隨著微電子和計算機技術的迅速發展，傳統的金屬探測系統也正向著新的方向進行快速更新和發展。金屬探測器最初主要應用于工礦探測和軍用探雷，現在已經廣泛應用于旅行安檢以及食品、紡織、木材、玩具、藥品等生產加工行業的質量安全檢測。在科學技術不斷進步及金屬探測器在社會生活中的作用不斷凸現的時代背景下，怎樣提升和完善金屬探測儀器的性能，已經成為本領域一個亟待解決的課題。 本課題的目的是設計一種雙頻率工作的數字式金屬探測系統，可以同時以較高的精度檢測到鐵磁性和非鐵磁性金屬，從工作模式上徹底改變普通金屬探測器檢測種類單一和精度不高的現狀。該檢測系統采用多通道同步數字頻率合成(DDS)技術產生正弦信號源，通過電渦流傳感器檢測金屬異物。系統以TMS320LF2407為數據處理中心，利用自學習算法來實現系統參數的自動調整，并設計了良好的人機對話界面，提高金屬探測器的可讀性和可操作性。 本文從金屬檢測的理論分析和雙頻金屬探測器的設計兩個方面做了具體闡述。理論分析部分從電磁場的角度論述了金屬物質的幅度和相位特性，并得出了檢測頻率與不同金屬的檢測靈敏度存在相關性的結論。文中把系統設計分為三大部分：檢測系統的工作原理和總體構造、系統硬件設計、系統軟件設計。第一部分主要闡述了整個系統的工作原理以及實現方案；硬件設計部分從檢測電路和控制電路兩個方面入手，詳細敘述了發射、接收、解調電路以及電渦流傳感器的設計過程，并著重介紹了DSP、單片機等主要芯片的接口電路設計，包括基于RS-485的SCI串口通信的硬件電路設計；軟件設計部分主要闡述了在CCS、u-Visin集成環境下DSP系統和人機對話系統的程序流程，并敘述了系統自學習方法的實現過程，最后著重分析了SCI串口通信的軟件實現方法。 文中最后整理了系統測試的實驗結果。通過實驗分析可知，采用雙頻工作的金屬探測器對鐵磁性和非鐵磁性金屬都有較高的檢測精度。整個系統的可讀性與可操作性較好，易于擴展升級、性價比高，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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交流伺服技術是研制開發各種先進的機電一體化設備，如工業機器人、數控機床、加工中心等的關鍵性技術，但是要提高交流伺服系統的控制性能關鍵在于伺服控制器對電機動態和靜態響應的控制，要獲得良好的電機動、靜態性能關鍵在于伺服控制器的控制算法。為此，本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻資料的基礎上，掌握了系統構成和基本控制原理，并分析了國內交流伺服存在的問題，設計了基于TI公司電機數字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元；基于三菱公司智能化功率器件IPM設計了控制器的功率單元；以及電源單元和相關電路的保護單元。 基于電機矢量控制原理，構建了永磁同步電機的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基礎上，根據模糊控制的基本原理，研究了應用于電機控制的模糊參數自整定PID控制器設計原理，構建模糊參數自整定PID控制器的數學模型，并進行該系統的仿真研究和實際應用程序設計。 本文的重點是闡述模糊參數自整定PID控制器的設計原理和方法，利用基于模糊參數自整定PID控制器的交流伺服系統仿真模型，應用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性，并與常規PID控制性能進行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結果對比得出結論，模糊參數自整定PID控制器可以提高交流伺服系統的動態和靜態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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PCB線路板雕刻機可根據PCB線路設計軟件(如PROTEL)設計生成的線路文件，自動、精確地制作單、雙面印制電路板。用戶只需在計算機上完成PCB文件設計并據其生成加工文件后，通過LPT通訊接口傳送給雕刻機的控制系統，雕刻機就能快速的自動完成雕刻、鉆孔、隔邊的全部功能，制作出一塊精美的線路板來，真正實現了低成本、高效率的自動化制板。該設備操作簡單，可靠性高，是高校電子、機電、計算機、控制、儀器儀表等相關專業實驗室、電子產品研發企業及科研院所、軍工單位等的理想工具。 線路板雕刻機是一種機電、軟硬件互相結合的高新科技產品，它利用PCB線路設計軟件(如PROTEL)生成的PCB文件信息，轉換為國際通用的G代碼加工文件，直接輸出給雕刻機，來控制雕刻機自動完成雕刻、鉆孔、切邊等工作。它利用物理雕刻方法，通過計算機控制，在空白的敷銅板上把不必要的銅箔銑去，形成用戶設計的線路板。使用簡單、精度高、省時、省料。
