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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该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.
上传时间： 2013-07-03
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玻璃是一种重要的建筑和装饰材料,被广泛应用于楼房搭建、汽车生产、家具制造等各个领域,而玻璃切割是形成玻璃成品的一个重要工序.目前,国产的切割系统在精度、速度、可靠性方面与国外同类产品相比都还要有一定的差距,因此国内玻璃切割厂家的切割设备大多依赖于进口.同时,随着以计算机技术为代表的信息技术的发展,计算机集成制造(CIM)被逐渐应用于制造行业,企业的生产模式从生产过程的单一自动化到产品设计、加工制造、经营管理等全过程的综合自动化.参考国外切割系统的一些先进技术并遵循CIM中信息自动化的基本思想,该文针对开发一套基于PC管理和CNC控制的自动玻璃切割系统展开论述.论文首先简述了数控技术的发展趋势和CIM的思想,在此基础上分析了系统的上位机管理软件的功能以及下位机硬件配置,并形成系统总体框架.接着就软件实现的几个主要部分——系统数据库管理、任意形状产品图形信息的导入、产品排样优化以及上位机与下位机通信接口的实现分别作了详细的论述.而对下位机部分则主要介绍其电控系统设备的组成、强弱电控制系统的设计、控制过程中数据的相互传递等,并就系统运行时PC机、CNC及PLC三者如何相互配合实现回原点动作、手动操作、自动切割等关键过程作了完整的解释.同时,该文就玻璃切割系统的核心技术——型材的优化问题作了专门的研究,分别提出了一种基于直观启发式思维的实用算法和基于降维数学模型的近似算法,并对几种典型的现代化算法在本优化问题中的应用前景作了简要介绍.最后,该文简要介绍了系统调试过程,以及投入运行的主要操作界面及操作流程,并提出了一些针对系统改进和扩展的建议和方案.
上传时间： 2013-06-17
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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基于手姿态的人机交互是以实现自然的人机交互为研究目标，可提高计算机的可操作性，同时使计算机能够完成更加复杂的任务。而基于ARM的嵌入式系统具有功耗低、体积小、集成度高等特点，嵌入式与具体应用有机地结合在一起，具有较长的生命周期，能够根据特定的需求对软硬件进行合理剪裁。结合嵌入式技术的手姿态跟踪设备能够实时的检测出人机交互系统中人手的位置与角度等数据，并将这些数据及时反馈给计算机虚拟系统来进行人机交互，提高跟踪设备的可靠性和空间跟踪精度。 通过对嵌入式开发过程以及对控制系统构成的分析，确定了手姿态信号输入方案及系统的软硬件总体设计方案。通过对目前流行的众多嵌入式处理器的研究、分析、比较选择了S3C2440处理器作为系统开发硬件核心，详细介绍了S3C2440的相关模块的设计，包括存储单元模块、通信接口模块、JATG接口电路。同时设计了系统的外围电路像系统时钟电路、电源电路、系统复位电路。 选择更适合于ARM开发的Linux系统作为软件开发平台。实现了Linux系统向开发板的移植、Bootloader的启动与编译、设备驱动程序的开发；根据手姿态信号输入方案系统采用分模块、分层次的方法设计了系统的应用程序——串口通信程序及手姿态识别子程序。通过分析常用的手姿态识别算法，系统采用基于神经网络的动态时间规整与模板匹配相结合的动态手姿态识别算法。并依据相应的软硬件测试方法对系统进行了分模块调试及系统的集成。
上传时间： 2013-07-11
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我国是世界上设施农业面积最大的国家，设施面积占世界总面积的70-80％。目前国内设施温室应用的主要环境参数采控系统大多为进口产品，这些产品技术含量高，采控效果好，但相对价格较高，通常适用于现代化的大型或高档连栋温室。少数国产品牌无论技术水平还是采控效果均不甚理想，尤其缺少能够适用于我国常见的中小型日光温室的低成本智能采集控制装置。本文基于国家高技术研究发展计划(863计划)课题“设施农业精准生产技术系统构建与应用”，对设施温室环境和生物信息数据采集、传输、备份、调控问题进行了研究。 论文分析了目前国内中小型日光温室环境监控需求，提出并实现了一套网络型设施农业日光温室智能控制系统从硬件到软件的完整方案。主要研究工作如下： (1) 开发了面向常用环境信息传感器和生物信息传感器的数据采集模块，该数据采集模块具有可定制、可扩展的特点。 (2) 开发了基于CF卡的数据备份及存储模块，为实现现场数据的大容量存储和本地化自主控制提供了基础。 (3) 构建了传感器数据的局域传输网络和以太网络接口，满足了节点环境参数及视频信息宽带传输与温室集中监控的需要。 (4) 开发了面向中小型日光温室的可扩展核心设备管理模块，实现了在决策服务器支持下的环境参数本地自主调控。 (5) 移植了嵌入式操作系统、开发了设备驱动程序，使用户可以灵活方便地调用板载设备进行系统的二次定制开发。 (6) 对系统软件、硬件进行了模拟调试和现场实验，验证了系统在设施温室环境采控中的各项功能。 论文结构如下：首先分析了课题的研究背景、意义、研究现状和相应关键技术；然后在温室控制的需求分析上提出了智能控制系统的方案；接着给出了智能PAC系统子/主节点的硬件设计及实现，给出了基于U-BOOT与uClinux的智能PAC系统软件设计和驱动开发；其次设计了实验平台对智能PAC系统进行仿真调试和现场实验。论文最后展望了我国设施农业温室环境监控的发展。 现场实验表明，该智能PAC系统解决了日光温室环境和生物信息数据采集、传输、备份问题，并且具有可定制化、可编程、运行稳定可靠的特点，达到了预期的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性等优点，已经成为自动化技术发展的热点。现场总线控制系统作为一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，已经对传统的PLC、集散控制系统形成了巨大的冲击，具有广阔的发展前景。 作为现场总线之一的CAN总线以其可靠性高、实时性好、价格低廉、容易实现等优点，被广泛应用于工业控制领域。与传统的控制系统相比，基于CAN总线设计的工业控制系统可以减少系统控制的复杂性，降低成本，并能提高系统的稳定性和扩展性。 本论文针对某石材加工厂的具体应用需求，在分析了CAN总线协议的基础上，给出了工业控制网络的总体解决方案，主控节点硬件设计、软件设计，人机界面设计，以及网络通讯结构模型及具体实现流程，完成的主要工作如下： 软硬件平台设计，基于ARM处理器LPC2378开发了工控网络主控节点。设计了该节点的硬件电路，包括CAN总线接口电路、串行接口电路、AD、DA转换隔离电路等。在硬件平台上进行μC/OS-II操作系统移植，基于该操作系统编写了各硬件模块驱动程序，主要包括串行接口和CAN模块的初始化、数据接收以及发送。 通讯设计，根据工业控制应用的具体需求，设计了网络整体解决方案，包括网络拓扑方案，通讯结构等，基于CAN总线技术规范CAN2.0B自定义了CAN总线网络应用层通信协议CAN08。 人机界面设计，基于威纶MT505设计了工控网络的人机界面，编程实现人机界面与主控节点的Modbus通讯。
上传时间： 2013-07-09
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