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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工業生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數學模型。應用常規的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經網絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規則描述的過程，將神經元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調整PID的參數，使系統具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經網絡的研究主要是神經網絡的理論研究、神經網絡的應用研究和神經網絡的實現技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經網絡的實現技術研究方面，創新性地利用FPGA嵌入式系統開發技術實現單神經元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統使用。 首先，對單神經元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統輸出；然后，研究基于FPGA的單神經元智能控制算法的實現，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經元智能控制器比MATLAB設計的單神經元PID智能控制器性能優良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數，兩者之間是相互關聯的，溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變，且極易產生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統，該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路，易于系統擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統的體積，縮短了開發周期，大大增強了系統的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節省了開發成本，使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-29
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在工業過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統的超調量變大，調節時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統的優點、發展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統所涉及到的硬件平臺、系統框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著計算機、通信、電子技術的進步，嵌入式系統和以太網技術的融合將成為嵌入式技術未來的重要發展方向。基于ARM的嵌入式系統由于具有低功耗、高性能、低成本、可以進行多任務操作等優點，在控制領域得到了越來越廣泛的應用。 本選題來自中山大學與北京航天五院合作研制的流體網絡系統地面原理樣機控制器設計項目。論文研究的主要目的是利用基于ARM920T內核的嵌入式微處理器AT91RM9200融合多傳感器設計一種可以在地面實驗室環境中可靠運行的數據采集與溫度控制系統。 本文從嵌入式測控系統的硬件實現和軟件設計兩方面進行分析。在硬件設計上，主控制板以Atmel公司生產的AT91RM9200 CPU為核心，主要包括串口模塊、存儲模塊、以太網接口模塊、基于SPI串行接口設計的數據采集模塊（A/D）、基于I2C接口設計的PID控制信號輸出模塊（D/A）和采用PIO接口設計的開關控制輸出模塊等電路，其中后三個模塊承擔了流體網絡回路的傳感器數據采集，關鍵點的溫度控制和多路電磁閥的開關控制等任務，后文將重點介紹。在軟件設計方面，主要分兩個方面進行討論，分別為主控制器上基于嵌入式Linux系統的軟件和上位機采用Visual C++編寫的監控軟件。主控制器軟件采用多線程進行設計，包括主線程、服務器子線程和數據采集子線程，三個線程同時運行，提高了系統的運行效率。上位機和主控制器通過接入以太網中，然后由服務器線程和上位機客戶端利用socket套接字實現通信。同時上位機軟件也提供形象美觀的圖形用戶界面，配合主控制器實現特定的溫度、流量和壓力監控。 本論文設計的嵌入式測控系統充分利用了AT91RM9200內嵌的的強大功能模塊，包括SPI接口模塊和I2C接口模塊等，可廣泛應用于控制領域。對該系統的一些研究成果和設計方法具有一定的先進性和良好的實用性，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-06-30
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開關磁阻電機(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有結構簡單、工作可靠、效率高和成本較低等優點，在很多領域都顯示出強大的競爭力，但是位置傳感器的存在不僅削弱了SRM結構簡單的優勢，而且降低了系統高速運行的可靠性，增加了成本，探索實用的無位置傳感器檢測轉子位置的方案成為開關磁阻電機驅動系統(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的熱點。SRM高度非線性的電磁特性決定了在精確的數學模型基礎上實現無位置傳感器控制十分困難，而人工神經網絡的出現為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(RadialBasisFunction，RBF)神經網絡是一種映射能力極強的前向型神經網絡，具有收斂速度快、全局逼近能力強等優點。