PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關注。隨著現代控制理論及智能控制技術的發展，PID算法也得到了長足的發展。結合傳統的PID控制算法，針對特定的控制領域，出現了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術的發展，現場可編程邏輯器件FPGA的發展及其EDA技術的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發展空間。FPGA的發展為基于硬件的算法模塊的實現提供了可能性，同時節省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調節系統的結構分析，對其進行了數學建模。采用某汽輪機的實際設計運行參數，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數學模型進行了甩負荷動態特性仿真。仿真結果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發電機組在甩負荷過程中由于機組轉子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉。根據模糊控制理論的特點及EDA技術和FPGA可編程邏輯器件的發展現狀，提出了在FPGA上實現模糊PID算法的具體實現方案。在綜合分析算法特性的基礎上，選擇Altera公司生產的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發環境中，利用原理圖設計輸入和VHDL設計輸入相結合的方式實現了模糊PID控制算法，同時分別對實現的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據仿真結果分析，該設計實現了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統硬件開發周期，節省了外圍設備的電路，降低了設計開發成本。
上傳時間： 2013-07-21
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近年來，基于DSP和FPGA的運動控制系統己成為新一代運動控制系統的主流。基于DSP和FPGA的運動控制系統不僅具有信息處理能力強，而且具有開放性、實時性、可靠性的特點，因此在機器人運動控制領域具有重要的應用價值。 論文從步行康復訓練器的設計與制作出發，主要進行機器人的運動控制系統設計和研究。文章首先提出了多種運動控制系統的實現方案。根據它們的優缺點，選定以DSP和FPGA為核心進行運動控制系統平臺的設計。 論文詳細研究了以DSP和FPGA為核心實現運動控制系統的軟、硬件設計，利用DSP實現運動控制系統總體結構與相關功能模塊，利用FPGA實現運動控制系統地址譯碼電路、脈沖分配電路以及光電編碼器信號處理電路，并對以上電路系統進行了功能仿真和時序仿真。 結果表明，基于DSP和FPGA為核心的運動控制系統不僅實現了設計功能要求，同時提高了機器人運動控制系統的開放性、實時性和可靠性，并大大減小了系統的體積與功耗。
上傳時間： 2013-05-29
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高速公路隧道屬于特殊路段，隧道洞內外環境差別非常大，需要在隧道內設置電光照明，以消除司機的“暗適應"與“明適應’’視覺問題，保證隧道行車安全。而當前的大部分高速公路隧道照明控制系統簡單，照明光源舒適度不高，未根據洞外環境亮度，綜合車速車流量及洞內煙霧濃度等因素，實時調節隧道洞內照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的問題，給行車安全帶來隱患，造成能源浪費，不符合設計規范和國家節能的政策要求。 本文介紹了當前隧道照明的發展及照明燈具智能控制的研究狀況，針對當前隧道照明的控制系統存在的問題，給出了基于ZigBee的隧道照明無線控制系統的 架構；分析比較了當前各種隧道照明光源的特點，針對當前普遍采用的高壓鈉燈照明和新興的LED燈照明做了詳細的經濟效益對比，根據系統使用壽命周期內的性價比，選擇大功率LED作為隧道照明燈具；在分析ZigBee協議及組網流程的基礎上，設計了基于ZigBee技術的簇樹型隧道照明無線測控網絡，系統采用CC2430無線模塊作為網絡節點的硬件解決方案，對網絡中的協調器、路由器及終端節點的組網及其數據處理流程進行了詳細設計；設計了利用ZigBee技術作為控制命令和數據傳輸的可調光LED燈具，滿足所提出的控制系統對燈具的要求：針對隧道照明控制參數及燈具光效難以建立精確數學模型的特點，系統采用基于專家經驗的隧道照明的模糊控制算法，設計了隧道照明控制程序，并嵌入到利用WinCC設計的隧道照明的控制系統中。