本文在此背景下，針對非線性PID控制、自抗擾控制以及Smith預(yù)估器和前饋控制展開研究。為了提高控制器的穩(wěn)定性和魯棒性，設(shè)計了ADRC-Smith預(yù)估控制器和前饋ADRC控制器，將其應(yīng)用于大時滯溫度控制系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了吹塑機控制系統(tǒng)解決方案，通過大量的理論研究、仿真和實驗，實現(xiàn)了良好的控制效果。論文的主要工作有： 1.研究了自抗擾技術(shù)和溫度控制的現(xiàn)狀以及溫度控制的特點。 2.研究了ADRC的發(fā)展史，深入了解ADRC的原理與優(yōu)點。ADRC在控制非線性對象時比PID具有更好的控制性能，但是參數(shù)調(diào)節(jié)理論不完善，阻礙了其廣泛應(yīng)用。 3.通過MATLAB仿真，得到ADRC參數(shù)之間的內(nèi)在規(guī)律，通過將ADRC的參數(shù)統(tǒng)一到一個時間因子上，達(dá)到簡化調(diào)節(jié)參數(shù)個數(shù)的目的，從而降低調(diào)試難度，同時，在無時滯溫控實驗平臺上進行實驗，驗證了參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律的可行性。 4.自抗擾控制器在大時滯溫控上的應(yīng)用，以前文獻一般將時滯環(huán)節(jié)等效成一階慣性環(huán)節(jié)，這樣就要求增加ADRC的階次，增加了調(diào)節(jié)參數(shù)個數(shù)，在參數(shù)調(diào)節(jié)理論不完善的情況下無疑是增加了調(diào)試難度。本文將ADRC分別與Smith預(yù)估器和前饋控制器相結(jié)合，設(shè)計了ADRC-Smith預(yù)估控制器和前饋ADRC控制器來解決具有大時滯控制問題。這兩類新控制器的優(yōu)點是不增加ADRC的階次，是解決不確定大時滯被控對象的新途徑，也是ADRC控制器實際應(yīng)用上的一次創(chuàng)新。 5.在可編程計算機控制器(PCC)搭建的大時滯溫控實驗平臺上進行實驗，將前饋ADRC控制器和貝加萊專用溫度控制器PIDXH的控制效果進行比較，實驗結(jié)果表明前饋ADRC控制器在穩(wěn)定性、魯棒性等方面都優(yōu)于PIDXH控制器。 6.研究了吹塑機控制系統(tǒng)解決方案，并在吹塑機上實驗前饋ADRc控制器，得到了良好的控制效果，進一步驗證了算法的可行性。
標(biāo)簽： 自抗擾 控制器 溫控系統(tǒng)
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(yīng)。而FPGA的應(yīng)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(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)FPGA設(shè)計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低設(shè)計難度，是擴展設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設(shè)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(shè)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(dá)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(shè)計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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工廠底層的信息絕大部分都是通過現(xiàn)場總線進行傳遞的，但基于現(xiàn)場總線的工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)與企業(yè)的Internet/Intranet無縫連接從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。所以本文就此問題展開研究，提出了一種基于S3C2410的嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制器的平臺的設(shè)計方案，設(shè)計了一個具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的控制器平臺。 1.針對網(wǎng)絡(luò)控制器的特點與要求，通過對比分析，選取了具體的硬件和軟件，以確保網(wǎng)絡(luò)控制器平臺的穩(wěn)定可靠。 2.具體設(shè)計了控制器相關(guān)硬件電路。包括存儲電路、以太網(wǎng)電路、串口電路、I/O口電路等。 3.建立了嵌入式Linux軟件開發(fā)平臺；對網(wǎng)絡(luò)通信的理論進行了研究，編寫了CGI外部擴展程序，實現(xiàn)了動態(tài)Web技術(shù)，使用戶可以通過瀏覽器對控制器進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時，開發(fā)了嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite應(yīng)用程序，使歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)的管理更加方便有序；開發(fā)了對應(yīng)的驅(qū)動程序確保了網(wǎng)絡(luò)控制器的的正常運行。 4.在完成嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器硬件與軟件設(shè)計的基礎(chǔ)上，將控制器平臺應(yīng)用于智能加藥控制系統(tǒng)中，通過測試表明本網(wǎng)絡(luò)控制器平臺穩(wěn)定可靠。 總之，本文在深入研究嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的基礎(chǔ)上搭建了一個嵌入式的硬件和軟件平臺，確保了網(wǎng)絡(luò)控制器穩(wěn)定可靠并高效地運行，為第二次開發(fā)嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器準(zhǔn)備了一個比較理想的嵌入式平臺。
