高速、高精度已經成為伺服驅動系統的發展趨勢，而位置檢測環節是決定伺服系統高速、高精度性能的關鍵環節之一。光電編碼器作為伺服驅動系統中常用的檢測裝置，根據結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅動系統的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協議相關的硬件電路、數據幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統、通信系統、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統等機械裝置中也發揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發生器對于基礎理論的發展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續、分辨率高、頻率轉換速率快的優點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統設計的一個熱點。整個系統分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發生器的發展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，大多數嵌入式自動化系統都以MCU為核心，與監測、伺服、顯示等儀器、設備配合實現一定的功能。現場信息往往止步于“現場”，嵌入式自動化系統從而成為了“信息孤島”，因而制約了其本身的發展。要實現大規模的信息集成、綜合實施自動化，就需要一種能在工業現場環境下運行、可靠性高且實時性好的通信系統，形成工業現場的底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點通信。 Ethernet（以太網）和CAN-bus（控制器局域網）分別是目前全球應用最為廣泛的國際互聯技術和開放式現場總線。隨著測控技術與網絡技術日益緊密的結合，測控系統接入互聯網已經成為大勢所趨，這也促成了近年來嵌入式網絡技術的飛速發展。以太網技術正在迅猛發展，將其應用到工控領域，可以達到降低成本，簡化結構等成效。隨著技術的發展以及實際的需要，將兩者結合無疑會為控制領域的飛速發展帶來巨大的原動力。本文設計了一種以ARM7處理器為核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet網關，可以用來實現監控設備和現場設備之間穩固、簡潔的互連通信，完成對大規模現場設備的實時測控。 本文具體的研究內容如下： 1）以LPC2290為主控MCU的CAN-Ethernet互連系統的設計思想以及整體結構設計； 2）CAN-Ethernet互連系統轉換電路及外圍接口電路設計，MCS-51單片機與MCP2510實現CAN總線通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系統在LPC2290上的移植以及互連系統應用軟件設計實現與探討； 4）CAN-Ethernet互連系統核心交換模塊的設計； 5）使用HTTP協議實現Web服務的功能，并通過Web頁面實現對現場設備的遠程測控。
上傳時間： 2013-08-06
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經得到了迅速發展，作為一種現代高性能伺服電機和大力矩直接驅動電機己廣泛應用于機器人等機電一體化產品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結構緊湊、轉子無損耗、轉子的轉動慣量小、機電時間常數小、轉矩/重量比大、低速運行平穩、可以制成多氣隙組合式結構進一步提高轉矩等特點，其在數控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應用前景，是一種理想的驅動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設計及集成技術》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結構釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設計與集成技術研究，開發出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應的整機設計和集成技術問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎上，將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中，從而使得電機的質量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結構和電磁負荷分布與傳統電機完全不同，常規電機的某些設計規則不能直接應用到該結構電機的設計當中，本文主要針對這種結構的電機進行了分析與計算。分析了不同結構Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關參數的計算，給出了初步的樣機設計數據，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結、借鑒相關電機設計方法的基礎上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術經濟上的問題，國產永磁交流伺服電動機至今未能大量應用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當中，僅數控機床因國產電機和系統不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產品主要依靠進口的局面，充分發揮我國稀土資源豐富的優勢，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題以AD 公司的ADMCF328 為控制核心，并以此為基礎，進行了數字化直接轉矩控制系統的研究。 首先，本課題用MATLAB/SUMULINK 對一般的直接轉矩控制進行了仿真， 然后又與基于模糊控制的直接轉矩仿真結果進行了比較。結果表明，加了模糊控制器的控制系統可以直接改善控制系統的質量。 然后，作者又提出了MRAS 的具體實現方法，此實現方法在SIMULINK 中進行了仿真。 最后，在實驗室中又真正實現了直接轉矩的異步機控制。
