超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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無刷直流電機具有輸出轉矩大、調速性能好、運行可靠等一系列優點，具有廣泛的應用前景，其傳統的理論分析及設計方法已經比較成熟。它的進一步推廣和應用，在很大程度上有賴于對其控制策略的研究。本文主要研究了無刷直流電機的速度控制問題。 無刷直流電機是一種多變量和非線性的控制系統，傳統的控制方法很難滿足對它的精確控制。近代模糊控制理論在無刷直流電機的控制中得到了廣泛的應用，提高了控制系統的性能。但是，在模糊控制器控制規則優化和參數在線調整方面還存在著許多不足。針對這些問題，本文提出了一種使用遺傳算法優化的模糊控制器，并且應用到無刷直流電機的控制中。系統采用雙閉環控制，內環采用電流負反饋對電機轉矩進行調節；外環應用模糊控制器進行速度控制，通過遺傳算法離線優化模糊控制規則和在線調節模糊控制器的參數以提高系統的動態性能。同時本文使用Matlab和電機仿真軟件VisSim對無刷直流電機的速度控制進行了軟件仿真。 數字信號處理器(DSP)是一種高速的信號處理芯片，近幾年在電機控制領域得到了廣泛的應用。本文以TI公司的TMS320LF2407控制器為基礎，介紹了DSP在無刷直流電機控制中常用的應用技術。同時為了降低系統開發設計的復雜性，提高控制系統的可靠性以及軟件開發的快速性，本文將嵌入式操作系統移植到DSP中，并在該操作平臺上開發出高效的控制算法。 實驗結果表明，通過遺傳算法優化的模糊控制器對無刷直流電機模型的不確定性和負載變化具有較強的適應性和魯棒性，而且控制系統具有較好的動態性能。
上傳時間： 2013-06-12
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汽車防抱死制動控制系統(ABS)是改善汽車主動安全性的重要裝置，在汽車日益普及的今天，它的應用更為廣泛和具有重要意義。作為制動系統中的閉環控制裝置，它能防止制動過程中的車輪抱死，以保持車輛的方向穩定性和減少輪胎磨損。ABS的主要部件有：液壓調節器、輪速傳感器和用于信號處理、觸發報警燈和控制液壓調節器的ECU。 本文首先簡要介紹了ABS的發展歷史和基本功能，整個系統的基本結構及其控制原理。利用MATLAB/Simulink建立各部件的模型，包括單輪旋轉動力學模型、1/2車輛縱向動力學模型、7自由度整車模型、車輛制動器模型。 分析ABS控制方法，建立ABS滑模變結構控制系統模型。將滑模變結構控制和傳統邏輯門限控制進行比較。在高附著系數路面上可以看出滑模變結構控制較傳統邏輯門限控制能進一步縮短制動距離。進一步地，利用相同制動力在不同附著系數路面上引起的車輪角減速度不同的特點，在線修正目標滑移率，仿真結果顯示獲得了更好的制動效果。 根據防抱死制動系統的工作原理，以ARM單片機LPC2292為核心，完成了輪速信號調理電路、電磁閥和回液泵電機驅動電路等電路的設計，闡述了ABS各功能模塊軟件的設計思想和實現方法，完成了防抱死制動系統的硬件和軟件設計。 最后，自主設計的控制器在某車型上進行了替換試驗。 試驗結果表明：自主開發的ABS控制器滿足了制動防抱死功能的需要，各項試驗指標皆與原裝ABS接近。
上傳時間： 2013-04-24
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目前運動控制主要有兩種實現方式,一是使用PLC加運動控制模塊來實現：二是使用PC加運動控制卡來實現。兩者各有優缺點,但兩者有以下共同的缺點：一是由于它們兒乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)來實現電機控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多個進程同時處理,故無法在控制精度和控制速度比較高的場合中應用。二是它們的設計只是把運動控制部件當作系統的一個部分,如果要完成一個機械設備的完整控制,還需要輔助有其他的數字量/模擬量控制設備。這樣在提高了系統成本的同時,也降低了系統的可靠性。 論文設計了一種基于ARM+CPLD的高速運動控制器,該控制器采用高速的CPLD處理器來完成電機的閉環控制,輔助以NXP的32位ARM7TDMI處理器LPC231X來實現復雜的運動規劃,使得運動控制精度更高、速度更快、運動更加平穩；同時為系統擴展了常規運動控制卡不具備的通用I/O接口,除開4軸運動控制所需要的8點高速脈沖輸入和8點高速脈沖輸出外,系統具有24點數字量輸入(可選共陰或共陽),25點繼電器輸出,僅一臺這樣的專用設備就可以完成4軸運動控制和設備上其它開關量控制。 系統采用可移植的軟、硬件設計。硬件上以運動控制部件為核心,可以方便的在ARM處理器預留的資源上擴展出數字輸入,數字輸出,AD輸入,DA輸出等常用功能模塊。系統軟件構架如下：在最上層,系統采用μC/OS-Ⅱ操作系統來完成系統任務調度；在底層,將底層設備的操作打包編寫成底層驅動的形式,可直接供用戶程序調用；在中間層,可根據不同的用戶要求編寫用戶程序,再將其傳遞給μC/OS-Ⅱ來調度該用戶程序。 將該運動控制器應用于工業應用中的套標機,在對套標機進行運動分解之后,結合套標機的電氣特性,很好的實現了運動控制器在套標機上的二次開發,滿足了套標機在現場中的應用。
