隨著新的控制算法的應用和電子技術的發展，移動機器人正朝著高速度、高精度、開放化、智能化、網絡化方向發展，對控制系統也提出了更高的要求。移動機器人要實現高速度、高精度的位置控制和軌跡跟蹤，必須依賴先進的控制策略和優良的運動控制系統。 導航是移動機器人最具挑戰性的能力之一，機器人感知、定位、認知及運動控制的性能是決定導航成功的關鍵因素。根據課題“仿生導航系統”的要求，本文選擇“主控制器+運動控制器+英特網遠程無線監控”結構進行導航移動機器人控制系統的設計。首先分析導航移動機器人體系結構，建立機器人運動學模型，最后詳細闡述控制系統的全部開發過程，包括控制系統需求分析、總體設計、功能模塊的劃分及軟硬件的設計與實現，并對無線通信及英特網通訊做了一些基礎研究，開發了無線通訊模塊軟件和上位機軟件。 在控制系統的硬件設計方面，主要包括基于 LPC2138 的主控制單元、基于HCTL-1100 的運動控制單元、基于 6N137 的光電隔離單元、基于 LMD18200 的功率放大單元、傳感器接口單元及上位機無線通訊單元的電路設計。軟件方面，在μC/OS-Ⅱ實時操作系統的多任務環境下，利用其任務調度功能，合理地協調和組織了控制系統的各項硬件資源，提高了整個系統的實時性和可靠性。上位機采用的無線通訊、Internet 通訊以及可視化監控程序界面，讓用戶可以方便直觀地遠程觀察和控制機器人。 該控制系統的研制為仿生傳感器性能測試提供了一個良好的實驗平臺，經過實驗，驗證了系統的可行性，系統的各項功能及控制精度滿足設計要求。
上傳時間： 2013-05-22
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開關磁阻電機是電機技術與現代電力電子技術、微機控制技術相結合的產物，既具有結構簡單堅固、成本低、容錯能力強，耐高溫等優點，又在高度發展的電力電子和微機控制技術的支持下獲得了良好的可控性能，目前己經在多個工業部門得到應用。因此，開關磁阻電機在驅動調速領域有著良好的發展前景。本論文在對前人成果的廣泛了解和研究基礎上，以philip公司生產的LPC2101為主控芯片，充分利用其高速運算能力和面向電機控制的高效控制能力，設計并制作了SRM控制器與系統軟件。本文以開關磁阻電機的調速控制策略及其控制實現方法為主要研究內容，對開關磁阻電機的數學模型、功率變換器技術、控制策略、控制方案的實現進行了全面深入的研究。 全文的研究工作分為五個部分，第一部分介紹了開關磁阻電機調速系統的構成及基本工作原理，綜述了開關磁阻電機的國內外發展現狀、特點及研究動向，總結了開關磁阻電機系統存在的技術問題，提出了本文的研究目的和主要研究內容。 第二部分引用并討論了SR電動機的基本數學模型和準線性數學模型，然后基于此重點分析了與電動機運行特性密切相關的相電流波形與轉子角位移的函數關系，最后根據課題所關心的控制系統設計，在理論分析的基礎上提出了SR電動機控制方案并進行了原理性分析，對SR電動機各個運行階段的特點進行分析并初步提出控制方案。 第三部分對SR電動機調速系統的硬件設計進行了詳細說明，主要包括以LPC2101為核心的控制系統的研究與設計，根據SR電機的控制特點，盡可能地開發了LPC2101的硬件資源和軟件資源，使控制系統具有很高的控制精度和靈活性，然后對功率變換器進行了設計和制作，分析了各種主電路形式的優缺點，采用了新型IGBT功率管作為主開關元器件，使功率變換器結構得到簡化，設計了IGBT的功率驅動電路，并專門設計了電壓鉗位電路和諸如過壓、過流保護等保護單元，保證了整個系統安全可靠地運行，然后分析了SR電動機控制系統位置傳感器檢測電路設計、電流及電壓斬波電路設計、電流檢測及保護電路設計等。 第四部分主要介紹了系統的總體控制思想，分析了各個運行階段的控制策略，對控制策略的軟件實現進行了設計，并給出了軟件實現的具體流程圖，直觀地體現了軟件編程思想。最后，對系統進行了實驗研究及分析。目前，該控制系統已調試完畢，基本實現預期功能。 本文對以ARM為控制核心的開關磁阻電動機控制系統進行了研究，得出了基于有位置傳感器檢測的控制方案。