移動機器人是機器人研究領域中重要的一個分支，智能移動機器人集人工智能、智能控制、信息處理、圖象處理、檢測與轉換等專業技術為一體，跨計算’機、自動控制、機械、電子等多學科，成為當前智能機器人研究的重點之一。路徑規劃是移動機器人研究的一個基本而又極其重要的課題。靈活有效的路徑規劃算法能夠幫助機器人適應各種復雜的環境，大大提高機器人的應用領域，尤其是使移動機器人具備自動識別環境的能力，能在未知環境下完成一定的工作。 本文的主要任務是以LEGO Technic組件為本體，重新設計一個控制器，并據此研究移動機器人的避障和路徑規劃策略。為滿足移動機器人避障的實時性、準確性要求，需要有一個功能完善的硬件平臺，實現信息采集、處理以及避障的策略。本文設計了一套移動機器人控制器，該控制器以DSP TMS320F2407A為核心，輔之以相應的外圍電路、傳感器、人機交互、串行通信和電源等模塊。車體動力學實驗及避障實驗結果驗證了本文所設計的控制器的性能。 在對移動機器人的避障策略的研究過程中，采用了基于虛擬力場法的位置閉環控制方法，這種方法簡化了傳統避障方法的數學運算過程，提高了機器人對障礙物的反應速度。最后，設計了一套實驗系統，進行相應的避障方法實驗。結果表明，所設計的控制器能夠完成基本的實時避障功能。
上傳時間： 2013-06-30
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本文主要的研究為對轉永磁無刷直流電動機控制問題，對轉永磁無刷直流電動機在艦船、水下航行器等對轉推進系統中有著廣泛的應用前景。它具有無刷直流電動機的一切優點：功率密度大、調速性能好、運行效率高、結構簡單、運行可靠、維護方便等等。其與普通的永磁無刷直流電動機的差別僅僅在于原來靜止的電樞部分和旋轉的永磁體部分都可以相對于靜止部分旋轉，即有兩個轉子，根據作用力與反作用力的原理，兩個轉子受到的電磁轉矩在任意時刻都是大小相等、方向相反的。因此兩個轉子必將沿著相反的方向旋轉。 論文主要工作和創新點如下： 1)介紹了對轉永磁無刷直流電機與普通永磁無刷直流電機的區別、優點及應用，詳細分析了其工作原理，并建立對轉永磁無刷直流電機本體的數學模型，接著利用MATLAB/Simulink建立對轉永磁無刷直流電機的仿真模型。 2)研究了無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機的控制方法。采用基于DSP的三次諧波過零點檢測方法來檢測電機轉子的位置與轉速，采用數字鎖相環對三次諧波過零點進行90°延遲： 3)控制系統采用雙閉環控制，即速度環與電流環來組成調速控制系統，其中速度環采用了基于改進的BP神經網絡PID自適應控制，電流環采用滯環控制，并對整個系統進行仿真。 4)在仿真研究的基礎上，本文進行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片為控制核心的無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機數字控制系統的軟硬件設計。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著永磁同步電機在許多領域得到廣泛應用，對永磁同步電機的研究成為一種必然的發展趨勢，具有實際的意義和價值。本文采用TI公司專用于電機控制的TMS320F240型數字信號處理器作為核心，開發了全數字化的永磁同步電機矢量控制調速系統的軟件，并在改進的清華電機控制試驗平臺上進行了帶機試驗，結果驗證了系統設計方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機的矢量控制理論，建立了永磁同步電機數學模型，并在此基礎上討論了永磁同步電機的矢量控制調速方案；然后，以清華電機控制試驗平臺為基礎介紹了控制系統硬件結構，其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。在硬件的基礎上，軟件采用匯編語言編程，實現了轉速和電流雙閉環矢量控制，并給出了系統主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖，永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標變換、sinθ、cosθ值生成、PI調節、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務子程序中完成的。為達到數值的統一，對軟件中所采用的參數進行了定標。最后在基于硬件平臺的基礎上，對軟件進行帶機調試，試驗表明電機能快速響應并跟蹤給定轉速，從而證明整個系統設計的正確性。 另外，本文還在MATLAB／SIMULINK的基礎上，建立采用模糊神經網絡控制器的永磁同步電機的仿真模型，仿真結果表明：該控制系統具有較好的位置響應和抗干擾能力強。 在論文的最后，對全文的工作做了總結。
上傳時間： 2013-07-27
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本文以電機控制DSPTMS320LF2407為核心，結合相關外圍電路，運用新型SVPWM控制方法，設計電梯專用變頻器。為了達到電梯專用變頻器大轉矩、高性能的要求，在硬件上提高系統的實時性、抗干擾性和高精度性；在軟件上采用新型SVPWM控制方法，以消除死區的負面影響，另外單神經元PID控制器應用于速度環，對速度的調節作用有明顯改善。通過軟硬件結合的方式，改善電機輸出轉矩，使電梯控制系統的性能得到提高。 系統主電路主要由三部分組成：整流部分、中間濾波部分和逆變部分，分別用6RI75G-160整流橋模塊、電解電容電路和7MBP50RA120IPM模塊實現。并設計有起動時防止沖擊電流的保護電路，以及防止過壓、欠壓的保護電路。其中，對逆變模塊IPM的驅動控制是控制電路的核心，也是系統實現的主要部分。