論文最后對所設計的系統進行了測試，驗證了系統的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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論文以反應式步進電機為研究對象，應用了先進的FPGA/CPLD技術，設計了一種全數字的步進電機控制系統，通過了仿真、綜合和下載的各個程序測試環節，并在實驗中得到了良好的應用。 本論文分析了反應式步進電機工作原理以及其具體的控制過程，然后闡述了FPGA的設計原理以及所涉及到的相關芯片，接著對所要應用的硬件語言VerilogHDL方面的知識進行了簡要地介紹，這些為論文的具體設計部分提供了理論基礎。 本系統針對需要實現對步進電機的調速，設計出了一種符合要求的連續可調的脈沖信號發生器，整個脈沖信號發生器有兩個大的模塊組成，最后用一個頂層的模塊將二者連接起來，并且每個子模塊以及頂層的模塊都通過了仿真測試。系統采用了模塊化的設計思路，為系統的設計和維護提供了方便，同時也提高了系統性能的可擴展性。系統采用一種軟件硬化的設計思路，應用了VerilogHDL硬件語言，該語言較容易理解。軟件也是采用了目前應用比較廣泛的幾種。在最后的實物實驗中也取得了良好的效果，從而證明了設計的正確性。論文針對VerilogHDL硬件語言的應用技巧以及實際編寫程序中經常遇到的問題都做了詳細的解釋，并提出了幾個解決問題的方法；對于如何合理的選擇芯片，文章也做了仔細說明。 FPGA+VerilogHDL+EDA工具構成的數字系統現場集成技術，是本系統設計的核心部分，該門技術具有操作靈活、利用廣泛以及價廉等特點。該門技術具有旺盛的生命力和廣闊的前景，必然推動著整個集成電路產業系統集成的進一步發展。整個系統設計采用了全數字化的控制方案，使系統更加緊湊、更加合理以及經濟節約。由于系統的全數字化，使得整個系統運行變得十分可靠，調試也極為方便。作為一種先進技術的應用，論文在很多方面做了新的嘗試。
上傳時間： 2013-05-20
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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工業X-CT（X-ray Computed Tomography）無損檢測技術是以不損傷或者破壞被檢測對象的一種高新檢測技術，被譽為最佳的無損檢測手段，在無損檢測領域日益受到人們的青睞。近年來，各國都在投入大量的人力、物力對其進行研究與開發。 目前，工業CT主要采用第二代和第三代掃描方式。在工業CT第三代掃描方式中，掃描系統僅作“旋轉”運動，控制系統比較簡單。對此，我國已取得了可喜的成績。然而，對工業CT系統中的二代掃描運動控制系統，即針對“平移+旋轉”運動的控制系統的研究，我國已有采用，但與發達國家相比，還存在較大的差距。二代掃描方式與其它掃描方式相比，具有對被檢物的尺寸沒有要求，且能夠對感興趣的檢測區域進行局部掃描的獨特優點。同時X光源的射線出束角較小（一般小于20°），因此在工業X-CT系統主要采用二代掃描運動控制。有鑒于此，本論文結合有關科研項目，開展了工業X-CT二代掃描控制系統的研究。 論文首先介紹了工業X-CT系統的工作原理和各種掃描運動控制方式的特點，闡述了開展二代掃描控制的研究目的和意義。其次，根據二代掃描控制的特點，提出了“在優先滿足工業X-CT二代掃描控制的基礎上，力求實現對工業X-CT掃描運動的通用控制，使其能同時支持一、三代掃描方式”的設計思想。據此，研究確立了基于單片機AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的運動控制架構，以實現二代掃描控制系統的設計方案。論文詳細介紹了可編程邏輯器件FPGA的工作原理和開發流程，并對其相關開發環境QuartusII4.1作了闡述。結合運動控制系統的硬件設計，詳細介紹了各功能模塊的具體設計過程，給出了相關的設計原理框圖和實際運行波形。