在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-06-11
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ARM嵌入式技术在工业和生活中正得到越来越广泛的应用，为了适应技术的发展和社会的需求，满足为社会培养创新型人才的需要，高校通信类和电子类专业开设ARM嵌入式技术相关课程及其实验课程将成为趋势。在课程中设置合理实验，可以有效提高学生的动手能力和培养创新性思维，帮助学生更快、更好地掌握理论和应用技术。 论文设计的ARM嵌入式教学实验系统包括一块适合普通高校嵌入式技术实验课程教学的实验开发板及其配套的实验。该实验系统针对一般高校所开设的ARM嵌入式技术相关课程的要求而设计，配套实验符合教学大纲及实验课时的要求。 论文设计的实验开发板主要组成模块有：最小系统，包括控制器模块、电源模块、复位模块、Flash ROM模块、SDRAM模块、JTAG接口等；扩展接口，包括LED、键盘、RS232串口、I2C接口、液晶模块、以太网模块等。实验开发板采用S3C4510B网络控制芯片用作控制和信号处理，使用网络接口芯片DM9161和隔离变压器H1102完成网络接入，使用AM29LV160和HY57V641620HG构建16位存储单元，使用AT24C01和PCF8583来构建I2C接口，使用MAX232完成TTL电平转换以扩展RS232串口，并扩展键盘和LCD实现人机交互。实验开发板的硬件设计充分考虑了一般高校实验室的条件和需求，能够较好地将成本控制在150元左右，有利于在有限的条件下为每个学生尽可能的创造动手制作PCB的实验条件。实验板的接口设计能够让学生较为方便地开展实验，并考虑了实验板扩展和二次开发的需要。 论文设计的实验系统配套实验主要有基础实验、扩展实验和设计实验。基础实验主要帮助学生熟悉嵌入式系统的片内资源和特殊功能寄存器的配置方法，对整个嵌入式系统的架构有一定的理解，能编程完成一些简单的控制功能；扩展实验主要帮助学生建立嵌入式系统开发和设计的基本理念，能够设计和实现常见的外设驱动程序，能够进行操作系统的配置和移植，能够自行对实验板进行一定程度的扩展；设计实验能够帮助学生提高嵌入式系统的设计开发能力，使学生能根据需要设计出实现一定功能的扩展模块，从而使实验板扩展成实现具体功能的工业产品。基础实验包括ADS集成环境实验、键盘实验（GPIO输入）、LED实验（GPIO输出）、定时器实验、外部中断实验、UART串口通信实验、I2C接口实验、液晶显示实验；扩展实验包括建立交叉编译环境实验、操作系统编译实验、操作系统移植实验、以太网通信实验、TFTP实验、WEB访问实验；设计实验包括TCP/IP协议栈实验、Web服务器实验。学生通过完成基础实验、扩展实验和设计实验来达到教学大纲的要求，并可以在此基础上进行更深入的创新性开发实验，可以满足一般高校嵌入式技术实验课程教学的需要。 论文介绍了嵌入式交叉编译环境的建立以及实验开发板设计完成后进行的调试。实验开发板移植的嵌入式操作系统为uClinux，采用的Bootloader为U-boot。论文还简单介绍了实验系统的扩展方案和二次开发方案，并对嵌入式新技术的发展做了粗浅的探讨。 论文所做的工作以科学发展观为指导，是对普通高校ARM嵌入式技术实验课程设计的一次有益探索。
上传时间： 2013-04-24
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微处理器技术、传感器技术和无线通信技术的进步，推动了无线数据采集系统的产生和发展。数据采集技术广泛应用于雷达、通信、遥感遥测等领域。在各种信息的获取中，对高速数据采集的需求非常广泛。随着测控技术的发展，对数据采集系统的智能化和网络化水平也提出了更高的要求。并且由于通讯网络的飞速发展，移动通信与实际应用的结合使得各种基于GPRS网络的无线数据传输系统成为当前远距离无线通讯领域最为广泛的应用。本课题将广泛应用的嵌入式控制器引入到数据采集系统设计中，并结合GPRS优秀的网络特性，实现了一个低功耗、智能化、网络化、软硬件可根据具体测量任务适当裁减的无线高速数据采集平台。 本设计采用32位ARM处理器S3C2410为核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速数据采集模块，GPRS数据通信模块，在Linux嵌入式操作系统和应用软件的支持下，实现了数字化高速采集，数字化无线数据网络传输的现场数据采集系统。该平台采集的现场数据主要为各种传感器输出的电压模拟量。前端数据采集模块的FPGA控制高速AD转换器将输入的模拟量信号采集后，存储在由DDRSDRAM构成的大容量缓存中，再经过嵌入式系统中的微控制器进行各种处理，然后将处理结果保存在ARM系统的SDRAM内存，最后通过在ARM系统模块扩展的GPRS模块，将采集到的数据通过GPRS网络发送出去。 