逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片（DSP/MCU）为核心的电路系统，并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是，通用微处理芯片是为一般目的而设计，存在一定局限。为此，近几年来逆变器专用控制芯片（ASIC）实现技术的研究越来越受到关注，已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型，围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术，依次对专用芯片的系统功能划分，硬件算法，全系统的硬件设计及优化，流水线操作和并行化，芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型，以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程，同时给出了仿真结果，仿真表明此系统具有很好的动、静态性能，并且具有自动限流功能，提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上，制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格，完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学，详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程，概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上，进行了芯片系统功能划分，针对：DDS标准正弦波发生器，电压电流双环控制算法单元，硬件PI算法单元，SPWM产生器，三角波发生器，死区控制器，数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元，研究了它们的硬件算法，完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型，以此为基础，设计了一种应用于逆变器的，用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波，用相位累加器实现数控振荡器（DCO）功能的高精度二阶全数字锁相环（DPLL）。分析了“流水线操作”等设计优化问题，并针对逆变器控制系统中，控制系统算法呈多层结构，且层与层之间还有数据流联系，其执行顺序和数据流的走向较为复杂，不利于直接采用流水线技术进行设计的特点，提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术，有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题，分析了产生机理，并给出了常用的解决措施。
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双足机器人是一个多自由度、多变量、非线性的复杂动力学系统。其控制平台的研究往往涉及嵌入式技术、传感器技术、步态规划、路径导航、人工智能、自动化控制等多种理论与技术，体现了信息科学和人工智能技术的最新成果，应用领域广大，具有重要的研究价值。其中，双足机器人导航控制系统是双足机器人控制平台研究中的重点和难点，将在自动驾驶、未知区域的探索、危险环境作业、核电站的维护等领域中发挥极大的作用。 本文以双足机器人导航控制系统的设计为研究背景，结合嵌入式系统开发的关键技术，主要论述了两个核心内容：一是双足机器人导航决策系统的设计。该系统是基于一种新式的ARM&DSP主从控制模式下的设计。该设计借助内外传感器系统的反馈，通过对多传感器信息的融合与处理，在导航决策算法的作用下，实现双足机器人在未知环境下平滑的自主导航。二是为增强双足机器人导航的人机交互性和控制系统对突发事件的处理能力，在基于MiniGUI的系统平台上设计了双足机器人的导航控制系统界面。论文的主要内容包括： 首先，设计了双足机器人的本体模型，并对双足机器人的步态规划做了理论研究，为步态控制获得理论上的支持。 然后，就双足机器人导航控制平台的搭建做了详细的介绍，并着重对主从控制器间通讯的CAN接口做了详细的设计。 接着，从两个层面设计了导航决策系统，一是根据内部传感器得到的关节信息，比对决策层中的步态规划算法，对关节的运动进行实时的补偿和调整，实现各关节动作的协调，得到标准的步态，保证每一步的稳定和准确。二是对外部传感器获得的外界环境信息进行处理，构建出供决策层使用的外部环境模型，之后在基于模糊神经网络的导航算法的指引下，实现双足机器人对外界环境做出合理、平滑的响应。 最后，介绍了导航控制界面的设计与实现。重点介绍了MiniGUI开发平台的搭建、基于MiniGUI的界面程序的设计以及程序在开发板上的移植，实现了控制界面在双足机器人导航上的应用。
上传时间： 2013-04-24
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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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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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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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本文讨论工业废水中和处理中pH值的控制方法。由于中和反应中pH值的变化是一个严重非线性的过程，pH值控制被公认为世界上的控制难题之一，在此运用了ARM技术和模糊控制来解决这一难题。 论文首先介绍了工业废水处理中酸碱度控制的现状、存在的问题，并提出了基于ARM的工业废水控制系统的设计方案。其次详细研究了当前嵌入式系统的发展，深入探讨了ARM嵌入式处理器的特点、应用及体系结构，并着重介绍了本文所使用的LPC2131微处理器。