上傳時間： 2013-04-24
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這篇論文在系統分析國內外雷達伺服控制系統研究現狀的基礎上，選定以ARM為內核的基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器為研究對象。 首先，根據雷達伺服控制系統功能要求與性能指標，進行系統的硬件設計：選擇基于ARM920T的S3C2410和Altera公司的FPGA芯片EP1C12Q240作為主控芯片，ARM與FPGA的連接形式采用中斷+存儲器的形式；將ARM與FPGA上多余的引腳引出作為將來升級的需要；還畫出ARM+FPGA的雷達伺服控制器的系統圖并制作了PCB板。 其次，選用PID對伺服系統進行控制，模糊神經網絡綜合了模糊控制和神經網絡的優點，并利用模糊神經網絡算法對PID參數進行在線調整。用Matlab7.1進行仿真，其結果表明：該控制算法對系統具有良好的控制效果，性能較常規PID得到較大改善。 最后，根據FPGA在伺服系統主要任務，用VHDL語言和原理圖在FPGA芯片中分別編制實現DAC0832接口控制功能、光電編碼器與脈沖發生電路的程序代碼；并在Quartus II6.0環境下通過仿真，且得到仿真的波形符合系統功能要求。采用C語言編寫在ARM中實現模糊神經網絡PID控制算法的代碼，通過CodeWarrior for ARM的編譯無誤后，生成可執行文件.axf,，調用AXD進行在線仿真調試。仿真結果表明：模糊神經網絡PID算法對伺服系統能夠進行有效控制。 結果表明：ARM作為伺服控制器的內核，其性價比與集成度高：用FPGA芯片實現接口電路使伺服控制器的可靠性高、速度快、可配置及連接方式靈活。因此采用基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器，提高了系統的開放性、實時性、可靠性，降低了系統功耗，具有重要的應用價值。
上傳時間： 2013-06-30
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如今電力電子電路的控制旨在實現高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數字化的方向發展。現場可編程門陣列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發和維護(升級)等顯著優點。與單片機和DSP相比，FPGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應了電力電子電路的日趨高頻化和復雜化發展的需要。因此，在越來越多的領域中FPGA得到了日益廣泛的發展和應用?！ ”疚奶岢隽艘环N采用現場可編程門陣列(FPGA)器件實現數字化通用PWM控制器的方案。該控制器能產生多路PWM脈沖，具有開關頻率可調、各路脈沖間的相位可調、接口簡單、響應速度快、易修改、可現場編程等特點，可應用于PWM的全數字化控制。文中對方案的實現進行了比較詳細的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實現、PWM波形的產生、各模塊的工作原理等。 本文還提出一種新型ZCT-PWMBoost變換器，詳細的分析了該變換器的工作過程，并采用基于FPGA的數字化通用PWM控制器對這種軟開關Boost變換器進行控制，給出了比較完滿的實驗結果。實驗結果驗證了該控制器以及該ZCTBoost變換器的可行性和有效性，
上傳時間： 2013-07-10