上傳時間： 2013-07-14
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交流電動機是一個多變量、高階、強耦合的非線性系統，不象直流電機那樣易于控制轉矩，采用矢量控制技術可解決傳統交流調速的難題，使交流電機可以按直流電機的控制規律來進行控制，而無傳感器矢量控制技術由于可以省去速度傳感器，使相應的交流調速系統變得簡便、廉價和可靠，所以成為當前研究的熱點，本論文工作就是這方面的一個嘗試。 論文首先介紹了矢量控制技術的基本理論。對感應電動機在三相靜止坐標系下強耦合和互感變參數的數學模型，通過坐標變換，導出感應電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，然后將同步坐標系按轉子磁場定向，實現了對轉子磁鏈和轉矩的分別控制，從而可以按直流電機的控制規律來控制交流電機。 其次，論文基于同步軸系下的感應電動機電壓磁鏈方程式，提出了一種感應電動機按轉子磁場定向的矢量控制方法，利用在同步軸系中T軸電流的誤差信號實現對電機速度的估算，這種速度估算方法結構簡單，有一定的自適應能力。同時在該無傳感器矢量控制系統中，由于采用了經典的PI調節器，使得控制系統更為簡單易行。 論文利用MATLAB建立了該無傳感器矢量控制系統的仿真模型。為提高系統的適應性和仿真結果的準確性，仿真模型采用了標么值系統，并考慮了控制周期和采樣信號周期對仿真結果的影響。討論了離散控制引起的相位補償問題，使仿真結果更接近實際工程系統。 最后，通過仿真進一步驗證了本文提出的無傳感器矢量控制系統的正確性和可行性，也證明了速度估計模型對速度估計準確，且對參數的變化有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-02
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為了解決當前PVC軟標生產技術落后、效率低、質量不穩定、能耗高、工作環境差等問題，本文提出研制集注標、烘烤、冷卻的數控PVC軟標機方案。 數控PVC軟標機控制系統采用“ARM9+RT-Linux”開發模式，將數控技術與嵌入式系統應用有機結合起來，一方面發揮ARM9微處理器高性能、低功耗的特點，使PVC軟標機數控系統有較強的數據處理和運動控制能力；另一方面利用實時操作系統RT-Linux的開放性、強大的功能，簡化了數控系統軟件的開發，縮短了應用系統開發周期。 本文研究的主要內容是基于嵌入式的PVC軟標機數控系統硬件設計和軟件開發。首先詳細介紹了系統各功能模塊的硬件電路設計，包括嵌入式最小系統搭建、伺服驅動器接口電路設計、電磁閥接口電路設計、人機交互模塊設計、通信模塊設計、開關量模塊設計等方面內容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系統軟件實現機理的理論指導下，提出了系統軟件的架構，在此基礎上詳細闡述了軟件實現過程：通過對PVC軟標機數控系統功能需求及多任務間數據依賴關系的分析，同時結合RT-Linux平臺上實時應用軟件的結構特點，本文在邏輯架構上對控制系統的實時任務和非實時任務進行了劃分，并設計了模塊間數據緩沖機制；在時序架構上提出了系統的多任務運行時機分配以及各任務之間正確合理的時序關系，以保證實時任務的實時性和非實時任務能夠得到適當運行；在應用軟件架構上利用RT-Linux多線程編程技術實現了系統軟件的基本功能。最后，針對本系統插補所需的精度和系統實時性要求，利用數據采用直線插補算法實現了系統的插補功能。 目前，PVC軟標機數控系統的基本功能已經實現，系統能夠在實驗平臺上穩定運行，基本達到預期目標。關鍵字：PVC軟標；數控系統；插補；RT-Linux；ARM9
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國加入WTO，我國逐漸成為世界縫制設備生產和銷售中心。在縫制設備行業占據極其重要地位的繡花機行業也因此而得到迅速發展，我國繡花機產量已占據全球繡花機產量的70％。但是，我國的繡花機行業在發展的過程中仍存在和面臨著很多問題。一方面是產品結構和產品質量，我國的繡花機主要以中低檔為主，在噪聲、刺繡質量、效率、產品壽命以及維護性等方面與國外先進機型存在較大差距；另一方面是技術實力和創新能力，作為繡花機全部技術核心的控制器，國內能開發的公司屈指可數，缺乏有效的競爭，且技術實力和創新能力無法與國際企業相抗衡。 針對上述情況，本文分析了繡花機的工作原理和當前主流繡花機的控制方式及特點，在研究室已完成的中低速平繡型工業繡花機課題的基礎上，設計了一種基于硬實時嵌入式操作系統WinCE5.0，以32位RISC架構ARM9處理器S3C2440A為主控芯片，以MAXII系列CPLDEPM1270為接口芯片的高速繡花機控制器。整個繡花機以高速，高質量為目標，以伺服電機作為主軸驅動，步進電機作為X/Y軸驅動，帶USB接口和Ethernet接口，預留特種繡接口，帶高分辨率彩色觸摸屏，功能豐富，操作方便。 本文分7章，第一章闡述了課題背景，繡花機發展現狀和關鍵技術；第二章從原理出發完成了需求分析，硬件和操作系統選型和項目規劃；第三章完成了總體硬件系統設計并重點介紹了驅動系統，CPLD單元，主控制板的設計和各種資源的分配；第四章在分析WinCE及其項目開發流程和環境構建的基礎上，完成了軟件的總體框架設計并介紹了相關設計要點。第五章主要是驅動程序和運動控制模塊并以步進電機驅動的開發為例介紹了流驅動的開發過程和相關的技術要點。第六章設計了一種自主的內部花樣格式并完成了相應的測試。最后一章是對本課題的總結和展望。 本文不僅從項目研究與開發和軟件工程的高度詳細探討了基丁ARM和WinCE5.0的繡花機控制器的整個開發過程，也具體的從硬件設計，資源配置，軟件編寫，驅動開發，運動控制和花樣處理等多個方面進行了深入的分析和研究。本課題的工作對于高速高檔繡花機的開發具有很好的參考價值和實踐意義，對于提升國內繡花機行業在高端市場與國外企業的競爭力，提升民族品牌價值，改變國內繡花機控制器被少數公司所壟斷，增加良性有效競爭有積極影響。
