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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电液控制作为液压控制的一个新分支，因为其本身的特点正得到越来越广泛的应用。电液控制系统的发展对电液控制技术提出了更高的要求，这必将促进电液控制技术的发展。本文在教研室多年电液控制经验的基础上，提出开发通用型电液系统数字控制器。 通过对电液控制技术的研究，了解电液系统的一般构成，结合多个具体实例，本文提出数字式电液控制器概念，以ARM微处理器为硬件核心，采用多种智能控制算法解决电液系统闭环控制问题。 数字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微处理器LPC2292为硬件核心，配有高速AD、DA转换器。硬件设计注重通用性，具有多种输入、输出通道，可以采集和输出多种、多个模拟量信号和数字量信。具有多种通信接口，可以实现近距离监控或者远距离操控。人机交互通道丰富，具有报警、状态指示、参数显示等功能。采用光电隔离、独立电源、屏蔽外壳等措施保证控制器具有良好的稳定性、可靠性。软件设计采用UC/OS-II嵌入式操作系统，内部集成多种智能控制算法，保证电液系统闭环控制取得良好的效果。开发模拟试验系统，可以模拟电液系统现场的各种信号和闭环回路，实现实验室调试。采用Visual Basic开发上位机软件，配合控制器完成参数修改、保存，绘制实时监控曲线，控制硬件等功能。 控制器解决了电液系统多样性难题，客服模拟控制的缺点。研发出模糊自整定PID算法，它成功解决了闭环控制过程中设定信号不断变化的难题。经过多次现场调试，目前控制器已经成功应用于国内多家企业的轮胎耐久性试验机和密炼机两种电液系统，在这两种系统中成功取代进口国外模拟控制器，并且控制效果好于国外模拟控制器。关键词：电液系统；ARM7；UC/OS-II；模糊自整定
上传时间： 2013-05-31
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温室技术是我国实现农业信息化的重要环节，温度是温室中的重要环境参数。实时控制是指在规定的时间内，系统必须做出相应的响应，是现代温室控制发展的更高要求。随着精细农业的发展，传统的大棚已经不能满足现代高精度、快速采集及响应的要求，由于温度的滞后性和难调控性，温度实时控制一直是温室控制的一大难题。 本课题整合了CPID与ARM的优点，提出运用CPID硬件来实现数据采集，移植实时操作系统到ARM来实现复杂算法控制，采用高精度数字传感器DS18820，并设计出混合PID模糊控制器来实现温室的变温管理，这对于现代温室的智能化控制有着十分重要的实际意义。较传统温室，优点在于(1)它改变以往依靠单片机软件来实现传感器周期性采集，改用CPID硬件产生数字传感器所需的读写时序，这种“以硬代软”的方案实时性好，且大大避免了软件运行时的不稳定性、系统冗余等先天缺陷。(2)操作系统能实现多任务、多线程以及友好的人机界面。 试验以华中农业大学的华北型机械通风式连栋塑料温室为试验模型，选择了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片为目标板，以PC机为宿主机，设计了实时温度控制平台。 主要工作： (1)概述了温度实时测控的必要性并介绍了CPLD、ARM技术及嵌入式实时操作系统的发展。 (2)介绍了温度采集模块及CPLD与ARM通讯接口模块的设计。 (3)通过ARM存储模块、LCD显示模块、串口模块、Rt18019AS网口模块、uClinux操作系统模块等系统完成了本试验平台。 (4)介绍混合PID模糊控制算法并通过Simulink工具箱进行了仿真，得出混合PID模糊控制器较经典PID控制具有更快的动态响应、更小超调、抗干扰强的结论。 (5)最后，通过试验数据验证了整套系统实时采集的稳定性及可靠性，指出了本课题的不足之处和待改善的问题。
上传时间： 2013-04-24
