运动控制技术是机电一体化的核心部分，提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说，运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能，而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用，使运动控制卡的性能得到了不断改进，集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面： 首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。 其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，针对运动控制中的一些具体问题，如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等，在FPGA上设计了四轴运动控制电路，定义了各个寄存器的具体功能，设计了功能齐全的加／减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等，自动降速点运动、A／B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后，进行了本运动控制卡的测试，从测试和应用结果来看，该卡达到预期的要求。
上传时间： 2013-07-27
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超声波电机(Ultrasonic motors，简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象，引入嵌入式系统理念，设计并制作了超声波电机的驱动控制系统，并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下： 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景，总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状，以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向，明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法，详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程，并总结了硬件、软件的调试过程。最后，对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心，频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器，具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节，其控制策略简单、易行，通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略，该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合，改善了模糊控制器稳态性能，使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间： 2013-07-16
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论文根据系统具体控制对象将多电机独立驱动电动车的操稳性控制划分为间接稳定性控制与直接稳定性控制两大类，前者以优化车轮和路面的相对运动为目标;而后者直接以整车运动状态参量为调节对象.针对双电机前轮驱动EV，提出了基于自由轮转速信息的驱动防滑控制.分析了汽车转向过程的差速动力学原理，在Ackermann-Jeantand转向侧几何模型下讨论了理想差速过程中车轮驱/制动转矩变化应满足的条件.根据上述分析提出了一种双模式转矩分配电子差速器设计思路.分析了直接横摆力偶矩的产生与简化的转矩分配方法.基于零侧偏理想模型设计了双电机EV的前馈直接横摆力偶矩控制器并进行数值仿真，结果显示该方法能一定程度改善操稳性，但控制效果受系统非线性影响较大.提出应用隐模型跟踪最优控制理论的DYC控制策略，设计了控制器并进行仿真计算，证明此控制方法能在降低质心侧偏的同时保证横摆角速度响应的稳定、平滑、快速，并能适应不同路面情况.通过仿真讨论前驱动或后驱动布局与DYC控制效果的关系以及系统对汽车质心参数变化的适应性.设计并改装了双电机前轮独立驱动试验车.初步试车中该车转向与加速皆运行良好，以此为基础未来可进行控制策略实车测试.
上传时间： 2013-04-24
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瞬变电磁法作为一种重要的地球物理探测方法，由于它在时间和空间上的可分性，使得这种方法简单易行，信息丰富，精度较高，低成本，见效快，从而在矿藏勘探、钻井和海洋勘探等领域得到了广泛的应用。随着接收仪器的数字化和智能化，发射功率的增大，数字模型计算正反演的应用，解释水平的提高，瞬变电磁法可解决的地质问题不断扩大，几乎涉及了物探工作的各个领域：矿产勘探，构造探测，水文与工程、地质调查，环境调查与监测以及考古等。近年来，在找水、市政工程、土壤盐碱化和污染调查、浅层石油构造填图，以及矿井突水预测等领域都取得了良好效果。 瞬变电磁法探测系统包括发射机和接收机两部分。接收机用作在噪声中提取由发射机发射的一次场信号在地下导体中感应出的二次场信息，其信息反映了地下导体的电阻率差异，通过对该信息数据的处理了解探测目标的特性从而达到探测的目的。 瞬变电磁信号具有早期信号幅度大、衰减快，而中晚期信号幅度小、衰减慢的大动态范围的特点。因此，必须设计出能适应这种瞬时变化快、动态范围大数据信号要求的高性能数据采集系统。同时，瞬变电磁探测系统的工作环境大都是在野外，因此，为适应野外工作的需要，数据采集卡尤其要有较低的功耗。 本论文在总结其他数据采集系统设计的基础上，提高采样速率和采样精度、采用分段放大技术避免放大饱和和实现对小信号的有效识别、改用ARM作为核心处理器实现对接收机的有效控制、改进USB2.0的实际传输速度、改用自适应滤波法等噪声抑制方法组合实现抗干扰和噪声滤除设计，成功设计和实现了一套基于ARM和USB2.0的瞬变电磁数据采集系统，该系统具有高性能，低功耗，抗干扰能力强，低成本的特点，已成功应用于瞬变电磁探测实践，并取得良好效果，极大的满足了瞬变电磁探测系统的需要。同时，该系统对于其他数据采集系统的设计具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-06-21
