变频调速的节能潜力全部发挥出来。本文针对变频调速恒压供水系统这一不足，提出了变频调速实时恒压供水方式，它能依据系统的能量需求实时的调整压力设定值，能更好的发挥变频调速的节能潜力。 本文首先依据泵理论和水动力学对供水系统进行了深入的分析和研究，详细探讨了供水系统的节能原理，从而为后续章节中控制策略的选择奠定了基础。 然后针对供水系统的精确数学模型难以建立的问题，本文采用了专家系统。该专家系统能依据用户能量需求的不同，实时给出泵出口的压力设定值；在此基础上通过模糊-PID控制使供水系统迅速进入稳定状态，同时使系统具有快速性、稳定性和良好的鲁棒性。通过MATLAB仿真工具对整个控制系统进行了仿真，仿真结果表明该控制系统与常规PID控制相比具有更好的控制品质。 最后以ARM7LPC-2129为硬件基础，实现了以上各个部分的功能。另外还采用VB开发了上位机监控界面；开发了基于ARM的CAN接口，为供水系统的网络化提供技术支持；使用ARM7LPC-2129的通用输入输出口，实现了供水系统中电机的组合运行或单机启停控制；泵运行状态和火灾显示等辅助功能的实现。
上传时间： 2013-04-24
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随着嵌入式控制在工业领域的不断渗入，进入21世纪之后，基于ARM体系Linux操作系统的嵌入式一体化工业控制系统成为了工业控制的主要发展方向，ARM芯片不仅体积小，功耗低，而且功能强；Linux由于其开源，稳定以及成本低的优点，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。 本文研究的主要内容是基于Linux操作系统ARM体系的嵌入式工控一体机设计与实现。该嵌入式工控一体机是基于Motorola公司研发的ARM9嵌入式系统和Linux操作系统的设备，整个系统体积小，结构精简，并有很高的执行效率。它根据特定的工业控制对象定制特定的模型与控制算法。另外，该设备自身还具备各种数字PID控制算法，实现PID闭环控制。可以应用于工业控制领域中的各类被控设备，以及为高校自动化控制实验和工业应用研究提供解决方案。它的软件编程由Qt集成开发环境实现，Qt是基于C++的针对构造图形用户界面（程序）所使用的GUI工具包，它速度块，易于使用，并具有很好的可移植性。 本文首先对嵌入式系统进行选型，然后提出了系统的软硬件整体架构和系统的启动流程。接着介绍了系统开发环境的搭建，包括启动加载器的设计和实现，Linux内核的移植，设备驱动程序的编写以及图形用户界面的实现。最后，详细介绍了一个具有创新性的案例作为该嵌入式Linux工控一体机作为通讯和控制终端的典型应用。 该嵌入式Linux工控一体机具有极好的实用性和应用前景，并且其设计和实现过程对于其它嵌入式平台也具有很好的参考价值。
上传时间： 2013-07-27
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感应加热电源以其环保、节能等优点在工业生产中得到了广泛的应用，逆变控制电路是直接影响感应加热电源能否安全、高效运行的关键因素。目前的感应加热装置很多采用模拟电路控制，而模拟控制电路触点多，焊点多，系统可靠性低，对一些元件的工艺性要求高，电路中控制参数不容易进行修改，灵活性较差。近年来随着微处理机的发展，数字式控制精确，软件设计灵活，因而整个控制系统容易实现，在感应加热领域中运用数字式控制已是一个发展方向。 本文在模拟逆变控制系统的基础上，在可编程逻辑器件(FPGA)上进行了数字式并联逆变控制系统的研究。 首先，本文针对感应加热并联逆变控制的数字化进行了详细的研究。在参阅国内外相关文献的基础上，结合已有模拟并联逆变控制电路的工作原理，设计了全数字锁相环、它激转自激扫频启动模块等逆变控制功能模块，并对各个模块进行了相关的数学分析和功能仿真，结果证明可以达到预定的功能指标和设计要求。 然后，分析了感应加热电源的整体工作流程，针对模拟控制电路中控制参数不易进行修改、灵活性较差等问题，设计了数据采集、存储、显示等功能模块，有利于系统的调试，参数修改等实际操作。 最后，以模拟逆变控制策略为基础，分析了数字控制器的控制要求和策略。由硬件状态机实现数字控制器的设计，完成对整个逆变控制系统的整体控制操作。通过自上而下的总体设计，将各个部分组合起来，构成一个SOC系统。在FPGA集成软件中进行了各部分和整体的仿真验证，结果证明该设计可以完成逆变控制的各项需求和预定的人机交互操作。
上传时间： 2013-07-09
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