超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、過載能力強、控制性能優良等優點，在中小容量調速系統和高精度調速場合發展迅速。但由于永磁同步電機的磁場具有獨特的交叉耦合和交叉飽和現象，且其控制系統是一個強非線性、時變和多變量系統，要實現高精度調速就需對其控制策略進行深入研究。 永磁同步電機調速系統中，位置傳感器的存在使得系統成本增加、結構復雜、可靠性降低，所以永磁同步電機的無位置傳感器控制成為一個新的研究熱點。本文擬借助于神經網絡良好的逼近能力，實現永磁同步電機的無位置傳感器控制。 人工神經網絡(Neural Network)可以逼近任意復雜非線性映射，具有很強的自學習自適應能力，十分適合于解決復雜的非線性控制問題。其中，BP神經網絡是目前廣泛應用的神經網絡之一，得到了較為深入的研究，其結構簡單，需要離線確定的參數少、泛化能力強、逼近精度高、實時性強，采用BP神經網絡實現永磁同步電機的調速控制具有重要意義。 文中提出了基于BP神經網絡的永磁同步電機自適應調速控制策略，建立了一種包含辨識網絡和控制網絡的雙神經網絡結構控制系統。辨識網絡在線動態辨識系統輸出并對控制網絡參數進行調整，控制網絡與PI控制方法相結合實現永磁同步電機自適應轉速控制。仿真結果表明，該系統動態響應快、實時性較強、精度較高。 文中提出了一種基于混合訓練算法的BP神經網絡永磁同步電機無位置傳感器控制方法。采用混沌優化和梯度下降法相結合的混合算法對BP神經網絡進行離線訓練后，將其用于永磁同步電機的轉子位置角在線估計。結果表明，該訓練算法可以有效地加快神經網絡收斂速度，且估計的轉子位置角誤差較小、精度較高。 文中建立了以TMS320F2812芯片為核心的永磁同步電機調速控制系統，并進行了相應的軟硬件設計，為實現永磁同步電機的各種控制策略奠定了實驗基礎。DSP控制系統為神經網絡訓練提供樣本，為研究永磁同步電機的自適應調速控制和轉子位置角估計創造了條件。
上傳時間： 2013-07-03
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LED顯示屏自問世以來經歷了飛速發展，如今已經成為了平板顯示器的一個重要產品。LED顯示屏具有亮度高、功耗小、顏色鮮艷等特點，能完成實時性、多樣性、動態性的信息發布任務，勝任各種戶外公共場合。高效節能和保護環境已成為當今世界發展的重要議題。因此，為LED顯示屏提供高效節能的電源及其驅動技術，就成為了LED大屏幕顯示技術得到推廣普及的關鍵性問題。 本文設計了一種低功耗、小成本的LED顯示屏驅動電源，并在此基礎上研究了LED顯示屏的一種時序掃描算法。采用半橋式開關電源作為LED顯示屏驅動電源的基本拓撲，完成了EMI濾波器、主電路和控制驅動電路的設計工作：利用FPGA和VHDL語言設計了基于PWM技術的閉環反饋控制，實現了恒壓電源的基本要求；并在電源輸出整流側采用同步整流的設計方案，利用低導通阻抗的電力MOSFET，使整流損耗得到了大大降低。研究了LED顯示屏的基本掃描算法，介紹了LED顯示屏的一些基本常識和概念，利用FPGA和VHDL語言設計了一種簡易的LED顯示陣列。仿真和實驗研究表明該電路結構簡單、控制方便，掃描算法簡易可行，滿足了LED顯示屏時序掃描控制的基本要求。
上傳時間： 2013-06-23
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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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本文以異步電機參數離線自整定及參數在線辨識為對象，從理論分析，算法提出，仿真證明和實驗驗證四部分進行了深入研究。 異步電機參數離線自整定及參數在線辨識技術的研究，為異步電機控制性能的不斷提高提供了保障，以使更好，更精確的控制方式能夠應用到工程實際中去。 由于在工程中使用的電機和變頻器不一定能夠匹配，而需要在電機運行之前由專業的工程師對變頻器作重新設置，此過程復雜，耽誤時間而且需要專業人員操作。 本文提出一套異步電機參數離線自整定算法，使用C語言編程，并在一臺2.2KW電機的硬件實驗平臺上驗證了該算法，實現了電機在運行之前，變頻器自動測試出電機的基本參數，為矢量控制等控制方式提供所需要的電機參數。 電機在運行過程中，由于溫度等因素的影響，電機的參數會發生變化，影響電機運行的穩定性，所以要對電機參數做在線辨識。本文對異步電機參數在線辨識作了理論分析和方法總結，為下一步工作打下基礎。 算法的實現需要相應的硬件實驗平臺，本文對硬件實驗平臺作了詳細介紹，包括主電路的設計、IGBT的驅動保護電路設計、DSP數字控制器的設計。 本文還對文中提出的實驗方法作了MATLAB/Simulink仿真，驗證了該方法的可行性，對實驗有指導意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本文在此背景下，針對非線性PID控制、自抗擾控制以及Smith預估器和前饋控制展開研究。為了提高控制器的穩定性和魯棒性，設計了ADRC-Smith預估控制器和前饋ADRC控制器，將其應用于大時滯溫度控制系統，并在此基礎上設計了吹塑機控制系統解決方案，通過大量的理論研究、仿真和實驗，實現了良好的控制效果。論文的主要工作有： 1.研究了自抗擾技術和溫度控制的現狀以及溫度控制的特點。 2.研究了ADRC的發展史，深入了解ADRC的原理與優點。ADRC在控制非線性對象時比PID具有更好的控制性能，但是參數調節理論不完善，阻礙了其廣泛應用。 3.通過MATLAB仿真，得到ADRC參數之間的內在規律，通過將ADRC的參數統一到一個時間因子上，達到簡化調節參數個數的目的，從而降低調試難度，同時，在無時滯溫控實驗平臺上進行實驗，驗證了參數調節規律的可行性。 4.自抗擾控制器在大時滯溫控上的應用，以前文獻一般將時滯環節等效成一階慣性環節，這樣就要求增加ADRC的階次，增加了調節參數個數，在參數調節理論不完善的情況下無疑是增加了調試難度。