上傳時間： 2013-06-29
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近年來，伴隨著PC及微處理器的迅速發展、軟件資源的豐富，嵌入式系統成為研究與應用的熱點。嵌入式系統是一種面向具體應用的將底層硬件、實時操作系統和應用軟件相結合的專用計算機系統。其廣泛應用于控制領域、消費電子產品等行業，己成為現代電子領域的重要研究方向之一。 本文結合課題實際需要與當前的控制器發展趨勢，構建和開發基于ARM和μC/OS-Ⅱ實時操作系統的嵌入式通用控制器應用平臺.在分析ARM內核處理器的基礎上，自主開發以PHILIPS公司LPC2880芯片為核心的嵌入式通用控制器的硬件平臺。根據嵌入式控制器的實際應用要求設計了相應的應用模塊，主要包括：串口模塊、存儲器擴展模塊、液晶顯示和鍵盤模塊等。并完成了各個功能模塊的接口函數，創建了應用函數庫，為后面的代碼應用和移植提供了方便。在對電機驅動控制原理的學習掌握基礎上，開發出基于L297/L298芯片的步進電機驅動器及基于LMD18200芯片的伺服電機驅動器。為實現控制器與PC機的通訊，確定了USB2.0通訊接口作為主要通訊方式，詳細分析了通用串行總線的軟硬件特點，根據LPC2880芯片特點實現嵌入式USB主機模式的通訊方式，并給出了它和主控制器的連線原理圖以及USB主機的系統軟件框架。 嵌入式實時操作系統是嵌入式系統應用軟件開發的支撐平臺，通過對現在常用的幾種嵌入式操作系統的綜合比較，選擇μC/OS-Ⅱ作為本系統的RTOS。詳細分析了μC/OS-Ⅱ內核工作原理，改進了中斷和時鐘處理的不足。成功的將μC/OS-Ⅱ系統移植到ARM微處理器中，并通過相應的開發工具，對移植系統進行模擬調試和功能測試。結果表明，設計的嵌入式通用控制器平臺基本達到預期目標.
上傳時間： 2013-04-24
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ASIC對產品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對較低,運算速度也受到限制.常規ASIC的硬件具有速度優勢和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場可編程門陣列(FPGA)的出現,使建立在可再配置硬件基礎上的進化硬件(EHW)成為智能硬件電路設計的一種新方法.作為進化算法和可編程器件技術相結合的產物,可重構FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實現方法.論文認為面向分類的專用類可重構FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構電路粒度劃分的針對性更強、設計更易實現.論文研究的可重構FPGA的BCH通訊糾錯碼進化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實用價值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設計——求取實驗用BCH碼的生成多項式和校驗多項式及其相應的矩陣并構造實驗用BCH碼;(2)建立基于可重構FPGA的基核——構造具有可重構特性的硬件功能單元,以此作為可重構BCH碼電路的設計基礎;(3)構造實現可重構BCH糾錯碼電路的方法——建立可重構糾錯碼硬件電路算法并進行實驗驗證;(4)在可重構糾錯碼電路基礎上,構造進化硬件控制功能塊的結構,完成各進化RLA控制模塊的驗證和實現.課題是將可重構BCH碼的編譯碼電路的實現作為一類ASR-FPGA的研究目標,主要成果是根據可編程邏輯電路的特點,選擇一種可編程樹的電路模型,并將它作為可重構FPGA電路的基核T;通過對循環BCH糾錯碼的構造原理和電路結構的研究,將基核模型擴展為能滿足糾錯碼電路需要的糾錯碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對FPGA進行"格式化",使T規則排列在FPGA上,通過對T的控制端的不同配置來實現糾錯碼的各個功能單元;在可重構基核的基礎上提出了糾錯碼重構電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進化硬件描述語言,通過轉換為相應的VHDL語言描述以實現硬件電路;采用RLA模型的有限狀態機FSM方式實現了可重構糾錯碼電路的EHW的各個控制功能塊.在實驗方面,利用Xilinx FPGA開發系統中的VHDL語言和電路圖相結合的設計方法建立了循環糾錯碼基核單元的可重構模型,進行循環糾錯BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進行了FPGA實現.課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯碼電路,立足于解決基于可重構FPGA核的設計的基本問題.課題的研究成果及其總結的一套ASR-FPGA進化硬件電路的設計方法對實際的進化硬件設計具有一定的實際指導意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結構的研究方法為新型進化硬件的器件結構的設計也可提供一種借鑒.
上傳時間： 2013-07-01
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