在機器人學的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學者十分關(guān)注的一個重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標是針對四關(guān)節(jié)實驗室機器人特有的機械結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型，建立一個新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對四關(guān)節(jié)實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關(guān)節(jié)實驗室機器人的本體結(jié)構(gòu)，并對其抽象簡化得到了它的運動學數(shù)學模型。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結(jié)構(gòu)：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動；第三級CPU為交流伺服驅(qū)動處理器，它實現(xiàn)了機器人關(guān)節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現(xiàn)上位計算機．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負責機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語言實現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號，實現(xiàn)對機器人的實時驅(qū)動，同時還能夠?qū)崟r的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出來的四關(guān)節(jié)實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人的各種設定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現(xiàn)場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以符號多項式理論為基礎(chǔ)，從理論上論證了任意長度比特組合的CRC校驗碼的并行算法，提出了并行CRC計算的數(shù)學模型，并且以8位二進制序列(即一個字節(jié))為例，介紹了利用此數(shù)學模型計算校驗碼的方法，最后給出了與此算法相對應的VHDL模型。經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的對比分析，表明文中所提并行CRC算法的關(guān)鍵路徑延遲和硬件面積都得到了優(yōu)化，以Top-Down設計方法給出了一種HDLC協(xié)議控制器的設計方案，用VHDL語言進行了行為級描述，采用Xilinx公司的FPGA產(chǎn)品進行實現(xiàn)。
標簽： FPGA HDLC 協(xié)議控制器
上傳時間： 2013-06-09
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溫度是生活中最基本的環(huán)境參數(shù)。溫度的監(jiān)測與控制，對于生物生存生長，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業(yè)過程控制、汽車電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和專用設備等各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調(diào)理，模數(shù)轉(zhuǎn)換及恒溫器等功能全都會增加成本。現(xiàn)代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價格迅速地占據(jù)了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器DS1820采用數(shù)字化一線總線技術(shù)具有許多優(yōu)異特性。其一，它將控制線、地址線、數(shù)據(jù)線合為一根導線，允許在同一根導線上掛接多個控制對象，形成多點一線總線測控系統(tǒng)。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號，所受干擾和損耗小，性能好。本課題旨在分析和設計基于數(shù)字化一線總線技術(shù)的溫度測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FPGA實現(xiàn)一個溫度采集控制器，用于傳感器和上位機的連接，并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發(fā)平臺，運用MSComm控件進行串口通信，進行命令的發(fā)送和接收。
上傳時間： 2013-07-29
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本文利用Verilog HDL語言在FPGA上實現(xiàn)IC總線的規(guī)范，又簡要介紹了Quartus Ⅱ設計環(huán)境和設計方法，以及FPGA的設計流程。在此基礎(chǔ)上，重點介紹了I
上傳時間： 2013-04-24
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實現(xiàn)PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質(zhì)上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)FPGA設計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設計結(jié)構(gòu)類型和特點的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數(shù)運算結(jié)果的位擴展處理，進行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設計完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結(jié)果表明，達到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實現(xiàn)PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟增長中發(fā)揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業(yè)已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，嚴重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展。針對這個現(xiàn)狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術(shù)的ECU系統(tǒng)設計，并利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統(tǒng)都是基于專用單片機的。本文首先對現(xiàn)有的汽車發(fā)動機控制器結(jié)構(gòu)進行了分析比較，總結(jié)出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術(shù)方案。 之后，進行了汽車發(fā)動機模型搭建和控制算法的設計。發(fā)動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎(chǔ)，參考mathworks公司的發(fā)動機建模方案進行設計。并在該模型基礎(chǔ)上，參考Fekete提出的針對多缸發(fā)動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發(fā)動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發(fā)動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統(tǒng)設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統(tǒng)中完成了上述算法的移植和優(yōu)化。最后，利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統(tǒng)進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發(fā)動機模型和系統(tǒng)軟硬件設計，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術(shù)的ECU設計具有一定創(chuàng)新性，對于其他ECU系統(tǒng)的開發(fā)和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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本文針對目前國內(nèi)外基于FPGA實現(xiàn)模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術(shù)的發(fā)展，對模糊控制器的設計作了有益的探索，并達到了預期的實驗效果。文章綜述了模糊控制理論的產(chǎn)生、發(fā)展、應用現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展方向；介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結(jié)構(gòu)；闡述了常規(guī)模糊控制器的設計過程。文章介紹了運用 VHDL語言進行模糊控制器的設計過程。對模糊控制過程中隸屬度函數(shù)的存儲采用了分段存儲法，其設計方法簡單，提高了運算速度和運算精度。采用了“最大－最小”函數(shù)法簡化了模糊控制規(guī)則的推理過程。運用“倒數(shù)相乘法”實現(xiàn)除法器的設計，能夠?qū)崿F(xiàn)任意數(shù)的除法運算，且精度較高。并以模糊空調(diào)溫度控制器為例進行了理論說明和模糊設計，并給出了相應的VHDL代碼。整體設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺上進行了邏輯綜合及功能時序仿真，綜合與仿真的結(jié)果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源，達到了較高的設計性能，在速度和資源利用率方面均達到了較優(yōu)的狀態(tài)，通過在 FPGA開發(fā)板上的驗證與測試，測試結(jié)果表明，所設計的模糊控制器可滿足實時模糊控制的要求。關(guān)鍵詞：模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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雷達是由許多具有不同功能的分立模塊組成作為一個非常復雜的系統(tǒng)，不同模塊之間必須按照一定的時序協(xié)調(diào)工作。雷達時序控制器以觸發(fā)脈沖的形式，為這些模塊提供工作所需的精確時序。現(xiàn)代雷達系統(tǒng)的時序控制主要采用MCU、 ...
上傳時間： 2013-07-05
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本文以誤差和誤差變化率為輸入，利用模糊推理的方法實現(xiàn)了對PID參數(shù)的在線自動整定，并且在MATLAB環(huán)境下對該控制器進行了設計和仿真。從仿真結(jié)果可以看出，參數(shù)自整定模糊PID控制器控制效果優(yōu)于
上傳時間： 2013-04-24
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摘要：本文主要介紹以CPLD 芯片進行十字路口的交通燈的設計，用CPLD 作為交通燈控制器的主控芯片，采用VHDL\r\n語言編寫控制程序，利用CPLD的可重復編程和在動態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)的特性，大大地提高了數(shù)字系統(tǒng)設計的靈活性和通用性。\r\n關(guān)鍵詞：CPLD；VHDL；交通燈控制器\r\n中圖分類號：TP39\r\nAbstract ：This paper introduces the electronic-traffic lamp, which is based on the VHDL and is com
上傳時間： 2013-08-11
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