針對SR電機的控制特點，充分利用了ARM的硬件資源，采用PID數字調節，發出相通斷信號和PWM信號，并和電流、電壓等保護信號相結合，實現對主功率元件的通斷控制。并且設計了相應的外圍硬件檢測、保護、控制及人機接口電路，使控制系統結構緊湊，可靠性高；系統的控制軟件設計，采用模塊化的程序設計方法，增強了系統的可讀性及可維護性，實現了一種電壓斬波和電流斬波控制相結合的控制方式;結合系統的硬件設計，開發了相應的軟件模塊，使系統具有完善的保護和控制性能。 本系統經過試驗，調速范圍可達100～2000轉/分，效率較高，性能優良，驗證了控制思想和控制方法的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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變電站電壓無功綜合控制是通過自動調節有載變壓器的分接頭和投切并聯補償電容器組來實現的，它是確保電壓質量和無功平衡、提高供電網可靠性和經濟性的重要措施。采用九區圖控制策略的電壓無功綜合控制，實際運行時存在著頻繁調節變壓器分接頭和投切電容器組的缺陷，甚至可能會出現震蕩現象。 本文針對上述不足，根據有功功率和無功功率的負荷預測曲線，以降損收益最大為適配值函數，以電壓約束、電氣極限約束和控制約束為約束條件，提出了一種改進的禁忌搜索算法。引入最低收益閾值來限制調節次數的增加，在此基礎上建議了一種確定最佳調整次數的方法。還建議了一種有約束線性最小二乘算法，基于變電站內的量測數據以及變壓器的參數來估計系統電壓和系統阻抗參數。算例結果表明建議的方法是可行的，并且具有可以有效地減少調節次數的特點。基于ARM的LPC2292微控制器和嵌入式實時操作系統(μC/OS-II)，采用ADS1.2開發工具進行編程，實現了變電站內電壓無功綜合控制功能。軟件模塊開發主要包括：嵌入式實時操作系統(μC/OS-II)和圖形用戶界面GUI移植，數據讀取任務，數據處理任務，電壓無功控制任務，基于GPRS/CDMA的通訊任務、鍵盤掃描和液晶顯示任務等。采用信號發生器產生電能信號，采用繼電器的動作模擬變壓器分接頭檔位的調節和電容器組的投切，構建了一個變電站內的電壓無功控制模擬測試臺，對提出的設計方案進行了全面的功能測試，測試結果表明提出的設計方案是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發展，網絡視頻監控系統已經成為日常生產生活中的重要輔助設備，應用十分廣泛。當前視頻監控系統正逐步由模擬化走向數字化，隨著視頻壓縮技術和網絡技術的發展，開發新一代的基于計算機網絡和多媒體MPEG-4壓縮算法的視頻監控系統已成為整個行業技術發展的主要方向之一。人們有時會采用DSP與MPEG-4算法結合的方案來實現，也有的部門采用了片上系統(SOC)，但這些不但編程極度復雜，而且成本也過高。本文提出并研究設計了一種基于ARM微處理器S3C2410、MPEG-4專用壓縮芯片MPG440、以嵌入式Linux為操作系統的視頻監控系統方案，不僅開發便捷、成本低廉，而且實時性較好，適應范圍廣。 首先，采用軟硬件協同設計的思想提出了系統的總體設計方案，系統的整體架構分為攝像頭、云臺控制器、網絡視頻服務器以及客戶端PC機等四大部分。 第二，以三星公司的S3C2410芯片和DAVICOM公司的DM9000以太網接口芯片為硬件核心，對整個系統進行了模塊化的硬件電路的設計。根據S3C2410的特點及系統整體需求，完成了電源復位模塊、晶振模塊、存儲器接口模塊、視頻數據處理模塊、以太網接口模塊、云臺控制模塊等的硬件選型與電路連接。其中，在云臺控制模塊等的電路設計中充分體現了優化設計的技巧，并重點對網絡接口部分和視頻數據處理部分進行了詳細的硬件設計與說明。闡述了整個系統的工作流程。 第三，從應用需求出發，選擇嵌入式Linux操作系統作為本系統的軟件平臺，搭建了交叉式的開發環境，對bootloader進行了選擇，并給出了加載步驟。完成了對嵌入式Linux內核的選擇及移植。 第四，采用基于任務的設計方法對服務器端的軟件進行了總體設計，主要包括共用程序庫、config配置文件、日志文件以及多個任務等。并對運行于客戶端的軟件設計進行了簡要說明。 第五，由于數字視頻傳輸的實時性能和通過網絡傳輸以后客戶端接收的視頻圖像質量在本系統中至關重要，所以本文對傳輸信道和網絡協議進行了優化選擇，并詳細闡述了IP組播技術、流媒體傳輸協議等在圖像傳輸過程中的具體應用。