控制電路以DSP為核心，由IPM驅動隔離控制電路、轉速位置檢測電路、電流檢測電路、電源電路、顯示電路和鍵盤電路組成。對IPM驅動、隔離、控制的效果，直接影響系統的性能，反映了變頻器的性能，所以這部分是改善變頻器性能的關鍵部分。另外，本課題擬定的被控對象是永磁同步電動機(PMSM)，要對系統實現SVPWM控制，依賴于轉子位置的準確、實時檢測，只有這樣，才能實現正確的矢量變換，準確的輸出PWM脈沖，使合成矢量的方向與磁場方向保持實時的垂直，達到良好的控制性能，因此，轉子位置檢測是提高變頻器性能的一個重要環節。 系統采用的控制方式是SVPWM控制。本文從SVPWM原理入手，分析了死區時間對SVPWM控制的負面作用，采用了一種新型SVPWM控制方法，它將SVPWM的180度導通型和120度導通型結合起來，從而達到既可以消除死區影響，又可以提高電源利用率的目的。另外，在速度調節環節，采用單神經元PID控制器，通過反復的仿真證明，在調速比不是很大的情況下，其對速度環的調節作用明顯優于傳統PID控制器。 通過實驗證明，系統基本上達到高性能的控制要求，適合于電梯控制系統。
上傳時間： 2013-05-21
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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優越、易于數字化實現的脈沖寬度調制方案。在常規SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統的處理速度要求高，程序設計復雜，系統運行時間長，占用系統資源多。因此，從工程實際應用的角度出發，需要對常規SVPWM算法進行優化設計。 本文提出的優化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數據處理能力，傳統的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數據處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優化的SVPWM系統原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統控制要求后，在XilinxISE環境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優化設計方案的可行性和有效性。
上傳時間： 2013-07-30
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術不但在廣播式數字音頻和視頻領域得到廣泛的應用，而且已經成為無線局域網標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關注。隨著人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術在綜合無線接入領域將會獲得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發OFDM技術在移動通信領域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術的運用。 本文的所有內容都是建立在空地數據無線通信系統下行鏈路FPGA實現基礎上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現和調試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設計、OFDM頻率同步算法的研究與設計以及同步模塊、OFDM解調模塊、QAM解調模塊的FPGA實現。最終實現高速數字圖像傳輸系統下行鏈路在無線環境中連通。 對于無線移動通信系統而言，多普勒頻移、收發設備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統性能。另外，由于OFDM系統大多采用IFFT/FFT實現調制解調，因此在接收方確定FFT的起點對數據的正確解調也至關重要。同步技術即是針對系統中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。在OFDM實現的關鍵技術中，同步技術是十分重要的一部分。本文花費了三個章節闡述了同步技術的原理、算法和實現方法。 目前OFDM系統的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數據類，盲估計類和基于循環前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現結構。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數據類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調采用FFT算法，在FPGA上的實現是十分方便的。本文主要闡述其實現結構，重點放在提取有效數據部分有效數據位置的推導過程。最后介紹了本文實現QAM軟解調的解調方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據公式中的系數和變量分析算法性能的方式。在闡述實現方式時首先給出實現框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現方式之后給出了仿真或者上板結果，最后再給出整體測試結果。
上傳時間： 2013-06-26