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基于ARM的嵌入式運動控制器是集計算機數字控制技術、ARM技術、運動控制技術以及嵌入式操作系統技術等技術為一體的技術含量高的運動控制器；是對低成本、高性能運動控制器研究的一個新的嘗試。本論文的研究重是點基于雙端口RAM上下位機通訊的數控系統總體軟件架構設計、嵌入式運動控制器軌跡規劃算法的研究、嵌入式系統軟件的構建以及運動控制器外設驅動程序的開發，其主要工作及成果如下： 1．針對數控系統上下位機信息交互頻繁，提出了一種基于雙端口RAM通訊結構的上下位機交互方式，實現了上下位機信息的高速、穩定通訊；且完成了基于雙端口RAM上下位機通訊結構的數控系統總體軟件架構設計。 2. 針對目前高速數控加工軌跡規劃中存在的一些關鍵問題進行深入的探討。提出一種軌跡拐角的速度平滑方法，當高速加工不在同一直線方向而形成拐角的加工段時，在拐角過渡時能獲得很好的速度響應和較小的輪廓誤差；還提出了一種高速數控加工小線段的前瞻平滑算法，當高速加工多段微小直線段時，能夠優化規劃多段微小線段的加工速度，有效避免了頻繁的加減速給系統帶來較大沖擊以及加工效率低的問題。 3. 構建了適合本運動控制器系統的系統軟件；研究了嵌入式運動控制器引導程序的移植、嵌入式Linux內核的優化配置以及根文件系統的構建。 4．探討了Linux驅動程序開發的原理以及流程；并以雙端口RAM為例介紹了運動控制外設驅動程序開發的方法。
上傳時間： 2013-07-02
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近年來，LED(light emitting diode，發光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內容修改方便、亮度高、顯示穩定且壽命長等多種優點，被廣泛應用于商業廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。 LED顯示屏的核心技術主要集中在控制器中。目前，大部分異步顯示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微處理器的處理速度、體系架構、尋址范圍、外圍接口資源等諸多限制，已難以在要求顯示較多像素、顯示內容幀頻較高、動態顯示效果復雜的情況下得到良好的動態視覺效果。 針對以上情況，本文研究開發了一種全新的，由32位高性能ARM微處理器組成的LED顯示屏控制系統，就控制平臺、硬件結構和軟件開發實現給出了驅動部分和控制部分的詳細分析與設計。 本文根據LED顯示屏在列車車廂和火車、汽車車站旅客導向系統中為應用背景，結合LPC2138的功能特點和LED顯示屏的功能需求。詳細介紹了顯示屏控制系統中包括電源模塊、復位模塊、RS485通訊電路等主要模塊的設計。成功實現了數據掃描、數據發送、數據通訊等LED顯示屏所需的功能。 結合控制系統RS485通訊協議和系統顯示的要求，分析了LED顯示屏通訊和控制系統的軟件開發流程。并詳細分析了顯示屏的靜、動態圖文顯示軟件流程結構；系統從上位機接受數據到信息顯示的整個軟件處理流程。 最后本文分析了LED顯示屏控制系統研發中所遇到的幾個難點問題，包括：提高RS485總線可靠性和抗干擾問題、系統在頻繁更換內容死機的問題、顯示內容較多時視覺效果的處理問題，并給出了解決方法。 經過實際測試，本文所述LED顯示屏控制系統性能良好，工作穩定可靠，易于維護升級，具有很高的性價比。
上傳時間： 2013-05-28
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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： 2013-04-24
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隨著電力電子變流技術的不斷發展，各種先進的控制技術層出不窮。控制器也從過去的模擬電路時代逐漸進入到全數字控制時代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在實現復雜算法時往往難以滿足系統要求的快速性與實時性的要求，FPGA的出現為解決這個問題提供了一個新的方向。 本文首先對三相PWM整流器系統進行了研究。在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，對整流器及其控制器的國內外發展現狀及研究趨勢做了詳細的研究，并對課題研究的意義有了更深入的認識。接下來對三相電壓型整流器的拓撲結構、數學模型、整流器的控制技術進行了分析。文中所采用的滯環電流控制算法具有結構簡單，電流響應速度快，不依賴系統參數，系統魯棒性好的特點。運用matlab仿真軟件，對該控制方法進行了仿真。然后對FPGA的發展歷程、應用、分類、開發工具、語言等內容進行了介紹。最后對滯環控制算法進行了模塊劃分，將其劃分為PI算法模塊，限幅與指令電流生成模塊，滯環比較模塊，PWM脈沖生成及死區保護模塊，AD控制及數據儲存模塊，并在Quartus II軟件環境下，使用VHDL語言通過編程實現模塊化設計。實踐證明，采用FPGA來實現PWM整流器控制算法是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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