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指纹识别是在指纹图像上找到指纹的特征，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的特征模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。本文对现已存在的多种指纹识别算法进行编程比较，并对细化算法提出改进。同时采用基于ARM7TDMI内核的32位处理器S3C44B0作为主控制器，半导体电容传感器FPS200作为指纹数据采集设备，构建了自动指纹识别系统。论文完成主要工作如下： 1、指纹采集模块的设计：根据FPS200的相关寄存器资源和管脚特性，完成指纹传感器FPS200的电路设计；研究FPS200主要寄存器的功能和图像采集方式，给出FPS200在三种工作方式下的工作流程，并且对三种工作模式进行分析。 2、指纹识别算法研究：通过对现已存在的多种图像预处理算法进行编程实现和对比研究发现，细化后的图像多存在短线、断线、毛刺等干扰以及细化不彻底的现象，为此提出了新的修复算法：分析目标点周围纹线的走向趋势，选择去除或者保留周围的相连点，较好地解决了细化不彻底的问题；再对细化后的图像采用方形模板进行纹线跟踪，去除伪特征点，克服了逐步递进的纹线跟踪算法过于复杂、不易实现等问题。 3、采用Sansung公司基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器S3C44B0，构建了自动指纹识别系统。该系统主要包括电源管理部分、指纹图像采集模块、存储器模块、JTAG调试接口以及与外设连接的串行接口。硬件部分主要完成指纹采集模块接口的设计与开发，软件部分主要完成指纹图像采集程序、指纹识别算法程序和串口通信程序的开发，此外还通过串口实现指纹数据上传到上位机，在VB环境下实现了简易的人机交互软件，提供指纹图像的直观显示，用于对指纹识别程序进行测试，并对测试结果进行了分析。
上传时间： 2013-05-22
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本书以层次设计概念为基础，据此，我们可根据系统在某一时间重要的细节来确定在不 同层次上来对系统进行观察。由于每个复杂的系统是从单个的二进制位开始而产生的，所以 将系统分析分解成多个层次是有意义的。层次方法使我们可以“放大”系统以研究其细节， 并可“缩小”整个系统来检查整个系统的行为。需要记住的重要一点是，层次的每个级别仅 仅是对同一网络的不同观察方法。我们可以从底层开始，并从简单到复杂，逐步向上完成设 计，或者也可以从顶层入手，逐步向下完成设计。每个顶层都可能与其他的所有层次相联系。 有时这种联系很明显；而其他时候这种联系可能因细节问题而变得模糊。
上传时间： 2013-04-24
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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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电液位置伺服系统具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量反馈等优点，因此它已经遍及国民经济和军事工业的各个技术领域。近年来，对电液位置伺服系统的快速性、稳定性、准确性等控制性能提出了新的要求，作为电液位置伺服系统核心的控制器，起到更为关键的作用。 现阶段，嵌入式微处理器以其小型、专用、便携、高可靠的特点，已经在工业控制领域得到了广泛的应用，如工业过程、远程监控、智能仪器仪表、机器人控制、数控系统等，嵌入式微处理器嵌入实时操作系统，可以克服传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的控制系统非实时性的缺点，其性能、可靠性等都能满足电液位置伺服系统控制的要求，在控制领域具有广泛的应用前景。 本文以实验室的电液位置伺服系统为研究对象，按照系统的控制要求，提出以ARM9(S3C2410)微处理器为核心的控制器对电液位置伺服系统进行控制的一种方案，设计了一种新型的基于ARM9(S3C2410)微处理器的电液位置伺服控制器。