本文主要的研究為對轉永磁無刷直流電動機控制問題，對轉永磁無刷直流電動機在艦船、水下航行器等對轉推進系統中有著廣泛的應用前景。它具有無刷直流電動機的一切優點：功率密度大、調速性能好、運行效率高、結構簡單、運行可靠、維護方便等等。其與普通的永磁無刷直流電動機的差別僅僅在于原來靜止的電樞部分和旋轉的永磁體部分都可以相對于靜止部分旋轉，即有兩個轉子，根據作用力與反作用力的原理，兩個轉子受到的電磁轉矩在任意時刻都是大小相等、方向相反的。因此兩個轉子必將沿著相反的方向旋轉。 論文主要工作和創新點如下： 1)介紹了對轉永磁無刷直流電機與普通永磁無刷直流電機的區別、優點及應用，詳細分析了其工作原理，并建立對轉永磁無刷直流電機本體的數學模型，接著利用MATLAB/Simulink建立對轉永磁無刷直流電機的仿真模型。 2)研究了無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機的控制方法。采用基于DSP的三次諧波過零點檢測方法來檢測電機轉子的位置與轉速，采用數字鎖相環對三次諧波過零點進行90°延遲： 3)控制系統采用雙閉環控制，即速度環與電流環來組成調速控制系統，其中速度環采用了基于改進的BP神經網絡PID自適應控制，電流環采用滯環控制，并對整個系統進行仿真。 4)在仿真研究的基礎上，本文進行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片為控制核心的無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機數字控制系統的軟硬件設計。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著永磁同步電機在許多領域得到廣泛應用，對永磁同步電機的研究成為一種必然的發展趨勢，具有實際的意義和價值。本文采用TI公司專用于電機控制的TMS320F240型數字信號處理器作為核心，開發了全數字化的永磁同步電機矢量控制調速系統的軟件，并在改進的清華電機控制試驗平臺上進行了帶機試驗，結果驗證了系統設計方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機的矢量控制理論，建立了永磁同步電機數學模型，并在此基礎上討論了永磁同步電機的矢量控制調速方案；然后，以清華電機控制試驗平臺為基礎介紹了控制系統硬件結構，其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。在硬件的基礎上，軟件采用匯編語言編程，實現了轉速和電流雙閉環矢量控制，并給出了系統主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖，永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標變換、sinθ、cosθ值生成、PI調節、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務子程序中完成的。為達到數值的統一，對軟件中所采用的參數進行了定標。最后在基于硬件平臺的基礎上，對軟件進行帶機調試，試驗表明電機能快速響應并跟蹤給定轉速，從而證明整個系統設計的正確性。 另外，本文還在MATLAB／SIMULINK的基礎上，建立采用模糊神經網絡控制器的永磁同步電機的仿真模型，仿真結果表明：該控制系統具有較好的位置響應和抗干擾能力強。 在論文的最后，對全文的工作做了總結。
上傳時間： 2013-07-27
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通用異步收發器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協議。串行外設用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當在FPGA上設計時，需要將UART功能集成到FPGA內部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現主機設備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設備的時候尤其是在監控場所，接口控制器在控制數據與計算機的傳輸上就起了至關重要的作用。 論文針對信息技術的發展和開發過程中的實際需要，設計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨使用，也可集成到系統芯片中，并且整個設計緊湊、穩定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設計采用TOP-DOWN設計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據UART和藍牙主機控制器接口的實現原理和設計指標要求進行系統設計，對系統劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設計，設計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在Virtex-II開發板上對系統進行功能驗證。實現了發送、接收和波特率發生等功能，驗證了結果，表明設計正確，功能良好，符合設計要求。
上傳時間： 2013-07-13
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-07-09
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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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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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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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交流電動機是一個多變量、高階、強耦合的非線性系統，不象直流電機那樣易于控制轉矩，采用矢量控制技術可解決傳統交流調速的難題，使交流電機可以按直流電機的控制規律來進行控制，而無傳感器矢量控制技術由于可以省去速度傳感器，使相應的交流調速系統變得簡便、廉價和可靠，所以成為當前研究的熱點，本論文工作就是這方面的一個嘗試。 論文首先介紹了矢量控制技術的基本理論。對感應電動機在三相靜止坐標系下強耦合和互感變參數的數學模型，通過坐標變換，導出感應電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，然后將同步坐標系按轉子磁場定向，實現了對轉子磁鏈和轉矩的分別控制，從而可以按直流電機的控制規律來控制交流電機。 其次，論文基于同步軸系下的感應電動機電壓磁鏈方程式，提出了一種感應電動機按轉子磁場定向的矢量控制方法，利用在同步軸系中T軸電流的誤差信號實現對電機速度的估算，這種速度估算方法結構簡單，有一定的自適應能力。同時在該無傳感器矢量控制系統中，由于采用了經典的PI調節器，使得控制系統更為簡單易行。 論文利用MATLAB建立了該無傳感器矢量控制系統的仿真模型。為提高系統的適應性和仿真結果的準確性，仿真模型采用了標么值系統，并考慮了控制周期和采樣信號周期對仿真結果的影響。討論了離散控制引起的相位補償問題，使仿真結果更接近實際工程系統。 最后，通過仿真進一步驗證了本文提出的無傳感器矢量控制系統的正確性和可行性，也證明了速度估計模型對速度估計準確，且對參數的變化有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-02
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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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隨著煤礦高產高效技術的推廣和應用，井下長距離、大運量、大功率下運帶式輸送機的應用越來越普遍。其中，解決好傾角較大（大于6°）的下運帶式輸送機的運行制動和安全制動問題對保障全礦安全、高效生產具有重要意義。 本文在對國內外現有下運帶式輸送機制動系統的現狀分析基礎上，針對煤礦生產的特殊性，提出了基于ARM的嵌入式計算機控制液壓調速軟制動系統方案，所用元件可靠性和防爆性好，系統簡單，動態制動性能好；結合成熟的工業PID控制經驗和智能控制理論，并依據制動控制方案，設計了一種模糊自適應PID控制器用于控制電液比例調速閥的開口大小，其PID參數Kp、Ki和Kd可根據系統狀態進行在線調整，結構簡單、魯棒性強，在系統結構參數發生改變時也可獲得較好的控制效果；在基于S3C44BOX的最小ARM系統基礎上，設計了系統控制信號的輸入、輸出方式及其電路；分析了實時操作系統μC/OS-ⅡBootLoader的設計及其在S3C44BOX上的移植過程；制動系統應用軟件采用多任務機制，狀態檢測與控制任務并行運行，數據采集采用定時中斷的方式；系統可擴展性、可移植性好，控制算法容易實現多樣性且開發簡單、維護方便。 該液壓調速軟制動系統可用于大型下運帶式輸送機的正常工作制動、緊急停車和斷電防止飛車事故發生的安全制動，對輸送機的輔助啟動也起重要作用。制動力矩依據輸送機載荷大小和輸送機制動減速時速度的變化進行自動調整，制動曲線可調，輸送機減速時不產生較大沖擊、安全平穩，并按照規定的減速度大小減速停車。
上傳時間： 2013-07-09
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