本文提出一種利用自適應RBF神經網絡對SRM進行控制的新方法，所采用的RBF神經網絡以電機繞組的相電流、磁鏈作為輸入，轉子位置作為輸出，通過離線和在線相結合的方法對網絡進行訓練，建立SRM電流、磁鏈與轉子位置之間的非線性映射，從而實現SRM的無位置傳感器控制。 常規的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛采用。在系統模型參數變化不大的情況下，PID控制效果良好，但當被控對象具有高度非線性和不確定性時，僅靠PID調節效果不好。對于SRM，它的電磁關系高度非線性，固定參數的PID調節器無法得到很理想的控制性能指標。論文提出了一種基于RBF神經網絡在線辨識的SRM單神經元PID自適應控制新方法。該方法針對開關磁阻電機的非線性，利用具有自學習和自適應能力的單神經元來構成開關磁阻電機的單神經元自適應控制器，不但結構簡單，而且能適應環境變化，具有較強的魯棒性。同時構造了一個RBF網絡對系統進行在線辨識，建立其在線參考模型，由單神經元控制器完成控制器參數的自學習，從而實現控制器參數的在線調整，能取得更好的控制效果。 仿真及實驗結果表明，自適應RBF神經網絡能夠實現電機的準確換相，從而實現了電機的無位置傳感器控制；基于RBF神經網絡在線辨識的單神經元自適應控制能夠達到在線辨識在線控制的目的，控制精度高，動態特性好，具有較好的自適應性和魯棒性。
上傳時間： 2013-04-24
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儀器儀表產品的總體發展趨勢是傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠、高環保和長壽命的“六高一長”的方向發展；新型的儀器儀表與元器件將朝著微型化、集成化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化的方向發展；其中占主導地位、起核心或關鍵的作用是微型化、智能化和網絡化。而我國儀器儀表在工業自動化儀表方面重點發展基本上是基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表和專用自動化儀表；閘門測控儀表一般的功能都是控制閘門開度、荷重，以及超限報警等基本功能。處理器核心也一般都是8/16位的單片機，8/16位單片機功能簡單難以滿足嵌入式設備的網絡、圖像傳輸等要求，而且對人際交互功能的支持也相對較弱。 本文正是針對現有閘門測控儀存在的功能單一、網絡功能差、接口標準不統一、不具備監控功能等問題，開發設計高性能新型智能儀表。以設計出一種智能型閘門測控儀表為研究出發點，在分析國內主流儀表廠家的儀表操作方式和儀表功能的基礎上，合理地進行軟硬件設計，為在同一硬件平臺下實現多種儀表的功能進行創新性和探索性研究。提出基于ARM的嵌入式閘門智能測控儀表的設計，構建基于ARM系統的硬件平臺和基于嵌入式Linux操作系統的軟件平臺。應用嵌入式系統技術設計開發全新的智能閘門測控儀主要功能包括：閘門開度和荷重自動檢測、實時性控制；過閘流量實時自動監測；閘門運行狀態診斷與故障報警；實時工況圖像處理；工業以太網現場總線接口與網絡傳輸等。
上傳時間： 2013-04-24
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旋轉彎曲疲勞試驗機是測定材料機械性能的基本設備之一，應用范圍廣泛。隨著試驗機技術和微電子技術的快速發展，舊有的試驗機測控系統已逐漸不能適應廣大用戶的測試需求，迫切要求新一代試驗機測控系統向數字化、智能化、集成化方面邁進。 本課題研究的主要任務是在分析和總結國內外同類試驗機測控系統技術現狀的基礎上，吸收先進的微電子技術和試驗機控制技術，開發一套新型的基于ARM微處理器的旋轉彎曲疲勞試驗機測控系統。論文圍繞這個任務，主要進行了如下幾個方面的研究工作： 1.分析旋轉彎曲疲勞試驗機的系統工作原理與測量參數，制定試驗機測控系統的總體設計方案，并對測控系統中ARM主控制器要實現的功能進行具體分析。 2.依照總體方案，設計出以32位ARM微處理器LPC2210為核心的主控制器，對系統測量模塊、驅動模塊及外圍電路進行了電路設計；分析系統交流驅動單元的工作原理，并對ARM實現系統交流電機的調速控制作出具體闡述。 3.針對系統交流電機的調速控制，在建立交流系統數學模型的基礎上，采用一種基于現代控制理論的矢量控制算法并附以PID控制策略來實現無級精度調速。 4.移植實時嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ至LPC2210，編寫啟動代碼和主任務程序，對各任務模塊設計用戶應用程序，并對上位機的軟件系統設計進行結構規劃。 5.對基于ARM的旋轉彎曲疲勞試驗機測控系統進行軟硬件調試，并完成部分試驗。
上傳時間： 2013-06-06
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比例-積分-微分（PID）是過程控制中最常用的一種控制算法。算法簡單而且容易理解，應用十分廣泛。但由于應用領域的不同，功能上差別很大，系統的控制要求及關心的控制對象也不相同。數字PID控制比連續PID控制更為優越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。本文以三相全控整流橋阻性負載為實際電路，控制主電路電壓，旨在提出一種智能數字PID控制系統的設計思路，并給出了詳細的硬件設計及初步軟件設計思路。 PID控制系統采用高性能、低功耗的ARM微處理器S3C44BO作為核心處理單元，內部的10位ADC作為信號采集模塊，采用了矩陣鍵盤和640*480的液晶作為人機接口；串口作為通信模塊實現了上位機的監控。采用芯片內部自帶的PWM模塊，輸出16M Hz PWM信號并經過一階低通濾波器得到0～5V的控制信號用于觸發主電路控制器，實現PID整定。 軟件方面，分析和研究了uC/OSⅡ的內核源碼，實現了其在32位微處理器上的移植，作為管理各個子程序執行的系統軟件。選用了圖形處理軟件uC/GUI用于完成LCD顯示及控制。PID算法采用了增量式數字PID算法，采用規一化算法進行參數選取。上位機部分采用了C＃語言進行編寫。另外，采用了RTC（Real Time Clock）作為系統時鐘，可以實現系統的定時運行、定時模式切換等。在上位機上也可以方便的控制程序的執行，實現遠程監控。 在論文的最后詳細的介紹了智能PID控制系統在三相全控橋主電路中的具體應用。總結了調試中遇到的問題，對今后工作中需要進一步改善和探索的地方進行了展望。
上傳時間： 2013-08-01
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