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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自適應濾波器的硬件實現一直是自適應信號處理領域研究的熱點。隨著電子技術的發展，數字系統功能越來越強大，對器件的響應速度也提出更高的要求。 本文針對用通用DSP 芯片實現的自適應濾波器處理速度低和用HDL語言編寫底層代碼用FPGA實現的自適應濾波器開發效率低的缺點，提出了一種基于DSP Builder系統建模的設計方法。以隨機2FSK信號作為研究對象，首先在matlab上編寫了LMS去噪自適應濾波器的點M文件，改變自適應參數，進行了一系列的仿真，對算法迭代步長、濾波器的階數與收斂速度和濾波精度進行了研究，得出了最佳自適應參數，即迭代步長μ=0.0057，濾波器階數m=8，為硬件實現提供了參考。 然后，利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8階2FSK信號去噪自適應濾波器的模型，結合多種EDA工具，在EPFlOKl00EQC208-1器件上設計出了最高數據處理速度為36.63MHz的8階LMS自適應濾波器，其速度是文獻[3]通過編寫底層VHDL代碼設計的8階自適應濾波器數據處理速度7倍多，是文獻[50]采用DSP通用處理器TMS320C54X設計的8階自適應濾波器處理速度25倍多，開發效率和器件性能都得到了大大地提高，這種全新的設計理念與設計方法是EDA技術的前沿與發展方向。 最后，采用異步FIFO技術，設計了高速采樣自適應濾波系統，完成了對雙通道AD器件AD9238與自適應濾波器的高速匹配控制，在QuartusⅡ上進行了仿真，給出了系統硬件實現的原理框圖，并將采樣濾波控制器與異步FIF0集成到同一芯片上，既能有效降低高頻可能引起的干擾又降低了系統的成本。
上傳時間： 2013-06-01
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通信領域的主導技術有兩種：用于內部商業通信的局域網(LAN)中的以太網(Ethernet)和廣域網(WAN)中的SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。因為在SDH網絡上不直接支持以太網，當企業(客戶)間需要彼此通信或企業(客戶)內需要將其總部與分部連至同一LAN網時互連問題便應運而生。 該研究課題的目的是研究在EoS(EthernetoverSDH)實現過程中存在的技術難題和協議實現的復雜性，提出一種簡單、快速、高效的協議實現方法。主要關注的是EoS系統中與協議幀映射相關的關鍵技術，例如：自定義幀結構、幀定位、全數字鎖相技術、流量控制技術等，最終完成EoS中這些關鍵技術模塊的設計。 該課題簡單分析EoS系統相關協議幀結構及EoS系統的原理，闡述了FPGA技術的實現方法，重點在于利用業界最先進的EDA工具實現EoS系統中幀映射技術。系統中采用一種簡化了的點對點實現方案，對以太網的數據幀直接進行HDLC幀格式封裝，采用多通道的E1信道承載完整的HIDLC幀方式將HDLC幀映射到E1信道中，然后采用單通道承載多個完整的E1幀方式將E1映射到SDH信道中，從而把以太網幀有效地映射到SDH的負荷中，實現“透明的局域網服務”。這對在現有的SDH傳輸設備上承載以太網，開發實現以太網的廣域連接設備，將會具有重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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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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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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在交流伺服系統中,永磁同步電動機(PMSM)作為執行元件具有高效、節能、便于維修的特點,廣泛應用于數控機床的進給伺服單元及機器人等需精確定位的裝置中.由于PMSM驅動系統受電機參數變化、外部負載擾動、對象未建模和非線性動態特性等不確定性的影響,因此,采用并發展先進的控制技術,不斷改善與提高位置伺服系統的穩態精度、動態響應特性及對系統參數變化的自適應性和抗干擾性是一個必然趨勢.該文對PMSM的控制機理和特性作了較為深入的分析;建立了PMSM的數學模型,并采用了id=0的矢量控制策略;對控制系統組成及控制方式作了分析和比較,在此基礎上建立了電流環、速度環和位置環的三閉環控制系統,對作為反饋主回路的位置環采用了模糊CMAC神經網絡控制方法,該方法兼具模糊控制器的快速性和神經網絡的自學習能力;構建了針對PMSM位置伺服系統的模糊CMAC控制器結構及其相應的算法;利用先進的計算機仿真工具(Matlab下的Simulink)對所提出的控制策略進行了數字仿真和分析;仿真和實驗結果表明本文所提出的控制策略對PMSM位置伺服系統進行控制具有良好的魯棒性能和快速性.該文首次提出將兼具快速性和自學習能力的模糊CMAC神經網絡控制器應用于PMSM位置伺服系統中,可以說該文為發展高性能PMSM位置伺服系統提供了充分的技術資料,也為今后進一步提高其性能提出了新的思路和方法.