IAnux由于其代码开放性以及强大的网络功能等特点，在许多的嵌入式网络设备中有着广泛应用，与其他的嵌入式操作系统相比，具有着更多的优势。因此本课题将其作为硬件平台的操作系统。基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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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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目前，大多数嵌入式自动化系统都以MCU为核心，与监测、伺服、显示等仪器、设备配合实现一定的功能。现场信息往往止步于“现场”，嵌入式自动化系统从而成为了“信息孤岛”，因而制约了其本身的发展。要实现大规模的信息集成、综合实施自动化，就需要一种能在工业现场环境下运行、可靠性高且实时性好的通信系统，形成工业现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点通信。 Ethernet（以太网）和CAN-bus（控制器局域网）分别是目前全球应用最为广泛的国际互联技术和开放式现场总线。随着测控技术与网络技术日益紧密的结合，测控系统接入互联网已经成为大势所趋，这也促成了近年来嵌入式网络技术的飞速发展。以太网技术正在迅猛发展，将其应用到工控领域，可以达到降低成本，简化结构等成效。随着技术的发展以及实际的需要，将两者结合无疑会为控制领域的飞速发展带来巨大的原动力。本文设计了一种以ARM7处理器为核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet网关，可以用来实现监控设备和现场设备之间稳固、简洁的互连通信，完成对大规模现场设备的实时测控。 本文具体的研究内容如下： 1）以LPC2290为主控MCU的CAN-Ethernet互连系统的设计思想以及整体结构设计； 2）CAN-Ethernet互连系统转换电路及外围接口电路设计，MCS-51单片机与MCP2510实现CAN总线通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2290上的移植以及互连系统应用软件设计实现与探讨； 4）CAN-Ethernet互连系统核心交换模块的设计； 5）使用HTTP协议实现Web服务的功能，并通过Web页面实现对现场设备的远程测控。
上传时间： 2013-08-06
上传用户：夜月十二桥
近年来，随着UPS电源的广泛使用，对UPS电源的监控要求也越来越高，而嵌入式系统的使用和Internet的普及，使得这种需求成为可能。将嵌入式系统和Internet结合用于UPS电源网络监控是一种必然趋势，它可以借助Internet网络完成对UPS电源现场的监控任务，从而将监控扩展到更广的空间。目前，基于嵌入式系统的网络监控已经成为监控领域研究的一个热点。 本课题以UPS电源为监控对象，在综合分析UPS电源、嵌入式系统、CAN总线的基础上，从实际应用出发，对嵌入式技术在UPS电源网络监控系统的应用进行了深入研究。通过对比和分析工业监控网络的现状之后，确定采用基于Internet和CAN总线的嵌入式系统对UPS电源进行网络监控，完成了基于Linux操作系统的监控系统开发。在监控系统硬件设计中，主控芯片选用了SAMSUNG公司低功耗高性能的ARM9系列的S3C2410，CAN控制器使用了新型的独立CAN控制器MCP2510，网络控制器选用了Cirrus公司的CS8900，并完成了CAN接口模块、以太网接口模块和人机交互模块的设计。软件设计中移植了嵌入式Linux操作系统和嵌入式图形用户界面，以及对MCP2510驱动的开发，由于系统要实现网络浏览和大量的数据交换，引入了嵌入式服务器Web server和嵌入式数据库SQLite，方便了数据的管理，提高了浏览速度。 经实验调试，该UPS电源网络监控系统能够通过浏览器对UPS电源运行状态、故障等信息进行监控、统计和查询，实现了小体积，低功耗，高性能的网络监控。该网络监控系统的研究具有广阔的应用前景，对其它工业监控网络也具有一定的指导和借鉴意义。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：whenfly