并制作了相應的PCB板，調試了整個硬件控制系統。最后，論文還詳細研究了利用VisualC++6.0來完成上位機控制軟件的設計，給出了運動控制主界面及掃描運動控制功能軟件設計的流程圖。 論文對整個運動控制系統采用的經濟型的開環控制技術所帶來的不利影響，分析研究了增加步進電機的細分數以提高掃描精度的可能性，并對所研究的控制系統在調試過程中出現的一些問題及解決方案作了簡要的分析，提出了一些完善方法。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：stella2015
逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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雙足機器人是一個多自由度、多變量、非線性的復雜動力學系統。其控制平臺的研究往往涉及嵌入式技術、傳感器技術、步態規劃、路徑導航、人工智能、自動化控制等多種理論與技術，體現了信息科學和人工智能技術的最新成果，應用領域廣大，具有重要的研究價值。其中，雙足機器人導航控制系統是雙足機器人控制平臺研究中的重點和難點，將在自動駕駛、未知區域的探索、危險環境作業、核電站的維護等領域中發揮極大的作用。 本文以雙足機器人導航控制系統的設計為研究背景，結合嵌入式系統開發的關鍵技術，主要論述了兩個核心內容：一是雙足機器人導航決策系統的設計。該系統是基于一種新式的ARM&DSP主從控制模式下的設計。該設計借助內外傳感器系統的反饋，通過對多傳感器信息的融合與處理，在導航決策算法的作用下，實現雙足機器人在未知環境下平滑的自主導航。二是為增強雙足機器人導航的人機交互性和控制系統對突發事件的處理能力，在基于MiniGUI的系統平臺上設計了雙足機器人的導航控制系統界面。論文的主要內容包括： 首先，設計了雙足機器人的本體模型，并對雙足機器人的步態規劃做了理論研究，為步態控制獲得理論上的支持。 然后，就雙足機器人導航控制平臺的搭建做了詳細的介紹，并著重對主從控制器間通訊的CAN接口做了詳細的設計。 接著，從兩個層面設計了導航決策系統，一是根據內部傳感器得到的關節信息，比對決策層中的步態規劃算法，對關節的運動進行實時的補償和調整，實現各關節動作的協調，得到標準的步態，保證每一步的穩定和準確。二是對外部傳感器獲得的外界環境信息進行處理，構建出供決策層使用的外部環境模型，之后在基于模糊神經網絡的導航算法的指引下，實現雙足機器人對外界環境做出合理、平滑的響應。 最后，介紹了導航控制界面的設計與實現。重點介紹了MiniGUI開發平臺的搭建、基于MiniGUI的界面程序的設計以及程序在開發板上的移植，實現了控制界面在雙足機器人導航上的應用。
上傳時間： 2013-04-24
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顯示技術被定義為新世紀世界朝陽產業之一。幾十年來，LED顯示技術成為一項使用最廣泛和最普及的技術，由于其極高的性價比、高亮度、主動發光等特性，使得LED構成的大屏幕已經被廣泛的應用于車站、碼頭、廣場等各種場合以及各企事業單位，成為各單位、部門很好的信息發布與交流工具。傳統的顯示技術以簡單的8位或者16位單片微控制器為核心，其運算速度、內存容量、存儲空間和通訊方式等方面存在著很大的局限性，很難實現高難度圖文動態特技顯示和高灰度級顯示，并且無法滿足信息容量大和處理速度很高的場所。 本文在分析LED顯示控制原理、灰度級實現以及彩色顯示實現原理的基礎上，制定了ARM+FPGA的LED點陣顯示控制方案，采用三星公司S3C2410芯片上的LCD顯示接口，設計了顯示數據重組、非線性占空比γ反校正等邏輯，結合FPGA技術實現了高性能的LED點陣顯示控制；同時研究了嵌入式Linux操作系統，在實驗基礎上詳細論述基于Linux操作系統的幀緩存設備模塊加載模式下的控制技術，并開發基于ARM平臺的LED顯示屏播放以及管理應用程序。 本文的創新之處在于提出并系統研究了改善LED顯示效果的數據重組技術以及非線性占空比下的γ反校正技術，并通過軟硬件調試系統達到預期顯示效果。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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