標(biāo)簽： ARM 嵌入式工業(yè) 網(wǎng)絡(luò)控制器 平臺設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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目前運動控制主要有兩種實現(xiàn)方式,一是使用PLC加運動控制模塊來實現(xiàn)：二是使用PC加運動控制卡來實現(xiàn)。兩者各有優(yōu)缺點,但兩者有以下共同的缺點：一是由于它們兒乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)來實現(xiàn)電機控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多個進程同時處理,故無法在控制精度和控制速度比較高的場合中應(yīng)用。二是它們的設(shè)計只是把運動控制部件當(dāng)作系統(tǒng)的一個部分,如果要完成一個機械設(shè)備的完整控制,還需要輔助有其他的數(shù)字量/模擬量控制設(shè)備。這樣在提高了系統(tǒng)成本的同時,也降低了系統(tǒng)的可靠性。 論文設(shè)計了一種基于ARM+CPLD的高速運動控制器,該控制器采用高速的CPLD處理器來完成電機的閉環(huán)控制,輔助以NXP的32位ARM7TDMI處理器LPC231X來實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)劃,使得運動控制精度更高、速度更快、運動更加平穩(wěn)；同時為系統(tǒng)擴展了常規(guī)運動控制卡不具備的通用I/O接口,除開4軸運動控制所需要的8點高速脈沖輸入和8點高速脈沖輸出外,系統(tǒng)具有24點數(shù)字量輸入(可選共陰或共陽),25點繼電器輸出,僅一臺這樣的專用設(shè)備就可以完成4軸運動控制和設(shè)備上其它開關(guān)量控制。 系統(tǒng)采用可移植的軟、硬件設(shè)計。硬件上以運動控制部件為核心,可以方便的在ARM處理器預(yù)留的資源上擴展出數(shù)字輸入,數(shù)字輸出,AD輸入,DA輸出等常用功能模塊。系統(tǒng)軟件構(gòu)架如下：在最上層,系統(tǒng)采用μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來完成系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度；在底層,將底層設(shè)備的操作打包編寫成底層驅(qū)動的形式,可直接供用戶程序調(diào)用；在中間層,可根據(jù)不同的用戶要求編寫用戶程序,再將其傳遞給μC/OS-Ⅱ來調(diào)度該用戶程序。 將該運動控制器應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用中的套標(biāo)機,在對套標(biāo)機進行運動分解之后,結(jié)合套標(biāo)機的電氣特性,很好的實現(xiàn)了運動控制器在套標(biāo)機上的二次開發(fā),滿足了套標(biāo)機在現(xiàn)場中的應(yīng)用。
上傳時間： 2013-04-24
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傳統(tǒng)PLC使用時會出現(xiàn)一些問題，如程序死循環(huán)、程序跑飛、需要龐大的編譯系統(tǒng)作支持和不能實現(xiàn)精確位置控制等等；而發(fā)展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現(xiàn)場集成技術(shù)，用FPGA來實現(xiàn)PLC的功能，拋棄傳統(tǒng)PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現(xiàn)控制功能，不論在經(jīng)濟上還是在性能上都具有更大的優(yōu)勢。 本課題在對國內(nèi)外可編程控制器，重點是HardPLC的開發(fā)和應(yīng)用的進展進行概述和分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結(jié)構(gòu)的兩個創(chuàng)新概念，指出了其優(yōu)越性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)； 2.系統(tǒng)分析了用HardPLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎(chǔ)上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現(xiàn)場集成奠定了基礎(chǔ)； 3.在仿真綜合的基礎(chǔ)上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統(tǒng)的控制要求，充分展示了其實際應(yīng)用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎(chǔ)上，確定了應(yīng)用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統(tǒng)的控制實現(xiàn)，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現(xiàn)場集成技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應(yīng)用場合可以取代傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為工控領(lǐng)域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經(jīng)濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應(yīng)用于對FPGA芯片配置數(shù)據(jù)的加載，在實踐生產(chǎn)中具有重要的實用價值。
標(biāo)簽： FPGA 可編程控制器 集成技術(shù) 應(yīng)用研究
上傳時間： 2013-05-30