随着国民经济的快速发展，我国对于电力的需求和依赖性也越来越大。同时，对变电站及电网的安全和稳定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪灾害造成了电力设施及输电线路的重大损失，严重危害了电网的正常工作，影响了人民的正常生活和工厂的正常运行。电力部门需要一种能够实时监控变电站设备的监控系统，第一时间监测到电力设备的损坏和人为因素的破坏，迅速做出处理，将损失减小到最低值。随着电力部门网路化的全面普及，各个变电站有了相应的通讯网络，使得监控系统网络传输成为可能。 课题探索了低功耗、高性能、低成本并具有丰富芯片资源的嵌入式处理器和内核精简、性能强悍、源码开放及开发成本低的操作系统，设计和实现了基于ARM9和嵌入式Linux操作系统的变电站监控系统，实现了对变电站设备的实时视频监控、红外线监测和烟雾火灾探测等功能。系统硬件采用模块化设计，主控制器模块采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作为嵌入式微处理器，设计了外围接口电路和其它外围设备电路；视频监控模块采用OV511系列USB摄像头进行图像采集；红外线防盗监测模块采用热释电红外线传感器配合菲涅尔透镜设计了报警电路；烟雾火灾探测模块采用Motorola公司生产的离子型烟雾检测芯片MC14468，设计了监测电路。系统软件开发分两层，下层软件开发构建了交叉编译环境，移植了嵌入式Linux操作系统并利用Video4Linux API库函数接口完成了视频图像采集程序的设计，同时对摄像头驱动程序进行了提取和编译；上层软件开发实现了对采集的视频数据在网络中传输，使用Visual C++设计了客户端监控应用界面，实现人机交互，并对所采集视频图像进行了最优化处理。 课题针对现有监控系统存在的不足进行改进，集视频监控、红外线防盗监测和火灾报警等功能于一体，充分发挥嵌入式系统和计算机网络的优势，设计出了功能丰富，性能优良的变电站监控系统。提高了变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现了电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。
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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智能电表、水表、煤/燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。 集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。提高多对象集中器数据处理能力，有效完成上下行通信是多对象自动抄表系统AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解决的关键问题。 本文针对多对象集中器这样一个较复杂的通信与控制系统，提出采用32位的高性能嵌入式微处理器。32位ARM9微处理器处理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大简化，ARM9（S3C2410）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的较恶劣环境，8/16位微控制器运算能力有限，对于较复杂的通信与控制算法难以顺利完成；硬件平台依赖性强，不利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件不仅实现难度大，且可靠性难以保证。 本文首先对多对象远程抄表系统的总体结构进行研究，主要研究了多对象远程抄表系统中集中器的软件和硬件实现，对硬件资源进行了外围扩展，对S3C2410微处理器芯片的外围硬件进行了扩展设计，使之具备了满足使用需求的最小系统硬件资源，包括时钟、复位、电源、外围存储、LCD、RS-485通信模块、CAN通信模块等电路设计。实时时钟为多对象集中器定时抄表提供时间标准；电源电路为多对象集中器系统提供稳定电源；看门狗电路的设计保证多对象集中器系统可靠运行，防止系统死机；数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数，负责智能表的参数以及智能表用量等。上行通道即多对象集中器与上位机之间的通信线路，采用CAN现场总线进行通信；下行通道即多对象集中器与智能表之间的通信，采用RS-485总线进行通信。软件设计上，主要针对多对象集中器的数据存储功能和串行通讯功能进行程序编写。基于ARM的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。
上传时间： 2013-06-07
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