上傳時間： 2013-07-16
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數控編程是目前數控系統中非常重要的環節之一，它在實現加工自動化、提高加工質量和加工精度、縮短產品研制周期等方面發揮著重要的作用。數控機床加工過程中，遇到比較復雜的零件時，使用人工編寫數控程序需要大量的時間，并且容易出錯。但是，隨著CAD/CAM技術的推廣和應用，采用CAD/CAM集成技術編制數控加工程序已經成為當今的主流。因此，開發高效的數控自動編程系統已經成為眾多專業人員的研究方向。 從目前的國內外技術水平來看，自動編程系統通常都采用面向現有的AutoCAD系統，通過二次開發，擴展CAD系統的CAM功能的方式來實現，如MasterCAM、CAXA等，但是這些系統價格昂貴。因此，在通過AutoCAD系統平臺上開發自動編程系統，使其具備CAM功能，是實現某些特殊編程系統的一種途徑。 本課題基于ObiectARX技術，在AutoCAD軟件平臺上，針對SKC800S型數控沖床自動送料機床，研究與開發了數控加工圖形自動編程軟件系統。該課題主要完成以下內容： 1、深入研究ObjectARX編程技術。 2、深入研究AutoCAD圖形數據庫的結構，以便構造合適的算法，提取必要的信息。 3、開發出友好的用戶界面。 4、通過構造合適的類，實現數控加工程序地自動生成。 5、編寫幫助文檔，方便編程人員使用。 在本系統軟件的設計中，嚴格遵循開放、模塊化的設計要求。經過加工試驗，本課題所研發的自動編程系統得到較好的應用效果，并且具有友好的人機界面、良好的操作性，達到了預期開發目標。 本課題的研究為進一步研究數控復合加工機床提供了思路，打下了良好的基礎。同時，本文對于從事自動編程系統研究開發的相關人員也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-05-24
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運動控制卡是數控系統的重要組成部分，是上位機與驅動執行部件的之間的一座橋梁。數控加工中的定位控制的精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制卡密切相關。目前，國內研制的運動控制卡與國外專業性公司研制的先進的開放式運動控制卡相比還有較大差距。因此，對于運動控制卡的研究與開發具有很大的現實意義。 本文對運動控制卡的各種實現方案作了深入的比較，對于運動控制卡的發展趨勢進行了探討。在分析數控系統對于運動控制卡需求的基礎上，提出了一種基于DSP的PCI總線運動控制卡的實現方案。該方案具有通用性好、軟件易于修改升級、調試方便等特點。 文中對這一方案的具體實現做了詳細的分析，給出了系統的整體結構設計，軟硬件組成情況。詳盡闡述了運動控制電路、總線接口電路、驅動器接口電路等硬件電路的設計過程，以及運動控制卡的制作過程。論述了DSP上的程序結構，并具體分析了插補算法、速度控制算法等在DSP上的實現方法。對PC機上的運動控制卡的驅動程序的模型以及編寫方法做了介紹。 通過對制成樣板的調試表明，運動控制卡具有良好的性能。
上傳時間： 2013-07-29
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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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數控系統在工礦領域已得到廣泛應用，計算機數控系統通過對數字化信息的處理和運算，并轉化成脈沖信號，實現對步進電機的控制，進而控制數控機床動作和零件加工。隨著嵌入式技術的發展，我們可以設計規模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系統來完成傳統計算機數控系統所完成的工作。 步進電機以其精度高、控制靈活、定位準確、起停迅速、工作可靠、能直接接受數字信號的特點，成為數控系統中的重要執行部件。然而根據步進電機的特性，必須要采取適當而有效的升降速控制策略，特別是在多電機連動的系統中，對多個電機連動的速度控制和脈沖分配也很值得研究。在本文中作者將介紹一種三軸連動的速度控制和脈沖分配的優化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速數控雕刻機控制系統中的實現。 在本文中還可以看見，為了減小本系統中主控MCU的壓力，作者還將利用FPGA來設計一個針對多電機連動的速度控制和脈沖分配優化算法的外圍定制控制器。 最終實驗結果表明，作者所提出的優化算法及其在本系統的實現方案，完全達到客戶所提出的高速數控雕刻機控制系統的各項設計性能指標。