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FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言。現在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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LED顯示屏是LED點陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來，以其亮度高、視角廣、壽命長、性價比高的特點，在交通、廣告、新聞發布、體育比賽、電子景觀等領域得到了廣泛應用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數據的關鍵，是整個LED視頻顯示系統的核心。本文研究的是對全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步顯示在上位機顯示系統中某固定位置處的圖像。根據已有的LED顯示屏及其驅動器的特點，提出了一種可行的方案并進行了設計。系統主要分為兩個部分：視頻信號的獲取，視頻信號的處理。 經過分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數字信息，這些信息包括紅、綠、藍三基色的數據以及行同步、場同步、使能等控制信號。這些信號將在視頻信號處理模塊中被使用。 信號處理模塊在接收視頻信號源后，對數據進行處理，最后輸出數據給驅動電路。在信號處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來完成。可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、高可靠性、在線可編程（ISP）等特點，所以特別適合于本設計。利用FPGA的可編程性，在FPGA內部劃分了各個小模塊，各小模塊中通過少量的信號進行聯系，這樣就將比較大的系統轉化成許多小的系統，使得設計更加簡單，容易驗證。本文分析了驅動電路所需要的數據的特點，全彩色灰度級的實現方式，決定把系統劃分為視頻源截取、RGB格式轉化、位平面分離、讀SRAM地址發生器、寫SRAM地址發生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實現等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對系統進行了聯合調試。改進了時序、優化了布局布線，使得系統性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎上，課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設計視頻信號處理模塊，在Quartus II和modelsim平臺下，用Verilog HDL語言開發。
上傳時間： 2013-05-19
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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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近年來，瓦斯事故在煤礦生產事故中所占比例越來越高，給礦工的生產生活帶來了極大的災難，必須加強對瓦斯的監測監控，避免瓦斯爆炸事故。因此對瓦斯氣體進行快速、實時檢測對于煤礦安全生產及環境保護有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報警儀是各國應用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表，可隨時檢測作業場所的甲烷濃度，也可使用甲烷傳感器對甲烷濃度進行連續實時地監測。大體上當前應用的便攜式甲烷檢測儀器，按檢測原理分為光學甲烷檢測儀、熱導型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報警儀、氣敏半導體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩定、使用壽命長，測量準確，是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現有的光干涉甲烷檢測儀存在自動化程度低、測量方法繁瑣、讀數不直觀，人為誤差較大、不能存儲數據等缺點。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實現的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對干涉條紋進行非接觸式的自動測量，獲得條紋信息，通過CCD驅動、高速模數轉換、數據采集等關鍵技術，實現了干涉條紋位移的精確測量，由單片機對量化后的測量信號進行智能處理，數字化顯示甲烷含量的測量結果。 光干涉甲烷檢測的關鍵是對干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測，本設計采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨特的半導體光電器件，近年來在攝像、工業檢測等科技領域里得到了廣泛的應用。將CCD技術應用于位置測量可以實現高精度和非接觸測量的要求；運用FPGA實現CCD芯片的驅動具有速度快、穩定高等優點：模數轉換之后的數據沒有采用專用存儲芯片進行存儲，而采用FPGA硬件開發平臺和Verilog HDL硬件描述語言編寫代碼實現數據采集模塊系統，同時提高數據采集精準度，既降低成本又提高了存儲效率。 本文設計的新系統使用方便、精度高、數據可儲存，克服了傳統光干涉甲烷檢測儀的缺點，技術指標和功能都得到較大改善。
上傳時間： 2013-06-08
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