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基于ARM的嵌入式運動控制器是集計算機數(shù)字控制技術(shù)、ARM技術(shù)、運動控制技術(shù)以及嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)等技術(shù)為一體的技術(shù)含量高的運動控制器；是對低成本、高性能運動控制器研究的一個新的嘗試。本論文的研究重是點基于雙端口RAM上下位機通訊的數(shù)控系統(tǒng)總體軟件架構(gòu)設(shè)計、嵌入式運動控制器軌跡規(guī)劃算法的研究、嵌入式系統(tǒng)軟件的構(gòu)建以及運動控制器外設(shè)驅(qū)動程序的開發(fā)，其主要工作及成果如下： 1．針對數(shù)控系統(tǒng)上下位機信息交互頻繁，提出了一種基于雙端口RAM通訊結(jié)構(gòu)的上下位機交互方式，實現(xiàn)了上下位機信息的高速、穩(wěn)定通訊；且完成了基于雙端口RAM上下位機通訊結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)總體軟件架構(gòu)設(shè)計。 2. 針對目前高速數(shù)控加工軌跡規(guī)劃中存在的一些關(guān)鍵問題進行深入的探討。提出一種軌跡拐角的速度平滑方法，當(dāng)高速加工不在同一直線方向而形成拐角的加工段時，在拐角過渡時能獲得很好的速度響應(yīng)和較小的輪廓誤差；還提出了一種高速數(shù)控加工小線段的前瞻平滑算法，當(dāng)高速加工多段微小直線段時，能夠優(yōu)化規(guī)劃多段微小線段的加工速度，有效避免了頻繁的加減速給系統(tǒng)帶來較大沖擊以及加工效率低的問題。 3. 構(gòu)建了適合本運動控制器系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件；研究了嵌入式運動控制器引導(dǎo)程序的移植、嵌入式Linux內(nèi)核的優(yōu)化配置以及根文件系統(tǒng)的構(gòu)建。 4．探討了Linux驅(qū)動程序開發(fā)的原理以及流程；并以雙端口RAM為例介紹了運動控制外設(shè)驅(qū)動程序開發(fā)的方法。
上傳時間： 2013-07-02
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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(yīng)。而FPGA的應(yīng)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(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)FPGA設(shè)計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低設(shè)計難度，是擴展設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設(shè)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(shè)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(dá)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(shè)計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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基于1 μm 40V BCD 工藝，使用Cadence軟件對原邊反饋AC/DC控制器進行仿真和分析。線補償技術(shù)可以使原邊反饋AC/DC電路獲得很好的負(fù)載調(diào)整率，抵消電感上所消耗的電壓和整流二極管上的壓降，使輸出達(dá)到的最佳值。在輸入加220 V交流電壓時，輸出結(jié)果最大值為5.09 V，最小值為5 V，最大負(fù)載調(diào)整率為9.609%。
上傳時間： 2013-10-20
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提出一種基于凌陽單片機的步進電機加減速的控制方法。采用凌陽科技推出的16位結(jié)構(gòu)工控單片機SPMC75F2413A為控制器，由Allegro公司生產(chǎn)的兩相步進電機專用驅(qū)動器件SLA7042M構(gòu)成步進電機的驅(qū)動電路，在傳統(tǒng)的3段直線加減速控制算法基礎(chǔ)上增加至7段S形曲線加減速過程，控制步進電機的啟動和停止。實驗結(jié)果表明，該控制方法克服了直線加減速中不連續(xù)、易造成系統(tǒng)沖擊的問題，整個系統(tǒng)實現(xiàn)柔性控制，電機啟動、停止連續(xù)性能提高30%。 Abstract: The method of controlled stepping motor is referred based on SPMC75F2413A MCU， which adopts the 16 knots SPMC75F2413A MCU as the controller. The special-purpose actuation chip SLA7042M of two stepping motor produced by Allegro Corporation constituted to actuation electric circuit. The purpose of increasing to seven section of S shape curve based on the traditional three sections of straight line is to control the start and stop process of stepping motor. The experimental results show that the control method solves easy to pull-out and overshot problems. The overall system realizes flexible control， and the performance of motor start or stop continuity is increased 30%
上傳時間： 2013-12-08
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介紹了一種基于FPGA的多軸控制器，控制器主要由ARM7（LPC2214）和FPGA（EP2C5T144C8）及其外圍電路組成，用于同時控制多路電機的運動。利用Verilog HDL 硬件描述語言在FPGA中實現(xiàn)了電機控制邏輯，主要包括脈沖控制信號產(chǎn)生、加減速控制、編碼器反饋信號的辨向和細(xì)分、絕對位移記錄、限位信號保護邏輯等。論文中給出了FPGA內(nèi)部一些核心邏輯單元的實現(xiàn)，并利用Quartus Ⅱ、Modelsim SE軟件對關(guān)鍵邏輯及時序進行了仿真。實際使用表明該控制器可以很好控制多軸電機的運動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度地位置控制。
上傳時間： 2014-12-28
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