上傳時間： 2013-04-24
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模糊控制是近代控制理論中一種基于模糊數學理論、采用語言規則與模糊推理等新穎技術的高級控制策略，它是當前研究熱點——智能控制中的一個重要分支，發展迅速、應用廣泛、實效顯著、引人關注。 本書主要內容有模糊數學基礎、模糊邏輯理論、模糊控制系統與模糊控制器、模糊控制器的設計與分析、模糊控制理論研究、基于多值邏輯的硬件模糊控制器、模糊集成控制器與系統、模糊控制用的通用芯片和模糊控制應用實例等。這次修訂著重增加了多值邏輯理論與應用技術、模糊Petri網和模糊H網理論及嵌入式模糊Petri網知識表示與推理算法，以及基于多值邏輯的模糊控制器硬件實現機理、設計與性能分析等內容。原理與理論部分的論述條理清楚，通俗易懂；應用技術與實例面廣量多，說明翔實；全書圖文并茂，由淺入深；開卷有益，宜于自學入門。 本書可作為各高等院校相關專業的教師、研究生和高年級學生的教學與研究的參考用書；也可以作為信息學科相關領域，特別是自動化領域的高科技研究和開發部門與公司的工程技術人員、科研工作者的主要參考書。
上傳時間： 2013-06-24
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由于信道中存在干擾,數字信號在信道中傳輸的過程中會產生誤碼.為了提高通信質量,保證通信的正確性和可靠性,通常采用差錯控制的方法來糾正傳輸過程中的錯誤.本文的目的就是研究如何通過差錯控制的方法以提高通信質量,保證傳輸的正確性和可靠性.重點研究一種信道編解碼的算法和邏輯電路的實現方法,并在硬件上驗證,利用碼流傳輸的測試方法,對設計進行測試.在以上的研究基礎之上,橫向擴展和課題相關問題的研究,包括FPGA實現和高速硬件電路設計等方面的研究. 糾錯碼技術是一種通過增加一定的冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法.RS碼是一種典型的糾錯碼,在線性分組碼中,它具有最強的糾錯能力,既能糾正隨機錯誤,也能糾正突發錯誤.在深空通信,移動通信以及數字視頻廣播等系統中具有廣泛的應用,隨著RS編碼和解碼算法的改進和相關的硬件實現技術的發展,RS碼在實際中的應用也將更加廣泛. 在研究中,對所研究的問題進行分解,集中精力研究課題中的重點和難點,在各個模塊成功實現的基礎上,成功的進行系統組合,協調各個模塊穩定的工作. 在本文中的EDA設計中,使用了自頂向下的設計方法,編解碼算法每一個子模塊分開進行設計,最后在頂層進行元件例化,正確實現了編碼和解碼的功能. 本文首先介紹相關的數字通信背景；接著提出糾錯碼的設計方案,介紹RS(31,15)碼的編譯碼算法和邏輯電路的實現方法,RTL代碼編寫和邏輯仿真以及時序仿真,并討論了FPGA設計的一般性準則以及高速數字電路設計的一些常用方法和注意事項；最后設計基于FPGA的硬件電路平臺,并利用靜態和動態的方法對編解碼算法進行測試. 通過對編碼和解碼算法的充分理解,本人使用Verilog HDL語言對算法進行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平臺上面實現了編碼和解碼算法. 其中,編碼的最高工作頻率達到158MHz,解碼的最高工作頻率達到91MHz.在進行硬件調試的時候,整個系統工作在30MHz的時鐘頻率下,通過了硬件上的靜態測試和動態測試,并能夠正確實現預期的糾錯功能.
