在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著微電子技術的發展，可編程邏輯器件取得了迅速的發展，其功能日益強大，FPGA內部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對數字信號處理的特點做了特定設計，集成了存儲器、鎖相環（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個公司提供的FPGA開發軟件使用硬件描述語言，可以實現特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統采用FPGA+DSP的結構來完成整個復雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類，FPGA和DSP份協作發揮各自的長處，對于算法實現簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現，DSP則用來處理經過預處理后的圖像數據，來運行算法結構復雜，乘加運算多的算法。整個系統主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應用，完成了Stratix芯片的選型。設計了數字圖像處理板的電路原理圖和PCB設計圖。并對電路板進行調試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設計，并調試成功，應用到FPGA的調試下載配置中，取得了良好的實驗與經濟效果。（3）充分利用FPGA的設計開發軟件與工具，完成了中值濾波、形態學濾波和自適應閾值的FPGA實現，并給出了詳細的實現過程。將算法下載到FPGA芯片，經過試驗調試，達到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實現方式，選用PCI9054芯片實現通訊，完成PCI接口電路設計，經過調試，實現了中斷、DMA等方式，滿足了數據傳輸的要求。（5）學習了C6701DSP芯片的工作特性以及內部功能結構，完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發生以及電源模塊等外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-07-16
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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針對現代中低壓電網電能質量的監測及諧波治理的需要，論文綜合運用嵌入式技術、現代信號處理技術、虛擬儀器技術設計了一種新型低功耗、集成化的電網參數監測儀。此系統實現了對三相電網相/線電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網頻率、功率因數以及三相電壓、電流的31次以內諧波的實時監測。 論文分析了基于微處理器的電力系統基本參數的測量原理；對被測信號的交流參量通過抽樣方法獲得，由多點的抽樣數據統計得到的結果可以減小隨機誤差的影響；基于DFT和FFT的諧波測量原理，將FFT應用于諧波分析獲得信號的頻域參數；針對諧波測量中的混疊誤差設計了二階抗混疊濾波器；分析了非同步采樣和對非時限信號的截斷造成的頻譜泄露和柵欄效應及其對諧波測量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數對頻譜泄漏的抑制作用，在此基礎上選擇加海明窗對采樣信號進行處理；針對DDS具有高精度頻率合成的特點，將其應用到電網信號的采樣上，提高了采樣的同步性，使得測量精度滿足了系統的要求。上述方法需要大量快速的迭代運算，系統微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系統的數據處理能力和實時性。系統供電電源采用了開關電源、減小了體積，提高了效率；完成了下位機數據采集部分、二階抗混疊濾波器、測頻電路及通信模塊電路的設計；最后介紹了軟件設計部分，主要包含了數據采集的實現過程，FFT程序的設計，給出了各部分程序的流程圖；系統上位機軟件設計了電網數據處理程序，該軟件以LabWindows/CVI6.0為開發平臺，利用CVI豐富的庫函數，完成對數據的處理、顯示和記錄等工作，并采用雙線程運行模式，在數據采集和處理的同時完成了顯示、命令的發送和運行曲線等功能。 按上述方案設計的樣機經過三次電路制作與軟件調試，主要技術參數達到了設計要求，通過了實驗室測試，目前正在電力系統諧波治理系統中進行工業實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題針對當前煤礦企業對水的依賴性和企業自身發展對水源的需求等實際問題，研制了基于ARM的煤礦水源井監控系統。 論文主要介紹了監控系統監控終端（RTU）的硬件設計、軟件算法設計以及通訊技術、電機的保護原理和監控系統上位機的軟件設計。 監控終端（RTU）的算法設計方面，針對系統數據信號的特點和系統分析的需要，對水位、流量、出水口壓力采用直流采樣，對相電流、相電壓采用交流信號采樣。對采樣后的數據進行數值分析和計算，獲得了高精度的煤礦水源井參數的測量和系統的控制。 通訊部分采用的是具有接收靈敏度高、頻率穩定、傳輸效率高等優點的無線數傳電臺與RS-232組成無線網絡，實現了數據的上下傳輸。 監控終端（RTU）的硬件設計方面主要采用ARM芯片作為監控分站的終端處理核心，實時檢測水源井的水位，出水口壓力、流量等參數。實時顯示水源井各參數的動態特性，并查看水位的歷史變化。同時，ARM處理器通過互感器對數據采集處理后，可計算出水泵電機的三相電流、電壓的實際值，根據電機的相序電流、電壓的大小，可對電機實時有效的微機保護。并根據監控中心命令進行相應的數據處理和數據傳送。 監控終端軟件方面主要考慮到時實采樣的準確性，uClinux系統在ARM系統上數據處理的快速性與實時性，以及與監控系統軟件的通信顯示方面的可行性與有效性。 系統監控的軟件利用VC++6．0中的編程進行實時數據的采集處理和控制、數據的實時顯示、報表打印和報警等功能。通過ADO對象和SQL Sever，與windows系統上的數據庫服務器進行實時數據的交互。
上傳時間： 2013-05-16