本文將ADRC分別與Smith預估器和前饋控制器相結合，設計了ADRC-Smith預估控制器和前饋ADRC控制器來解決具有大時滯控制問題。這兩類新控制器的優點是不增加ADRC的階次，是解決不確定大時滯被控對象的新途徑，也是ADRC控制器實際應用上的一次創新。 5.在可編程計算機控制器(PCC)搭建的大時滯溫控實驗平臺上進行實驗，將前饋ADRC控制器和貝加萊專用溫度控制器PIDXH的控制效果進行比較，實驗結果表明前饋ADRC控制器在穩定性、魯棒性等方面都優于PIDXH控制器。 6.研究了吹塑機控制系統解決方案，并在吹塑機上實驗前饋ADRc控制器，得到了良好的控制效果，進一步驗證了算法的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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隨著中國二代導航系統的建設，衛星導航的應用將普及到各個行業，具有自主知識產權的衛星導航接收機的研究與設計是該領域的一個研究熱點。在接收機的設計中，對于成熟技術將利用ASIC芯片進行批量生產，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設計和實現。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關鍵因素，尤其是在高動態和實時性要求高的應用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關法基礎上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統進行總體功能劃分和結構設計，并采用自底向上的方法對系統進行功能實現和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發板為硬件開發平臺，以ISE9.2i為軟件開發平臺，采用Verilog HDL編程實現該系統。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設計制作了GPS中頻信號產生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設計時，合理地采用FPGA設計思想與技巧優化系統。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現原理、實現結構以及仿真結果。并達到降低系統硬件資源，能夠快速、高效地實現對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術研究”中關于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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調整視頻圖像的分辨率需要視頻縮放技術。如果圖像縮放技術的處理速度達到實時性要求就可以應用于視頻縮放。 傳統圖像縮放技術利用插值核函數對已有像素點進行插值重建還原圖像。本文介紹了圖像插值的理論基礎一采樣定理，并對理想重建函數Sinc函數進行了討論。本文介紹了常用的線性圖像插值技術及像素填充、自適應插值和小波域圖像縮放等技術。然后，本文討論了分級線性插值算法的思想，設計并實現了FPGA上的分級雙三次算法。最后本文對各種算法的縮放效果進行了分析和討論。 本文在分析現有視頻縮放算法基礎之上，提出了分級線性插值算法，并應用在簡化線性插值算法中。分級線性插值算法以犧牲一定的計算精度為代價，用查找表代替乘法計算，降低了算法復雜度。本文設計并實現了分級雙三次插值算法，詳細說明了板上系統的模塊結構。最后本文將分級線性插值算法與原線性插值算法效果圖進行比較，比較結果顯示分級插值算法與原算法誤差較小，在放大比例較小時可以取代原算法。結果證明分級雙三次線性插值算法的FPGA實現能夠滿足額定幀頻，可以進行實時視頻縮放。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學在人機交互領域的極大發展，作為人臉信息處理中的一項關鍵技術，人臉檢測現在已經成為模式識別，計算機視覺和人機交互領域不可缺少的一部分。但是，人臉檢測算法存在計算量大、速度慢等缺點。軟件實現方式無法達到實時處理要求，而現有的硬件實現需要占用大量硬件資源。 本文針對現有人臉檢測硬件實現的缺點，通過對Adaboost算法和現有硬件結構的分析，提出了雙流水線硬件檢測架構：掃描窗口流水線、特征向量流水線。并在Vertex-II Pro FPGA平臺驗證成功，達到實時檢測的標準。具體工作和創新點包括如下幾點： 介紹了人臉檢測的原理以及人臉檢測經典算法。其中，詳細介紹了Adaboost算法。 對現有的結構進行詳細分析。指出現有各架構的缺點，即資源占用多，檢測速度慢。針對這兩個問題，本文提出了一個適合嵌入式應用的掃描窗口、特征向量雙流水線檢測硬件架構，詳細說明了該架構的工作原理，并在該架構基礎上，通過加入預測加載技術，進一步提高檢測速度。隨后，采用存儲器訪問效率，架構內部存儲單元大小，檢測時間長短，運算單元數量四個標準，詳細比較了新架構和現有架構的差別，顯示出新架構的優勢。 基于提出的架構，給出了Adaboost人臉檢測系統的VLSI實現方案。本文中，采用自頂向下的設計方法將人臉檢測系統分成若干個子模塊，然后對每個子模塊進行詳細的設計和說明，給出了每個子模塊的硬件架構、狀態轉換以及verilog實現后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA開發板完成人臉檢測系統的硬件驗證。FPGA驗證結果表明對于QCIF分辨率的視頻圖像，人臉檢測系統能夠達到50fps的檢測速度，滿足實時檢測的要求。
上傳時間： 2013-06-15
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