本系统控制器的开发设计中，在以ARM9(S3C2410)微处理器为核心的控制器基础上，通过外部扩展，使得系统控制器具有丰富的硬件资源，开发了A/D转换电路、D/A(PWM)转换电路、伺服放大电路、串行接口等电路，同时为了使得控制器的程序代码具有较强的可读性、可维护性、可扩展性，使用了操作系统，通过比较选择了uC/OS-Ⅱ实时内核，并成功移植到ARM9(S3C2410)微处理器中，并编写了A/D、数字滤波、D/A(PWM)等软件程序，通过编译、调试、验证，程序运行正常。在对电液位置伺服系统进行控制策略的选择中，分别采用PID、滑模变结构、模糊自学习滑模三种控制策略进行仿真比较，得出采用模糊自学习滑模控制策略更有利于系统控制。
上传时间： 2013-04-24
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本课题所研究的横机是一种由嵌入式控制器系统控制的自动化程度很高的纬编针织机，主要用于针织服装的编织制造。我国是纺织大国，横机需求量大，自主研发全自动电脑横机有广泛的市场前景。 通过对横机机械系统结构和原理的分析，本文提出了一种横机控制系统硬件解决方案。该方案主要由主控制器、协处理器、驱动电路等三部分组成。以ARM作为主控制器，负责编织工艺和人机接口设计；以FPGA作为协处理器，执行ARM的命令，控制后续电路动作；驱动电路主要面向横机机械部件，并向前端电路提供硬件接口。 基于该硬件系统解决方案，本文继而提出了一种新型的软件系统解决方案。该方案基于嵌入式Linux操作系统实现，主要由罗拉系统控制算法、驱动程序、横机编织控制程序和图形用户界面等四部分组成。罗拉系统采用模糊控制算法，控制卷布速率；驱动程序实现ARM和FPGA的通信；横机编织控制程序将花型文件中的数据转换为机械部件的动作，实现整个编织过程；图形用户界面提供良好的人机界面，方便操作。 最后详细介绍了整个横机控制器系统的调试流程，涉及硬件调试、软件调试和软硬件联合调试等。 与传统电脑横机相比，基于此设计方案的横机技术含量较高，成本低，可移植性强，并可实现联网控制。
上传时间： 2013-04-24
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喷油泵是柴油机燃油喷射系统中燃油的控制、供给单元，其性能的好坏直接决定着柴油机的加速性能、油耗大小、尾气的排放质量等。准确测试喷油泵的各种技术参数对提高柴油机的各项技术性能具有十分重要的意义。嵌入式系统技术已经成为了最热门的技术之一。基于ARM的嵌入式技术己经成为当前嵌入式领域研究的一个亮点。ARM公司的32位RISC处理器，以其高速度、低功耗、低成本、功能强等诸多优异性能，应用越来越广泛。uCLinux操作系统是从Linux衍生出来的一种操作系统，它是专为无MMU的微控制器开发的嵌入式Linux操作系统。它支持众多嵌入式处理器类型，具有完善的各类驱动支持。 本文从喷油泵试验台控制系统总体结构入手，在详细分析了系统所要检测和控制的参数的基础上，设计出喷油泵试验台控制系统总体架构。喷油泵试验台控制系统由两个模块组成：以80C196KB单片机为中心的喷油泵控制及数据采集系统，以S3C44BOX为中心的上位机监控及管理系统。下位机通过RS232串口接收上位机的命令并执行喷油泵试验台的电机转速控制、燃油温度控制、喷油次数计数、提前角监控及燃油压力显示。上位机是整个试验台控制系统的管理者，主要完成给下位机发送特定的操作命令，完成实验数据的显示、收集和存储，它有友好的中文显示界面，可以完成简单的数据管理操作。 文中详细阐述了上位机的操作系统uCLinux的特点和移植过程。同样对上位机的界面设计及运行环境MiniGUI进行了全面分析并给出移植和界面编程方法。在文章的最后，对喷油泵控制系统采用模糊控制算法进行优化设计。详细描述了模糊控制器设计所包含的三个主要部分：清晰量的模糊化接口、模糊控制规则及算法及模糊量的清晰化接口。 通过试验证实，本文设计的喷油泵试验台控制系统技术路线正确合理。相信该可靠实用的控制系统配合喷油泵试验台使用将具有良好的市场潜力。
上传时间： 2013-06-04
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