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目前，國內礦井的排水系統多采用傳統的人工監測、繼電器控制的方法。傳統方法設備運行的自動化程度低、可靠性較差、工人勞動強度大、應急能力不足，存在一定的安全隱患，不適應數字化礦井發展的需要。本課題設計的自動排水系統采用嵌入式微控制器作為就地控制系統與上位機遠程監控相結合的方式，提高了工作的可靠性和穩定性，具有運行成本低、調試方便等特點。 本文首先根據某礦井下排水的實際情況，對各種排水形式和相關設備進行了分析和比較，選擇其中一種典型的排水系統形式作為模型。根據井下排水系統的運行原理展開研究和論證，制定了井下水位監控和水泵啟動方案。在綜合自動控制的相關理論和傳感器應用技術的基礎上分析了排水系統中需要監控的、能夠反映排水系統工作特征的關鍵參數，并提出了這些參數的監測方法和這些方法的可行性。 全面分析了目前常用的微處理器和實時操作系統，詳細研究了ARM和μC/OS-Ⅱ的性能和特點，充分利用ARM微處理器高性能、低功耗、低成本的優勢，以及μC/OS-Ⅱ可移植性好、開發成本低的優點。選用以ARM7TDMI-S為CPU的LPC2220芯片作為就地控制系統，選用μc/OS-Ⅱ為實時操作系統。并根據排水系統工作方案和要求設計了系統和接口硬件電路，完成了系統運行程序代碼的編寫。 應煤礦信息化發展趨勢的要求，選用LabVIEW作為上位機監控軟件，以串行通訊協議與井下就地控制系統組成遠程監控系統。從而實現工作人員能夠在地面監控室輕松了解到井下水倉水位、各排水設備工作狀態等信息，實現了排水系統運行的“避峰就谷”和水泵房的無人化值守。此項研究對礦井的安全生產、節能降耗和數字化建設等工作具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-04
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電動助力轉向系統(EPS)是集節能、環保、安全為一體的前沿技術，是未來車輛轉向系統的發展方向。本文研究了電動助力轉向系統的構成和工作原理，自主研發設計了一套電動助力轉向控制系統，并進行實車試驗。 控制系統中采用了基于ARM7TDMI—S內核的高性能芯片LPC2131芯片(EasyARM2131開發板)進行控制器設計，分析和選擇了系統的控制策略，完成了控制器的硬件和軟件設計。系統的控制策略中采用了折線改進型助力曲線助力方式和模糊與數字PID相結合的控制方法，并進行相關補償控制的分析；硬件設計過程中采用了抗干擾技術進行優化設計，完成了信號采集和處理電路、電機驅動電路、電源電路以及故障診斷等電路設計；軟件設計采用了結構化的沒計思想，完成了包括控制系統主程序、A/D采集子程序、車速和發動機信號的采集子程序、電機PWM控制驅動子程序以及故障診斷和信息顯示子程序的設計，并在扭矩信號處理程序中應用容錯技術進行了軟件冗余優化設計。 本文對自主開發設計的EPS控制系統進行了實車試驗和結果分析，試驗結果表明，本文所設計的基于ARM的汽車電動助力轉向控制系統在轉向輕便性、穩定性和可靠性等方面性能良好，完全滿足設計要求。
上傳時間： 2013-07-21
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ARM微處理器和嵌入式Linux操作系統為核心的嵌入式技術，已在很多領域得到了越來越廣泛的應用。由于網絡在未來計算中將發揮非常重要的作用，因此連通性、網絡化正逐漸成為嵌入式設備的發展方向，嵌入式設備的網絡化已經成為網絡發展的必然趨勢。美國貝爾實驗室預測未來數年內所能想到的任何有用信息都是由嵌入式設備通過網絡供給信息的需求者。 本文設計和實現了基于ARM處理器的嵌入式系統硬件和軟件解決方案，將Linux移植到LH79520，并且實現了嵌入式系統的網絡通信功能。 本文采用NXP公司的LH79520微控制器作為處理器，采用高度集成的以太網芯片DM9000A作為網絡接口，并且擴展了LCD、UART接口。使用APEX作為系統的Bootloader，選擇Linux操作系統進行裁剪和移植，編寫了網絡芯片驅動程序，使得2.6.22版本內核在硬件上穩定運行；同時實現了嵌入式平臺和Linux系統之間的網絡的數據傳輸。對影響TCP網絡數據傳輸速率的因素進行了研究，通過對比和測試優化了ARM嵌入式系統的網絡傳輸性能。最后，在ARM平臺和Linux主機端分別實現了采用IPMSG協議的網絡傳輸應用程序。 通過測試表明，本文所設計的嵌入式系統在可用性及操作方便性方面都達到了預期的目標，使得ARM Linux移植更有效率而且降低成本，具有實際的應用價值。
上傳時間： 2013-07-14
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隨著生物工程及醫學影像學的發展，磁共振成像在醫學診斷學方面發揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫療設備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎，是評價該設備的一個重要的技術參數，磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個重要方向。良好、穩定的磁場均勻性對核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義，同時也是飽和壓脂序列實現的唯一條件。 該課題的主要內容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導磁體的超導勻場線圈的形狀及位置的基礎上，分析各個線圈中電流的大小與空間某點磁場強度的關系。同時借鑒磁共振成像原理，設計輔助測量水膜，對空間某一特定半徑的球體腔內各點的磁場強度進行自動化測量。在當前使用的被動式勻場的基礎上，利用分析軟件，對線圈的選擇及電流的大小進行計算與優化。實驗結果表明效果良好，磁場均勻度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉化技術去設計一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計算機模擬及有限元分析的方法進行計算、優化，最終得到理想的磁場均勻度。 良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎，是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現的先進序列實現的前提條件。從而為臨床醫學提供了一種先進的檢查手段，為疾病診治的及時性、準確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎。 該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎上設計的勻場計算分析軟件已在多臺磁共振安裝調試過程中得到應用，達到了預期的目的，能夠滿足現場調試的要求。該方法對于今后超導磁體磁共振的磁場均勻性調試，及在醫學影像學方面的發展有很好的應用價值。該項技術在該領域的推廣必然會提高磁場均勻性的精度，推動醫學影像學及臨床診斷學的發展。并能帶來良好的社會效益及經濟效益，具有關闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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