上傳時間： 2013-07-01
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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作為嵌入式系統核心的微處理器，是SOC不可或缺的“心臟”，微處理器的性能直接影響著整個SOC的性能。 與國際先進技術相比，我國在這一領域的研究和開發工作還相當落后，這直接影響到我國信息產業的發展。本著趕超國外先進技術，填補我國在該領域的空白以擺脫受制于國外的目的，我國很多科研單位和公司進行了自己的努力和嘗試。經過幾年的探索，已經有多種自主知識產權的處理器芯片完成了設計驗證并逐漸進入市場化階段。我國已結束無“芯”的歷史，并向設計出更高性能處理器的目標邁進。 艾科創新微電子公司的VEGA處理器，是公司憑借自己的技術力量和科研水平設計出的一款64位高性能RSIC微處理器。該處理器基于MIPSISA構架，采用五級流水線的設計，并且使用了高性能處理器所廣泛采用的虛擬內存管理技術。設計過程中采用自上而下的方法，根據其功能將其劃分為取指、譯碼、算術邏輯運算、內存管理、流水線控制和cache控制等幾個功能塊，使得我們在設計中能夠按照其功能和時序要求進行。 本文的首先介紹了MIPS微處理器的特點，通過對MIPS指令集和其五級流水線結構的介紹使得對VEGA的設計有了一個直觀的認識。在此基礎上提出了VEGA的結構劃分以及主要模塊的功能。作為采用虛擬內存管理技術的處理器，文章的主要部分介紹了VEGA的虛擬內存管理技術，將VEGA的內存管理單元(MMU)尤其是內部兩個翻譯后援緩沖(TLB)的設計作為重點給出了流水線處理器設計的方法。結束總體設計并完成仿真后，并不能代表設計的正確性，它還需要我們在實際的硬件平臺上進行驗證。作為論文的又一重點內容，介紹了我們在VEGA驗證過程中使用到的FPGA的主要配置單元，FPGA的設計流程。VEGA的FPGA平臺是一完整的計算機系統，我們利用在線調試軟件XilinxChipscope對其進行了在線調試，修正其錯誤。 經過模塊設計到最后的FPGA驗證，VEGA完成了其邏輯設計，經過綜合和布局布線等后端流程，VEGA采用0.18工藝流片后達到120MHz的工作頻率，可在其平臺上運行Windows-CE和Linux嵌入式操作系統，達到了預計的設計要求。
上傳時間： 2013-07-07
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應用領域。JPEG2000算法非常復雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優化并采用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部內容，對加快編碼速度從而擴展其應用領域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內容，其一是JPEG2000算術編碼器算法的研究與硬件設計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優化算法的設計。在研究算術編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態機和二級流水線技術，并在不影響關鍵路徑的情況下通過對算術編碼步驟優化采用硬件描述語言對算術編碼器進行了設計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設計的復雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結合率失真理論建立了算法的數學模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數學模型的實現流程，找出影響算法效率的關鍵路徑。在對算法優化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優化算法在增加少量系統資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產生更少的失真。
上傳時間： 2013-07-13
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JPEG2000是新一代的靜態圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區域編碼等，因而它具有廣闊的應用前景，特別是在數碼相機、PDA等便攜式設備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現將會占用大量的處理器時間和內存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產品、消費類電子產品中的應用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現的算法實時處理方案具有重要的應用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復雜的數學運算，但邏輯控制流程復雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現該算法并進行優化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎上，設計了列判斷和交錯存儲相結合的硬件實現方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸的能力，而碼流組織是獲得漸進傳輸特性的技術關鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數據包的先后順序來實現漸進傳輸的目的。本文對JPEG2000中實現漸進傳輸的機制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現。 為了對JPEG2000算法實現進行驗證，本文設計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數據打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設計進行了驗證，實驗結果表明本文設計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-04-24
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