然后针对pH的非线性特点做了分析并设计了以INA116为核心元件的pH测量电路。在广泛阅读和全面深入总结国内外相关文献资料的基础上，了解了模糊控制的一些关键技术和发展现状，设计出了基于ARM的工业废水模糊控制器。 硬件设计与软件设计为本论文的重点内容。硬件设计包括：电源电路、复位电路、晶振电路、Flash存储器、SDRAM存储器、JTAG电路、串行通信电路、LCD模块设计、A/D变换模块、PWM电磁阀驱动电路；软件设计除了为硬件提供相应的驱动程序外，最重要的是用C语言实现了基于ARM的工业废水模糊控制器。基于ARM的工业废水控制系统中上位机和下位机的数据通讯采用RS-232方式，下位机采用C语言编程、ADS1．2开发，上位机采用Delph17．0进行设计。 论文的最后对全文的主要研究内容进行了总结，指出了设计过程中遇到的问题及存在的不足之处，给出了主要研究结论和今后的研究方向。实验结果表明系统基本上达到了系统设计中所给出的性能指标，证明了整个系统设计的正确性和合理性，很好地解决了pH值控制中的非线性问题。与传统控制方法相比较，本系统结构简单，控制效果良好。
上传时间： 2013-04-24
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电动助力转向系统(EPS)是集节能、环保、安全为一体的前沿技术，是未来车辆转向系统的发展方向。本文研究了电动助力转向系统的构成和工作原理，自主研发设计了一套电动助力转向控制系统，并进行实车试验。 控制系统中采用了基于ARM7TDMI—S内核的高性能芯片LPC2131芯片(EasyARM2131开发板)进行控制器设计，分析和选择了系统的控制策略，完成了控制器的硬件和软件设计。系统的控制策略中采用了折线改进型助力曲线助力方式和模糊与数字PID相结合的控制方法，并进行相关补偿控制的分析；硬件设计过程中采用了抗干扰技术进行优化设计，完成了信号采集和处理电路、电机驱动电路、电源电路以及故障诊断等电路设计；软件设计采用了结构化的没计思想，完成了包括控制系统主程序、A/D采集子程序、车速和发动机信号的采集子程序、电机PWM控制驱动子程序以及故障诊断和信息显示子程序的设计，并在扭矩信号处理程序中应用容错技术进行了软件冗余优化设计。 本文对自主开发设计的EPS控制系统进行了实车试验和结果分析，试验结果表明，本文所设计的基于ARM的汽车电动助力转向控制系统在转向轻便性、稳定性和可靠性等方面性能良好，完全满足设计要求。
上传时间： 2013-07-21
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在交流伺服系统中,永磁同步电动机(PMSM)作为执行元件具有高效、节能、便于维修的特点,广泛应用于数控机床的进给伺服单元及机器人等需精确定位的装置中.由于PMSM驱动系统受电机参数变化、外部负载扰动、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响,因此,采用并发展先进的控制技术,不断改善与提高位置伺服系统的稳态精度、动态响应特性及对系统参数变化的自适应性和抗干扰性是一个必然趋势.该文对PMSM的控制机理和特性作了较为深入的分析;建立了PMSM的数学模型,并采用了id=0的矢量控制策略;对控制系统组成及控制方式作了分析和比较,在此基础上建立了电流环、速度环和位置环的三闭环控制系统,对作为反馈主回路的位置环采用了模糊CMAC神经网络控制方法,该方法兼具模糊控制器的快速性和神经网络的自学习能力;构建了针对PMSM位置伺服系统的模糊CMAC控制器结构及其相应的算法;利用先进的计算机仿真工具(Matlab下的Simulink)对所提出的控制策略进行了数字仿真和分析;仿真和实验结果表明本文所提出的控制策略对PMSM位置伺服系统进行控制具有良好的鲁棒性能和快速性.该文首次提出将兼具快速性和自学习能力的模糊CMAC神经网络控制器应用于PMSM位置伺服系统中,可以说该文为发展高性能PMSM位置伺服系统提供了充分的技术资料,也为今后进一步提高其性能提出了新的思路和方法.
上传时间： 2013-04-24
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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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自1887年美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯以来，电梯作为一种垂直运动的升降设备，已日益成为人们生活中一项不可缺少的生活工具。随着经济的发展，高层建筑的不断涌现，电梯的功能与种类也随之而多样化，同时也对电梯的稳定性、安全性、舒适性、运行效率提出了更高的要求。 电梯控制系统是电梯技术的核心，它将电梯的各机械部件有机的组合起来，实现了电梯复杂的功能与稳定有效的运行。随着电子技术日新月异的发展，电梯控制系统经历了继电器控制、可编程逻辑控制(PLC)、智能微机控制的发展历程。本文在总结了当前电梯控制系统的基础上，设计了一套基于ARM技术与工业现场总线CAN(控制器局域网)的嵌入式集选型电梯控制系统。该控制系统采用变频变压调速方式，可与多款变频器相结合，并可匹配有齿轮曳引机和无齿轮永磁同步曳引机，适用于最高楼层为64层、4m/s以下电梯控制。该控制系统目前已成功应用在某电梯生厂家的国内、南非等电梯项目中。 论文阐述了本电梯控制系统的控制策略，详细介绍了以ARM7芯片LPC2378为核心的电梯主控制器的硬件结构及其软件设计。曳引机的速度控制是电梯控制技术的关键，因此为提高电梯运行时的舒适感与运行效率，文中建立了电梯运行速度曲线的数学模型，提出了根据设定时间参数与楼层间距自动生成速度曲线的计算方法。为优化电梯起动时的舒适感，论文还讨论了模糊控制技术在负载补偿中的应用。此外，本文在深入阐述CANOPEN协议原理的基础上，完成了基于CANOPEN的应用层协议设计，实现了电梯控制系统各控制器(主控制器、楼层控制器、轿厢控制器)之间实时、可靠的通信。
上传时间： 2013-07-20
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