上傳時間： 2013-07-02
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刀具狀態的精確監測是保證金屬切削加工過程順利進行的關鍵，因此研制準確、可靠且成本低廉的刀具狀態監測系統一直是研究人員所追求的目標。在眾多刀具狀態監測方法中，聲發射監測技術，以其信號直接來源于切削區，具有靈敏度高、響應快，能有效避開低頻干擾等優點，非常適用于刀具狀態監測。 圍繞如何獲取高信噪比的刀具狀態信號特征，擬結合嵌入式技術，構建準確、穩定、低成本的實時刀具狀態監測與辨識系統。給出了基于ARM& WinCE平臺的刀具狀態監測系統數據處理平臺軟硬件初步解決方案。作為課題的前期研究本文主要進行了以下工作： （1）分析了聲發射信號與刀具磨損狀態的相關性，驗證了利用聲發射信號進行刀具狀態監測的可行性； （2）確定刀具狀態監測系統的整體方案，包括系統整體架構、軟硬件設計方案。ARM& WinCE構成本系統的數據處理與顯示平臺，EVC為圖形界面應用程序開發工具； （3）構建了數據處理與顯示平臺。選用MagicARM2410實驗開發平臺，簡化了硬件設計；根據系統的功能需求，進行ARM平臺的接口設計、操作系統和必要的驅動程序的剪裁及移植； （4）完成了數據處理與顯示應用軟件設計。系統軟件包括界面模塊、數據管理模塊、數據處理模塊、圖形及結果顯示模塊、參數設置模塊等，其中數據處理模塊主要包括小波消噪、小波包分解特征提取等算法； （5）實現了ARM& WinCE平臺與PC機的實時可靠通訊。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經得到了迅速發展，作為一種現代高性能伺服電機和大力矩直接驅動電機己廣泛應用于機器人等機電一體化產品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結構緊湊、轉子無損耗、轉子的轉動慣量小、機電時間常數小、轉矩/重量比大、低速運行平穩、可以制成多氣隙組合式結構進一步提高轉矩等特點，其在數控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應用前景，是一種理想的驅動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設計及集成技術》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結構釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設計與集成技術研究，開發出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應的整機設計和集成技術問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎上，將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中，從而使得電機的質量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結構和電磁負荷分布與傳統電機完全不同，常規電機的某些設計規則不能直接應用到該結構電機的設計當中，本文主要針對這種結構的電機進行了分析與計算。分析了不同結構Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關參數的計算，給出了初步的樣機設計數據，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結、借鑒相關電機設計方法的基礎上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術經濟上的問題，國產永磁交流伺服電動機至今未能大量應用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當中，僅數控機床因國產電機和系統不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產品主要依靠進口的局面，充分發揮我國稀土資源豐富的優勢，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
上傳時間： 2013-04-24
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