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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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本文将嵌入式与温度控制系统结合，设计了一个实用的嵌入式实时温度控制系统，并说明了其系统组成和软、硬件的设计方法。该系统的特点是具有快速的采集和响应速度、低功耗。本文内容主要包括以下部分： 1．温度控制系统的历史、现状、发展趋势及本课题的研究内容。 2．简单介绍了嵌入式系统及其设计开发的基本知识、SAMSUNG公司的以ARM7TDMI为内核的处理器S3C44B0X和实时操作系统μC/OS—Ⅱ体系结构和内核。 3．硬件方面制定了系统核心板和温度控制系统外围电路的设计方案。系统核心板包括系统模块、存储器模块、人机交互模块三部分；外围电路包括温度检测电路和功率控制电路两部分。 4．软件方面编写了S3C44B0X的启动代码、μC/OS—Ⅱ向S3C44B0X的移植代码、嵌入式温度控制系统的应用程序及相关流程等。 5．本系统成功运行后的结果显示和心得。
上传时间： 2013-08-04
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本文介绍了通讯协议转换器研究的背景意义和目前国内外发展的现状，并详细叙述了所选方案的设计过程。本协议转换器的丰控制芯片采用了基于ARM7内核的32位微控制芯片LPC2212，提供了高速稳定的硬件平台。操作系统采用实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，工作稳定，实时性强，移植方便。 本文的丰要内容如下：整体的设计思路，结构组成；系统硬件的设计，丰要包括网络接口电路，USB接口电路，以及串口扩展电路；TCP/IP协议，丰要包括TCP协议，IP协议，ARP协议等；USB协议，丰要包括USB设备构架，USB数据流模型；串口数据转以太网数据和 USB 数据以及太网数据和 USB 数据转串口数据；嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，丰要包括信号量，消息邮箱，消息队列等；操作系统的移植，丰要包括与处理器相关的文件的改写。整个系统的硬件和底层软件部分已经完成，经串口调试软件、USB总线监测软件以及以太网数据监测软件进行实际的收发数据实验，验证了方案的合理性。 在USB和以太网驱动程序的编写中，查阅了大量的相关资料。对于USB协议，重点分析了USB协议的架构和数据流模型。对于TCP/IP协议，仔细分析了其封装和分用，分析了TCP协议、IP协议、ARP协议的原理及程序的实现。对于操作系统的移植，给出了具体的实现步骤，并给出了丰要的代码。
上传时间： 2013-06-10
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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逆变器在自动控制系统、电机交流调速、电力变换以及电力系统控制中都起着重要的作用；各系统对逆变器的性能需求也越来越高。PWM控制多重逆变器正是基于这些需求，实现可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的解决方案。 PWM控制逆变器通过对每个脉冲宽度进行控制，以达到控制输出电压和改善输出波形的目的；多重逆变器则是把几个矩形波逆变器的输出组合起来起来形成阶梯波，从而消除谐波；PWM控制多重逆变器综合上述两种技术的特点，非常适合于应用在对谐波、电压输出及稳定性要求比较高的场合。电力半导体技术和集成电路技术的快速发展，使得多重逆变器的控制、实现成为可能。 本文首先分析风力发电系统对逆变器的要求，从多重逆变器理论和PWM逆变器理论出发，提出同步式PWM控制电压型串联多重逆变器系统解决方案。本方案也可以应用在逆变电源、交流电机调速及电力变换领域中。 文中建立了一个多重逆变器的PWM控制算法模型。该算法可完成频率、相位、幅值可调的多重逆变器的PWM控制，且能完成逆变器故障运行下的保护与告警。并在MATLAB/SIMULINK环境下对算法模型进行仿真与分析。 在比较了现有PWM发生解决方案的基础上，本文提出了一个基于FPGA(可编程逻辑阵列)的多重逆变器PWM控制系统实现方案。并给出一个主要由FPGA、ADC/DAC、驱动与保护电路、逆变器主回路及其他外围电路构成的多重逆变器系统解决方案。实验结果表明，此方案系统结构简单、可行，很好完成上述多重逆变器的PWM控制算法。
上传时间： 2013-06-28
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随着无线通信的应用日益广泛，无线通信系统的种类也越来越繁杂，但是由于不同通信系统的工作频段、调制方式、通信协议等原理结构上存在差异而极大限制了不同系统之间的互通。软件无线电摆脱了硬件体系结构的束缚，成为解决不同通信体制之间互操作问题和开展多种通信业务的最佳途径，具有巨大的商业和军事价值，被喻为无线电通信领域一次新的技术革命。 本文首先回顾了软件无线电的提出和发展现状，然后论述了软件无线电的基本理论和数学模型。在此理论和模型的基础上，设计了软件无线电接收机的硬件平台。该平台包括射频部分、中频处理部分和基带处理部分。射频部分由天线和无线接收机组成；中频部分先将接收机输出的模拟信号数字化，然后再通过FPGA实现下变频；基带部分主要由DSP和嵌入式系统组成，完成解调、同步等处理并可以进行一些其他的应用。其中的嵌入式系统的主处理器是基于ARM7-TDMI内核的LPC2200芯片，为了实现开发的方便在此芯片上移植了uC/OS-Ⅱ嵌入式时实内核。 软件无线电接收机是一个很庞大的体系，其中的数字下变频器DDC是一个非常关键的组成部分，在这部分中可方便的对接收频段、滤波器特性等进行编程控制，极大的提高了通信设备的性能和灵活性，因此本文的重点在于数字下变频器的设计与实现。实现下变频的方法有很多种，由于FPGA在速度和灵活性上的优势，其应用也越来越广泛，因此主要采用了居于领导地位的XILINX公司的SPATAN-Ⅱ芯片来实现数字下变频的功能。
上传时间： 2013-04-24
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