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，嵌入式Internet遠程測控系統已成為計算機控制領域一個重要組成部分，它將計算機網絡、通信與自動控制技術相結合并成為新興的研究熱點。通過嵌入式Internet控制系統，用戶只要在有網絡接入的地方，就可以對與網絡連接的任何現場設備進行遠程測控。嵌入式系統可以根據應用進行軟硬件的定制，特別適用于對成本、體積、功耗有嚴格要求的各種遠程測控設備。該項技術的研究具有廣闊的應用前景。 嵌入式Web遠程監控不同于以往的C/S和B/S網絡監控技術，它通常采用嵌入式系統作為Web服務器，使得系統的成本大大降低，且設備體積小巧，便于安裝、易于維護，安全可靠，此技術自問世以來得到了業界的廣泛關注，各式各樣的解決方案和實現方式層出不窮。 本文提出了一種基于ARM的嵌入式網絡控制系統。該系統以嵌入式Boa服務器作為遠程信號的傳輸平臺。首先對網絡的系統結構和工作原理作了詳細介紹，然后對嵌入式網絡控制系統的實現作了深入的探討和研究。 整個嵌入式網絡控制系統主要劃分為三個部分：嵌入式網絡控制系統硬件設計；嵌入式網絡控制器的軟件設計；嵌入式網絡控制系統Web服務器實現。系統選用主流的ARM微處理器LPC2210作為系統主控制器，并根據需要給出了具體的硬件電路設計，包括：存儲器接口電路、網絡接口電路、串行通信接口電路以及信號調理電路設計。鑒于μ Clinux對ARM技術的有力支持，且μ Clinux具有內核可裁減、網絡功能強大、低成本、代碼開放等特點，通過對μ Clinux的裁減、配置和編譯，成功地將μ Clinux移植到LPC2210中。然后完成設備驅動開發、嵌入式網絡控制系統Boa服務器的構建及系統應用開發。 該嵌入式網絡控制系統融合監控網與信息網，實現了遠程分布式測控和通訊。系統穩定性高、實時性好、性價比高，具有廣泛的應用價值，適用于工業、交通、電力、能源等眾多控制領域。
上傳時間： 2013-06-13
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現場總線技術以其先進性、實用性、可靠性、開放性等優點，已經成為自動化技術發展的熱點。現場總線控制系統作為一種開放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統，已經對傳統的PLC、集散控制系統形成了巨大的沖擊，具有廣闊的發展前景。 作為現場總線之一的CAN總線以其可靠性高、實時性好、價格低廉、容易實現等優點，被廣泛應用于工業控制領域。與傳統的控制系統相比，基于CAN總線設計的工業控制系統可以減少系統控制的復雜性，降低成本，并能提高系統的穩定性和擴展性。 本論文針對某石材加工廠的具體應用需求，在分析了CAN總線協議的基礎上，給出了工業控制網絡的總體解決方案，主控節點硬件設計、軟件設計，人機界面設計，以及網絡通訊結構模型及具體實現流程，完成的主要工作如下： 軟硬件平臺設計，基于ARM處理器LPC2378開發了工控網絡主控節點。設計了該節點的硬件電路，包括CAN總線接口電路、串行接口電路、AD、DA轉換隔離電路等。在硬件平臺上進行μC/OS-II操作系統移植，基于該操作系統編寫了各硬件模塊驅動程序，主要包括串行接口和CAN模塊的初始化、數據接收以及發送。 通訊設計，根據工業控制應用的具體需求，設計了網絡整體解決方案，包括網絡拓撲方案，通訊結構等，基于CAN總線技術規范CAN2.0B自定義了CAN總線網絡應用層通信協議CAN08。 人機界面設計，基于威綸MT505設計了工控網絡的人機界面，編程實現人機界面與主控節點的Modbus通訊。
上傳時間： 2013-07-09
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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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自動開袋機是一種比較復雜的機電一體化縫紉機械，用于加工服裝口袋，與常規手動開裁縫制口袋相比，具有高效率、高品質、高精度的優勢，越來越受到服裝廠青睞。自動開袋機控制系統的研究可滿足市場對此的需求。 論文根據對自動開袋機的機械結構、電氣系統、縫制過程及工藝實現進行分析，提出一種基于ARM9處理器S3C2410和嵌入式WinCE操作系統的控制方案，隨后進行了硬件設計、氣動控制系統設計以及軟件設計。系統的硬件電路部分，論文根據開袋機動作要求及處理器情況，進行了最小系統、電源模塊、串口接口、I/O擴展接口、液晶屏顯示接口等電路設計。氣動控制系統部分，論文進行了滿足動作要求的氣動元件選型以及系統氣動回路設計。系統的軟件設計部分，分析了系統啟動代碼的實現方法，對WinCE操作系統進行定制，并基于EVC開發出應用程序(含用戶圖形界面)部分。論文最后，進行了系統調試工作，并對課題進行總結和展望。 論文設計的自動開袋機控制系統基于WinCE操作系統，人機界面簡潔美觀，操作方便，機器功能比較完善，性能好。在研究過程中，對傳統的開袋機定位方式進行改進，軟件方面考慮到優化性設計。
上傳時間： 2013-04-24
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