隨著微電子技術和電力電子技術的飛速發展，運動控制系統正朝著通用化、智能化、微型化的方向發展。目前，以數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA）為核心的運動控制卡已成為運動控制器的發展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC機，將PC機強大的信息處理能力和開放式特點與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、運動控制方便、通用性好的特點。因此，本文通過對運動控制技術的深入研究，開發了一款以DSP和FPGA為主控單元、基于PCI總線的運動控制卡。 首先，設計了運動控制卡硬件電路，對控制卡的DSP和FPGA外圍電路、PCI總線接口電路、模擬量輸出電路、編碼器信號采集電路、通用I/O接口電路等實現方法進行了詳細討論。 為提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通過對FPGA的編程設計，在FPGA中實現了PCI總線目標設備接口控制器、雙端口RAM、DDA精插補電路、DAC接口電路、編碼器信號處理電路和數字I/O信號處理電路。 基于改進的數字PID控制器和前饋控制，設計開發了運動控制卡的位置閉環伺服控制器，并整定了控制器參數，獲得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver開發了控制卡的驅動程序，并詳細介紹了驅動程序的開發流程。
上傳時間： 2013-08-01
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有線通信方式由于具有保密性高、抗干擾能力強在軍事通信中倍受青睞,因此,對軍用有線通信設備的研究和設計具有十分重要的戰略意義.TBJ-204型野戰20線程控交換機是一種小型背負式模擬空分程控用戶交換機,用于裝備全軍各兵種的作戰、演習和緊急搶險等行動.該項目以該交換機為研究對象,在詳細分析原設備的系統結構和功能實現方式的基礎上,指出該機型在使用過程中存在技術相對陳舊、分立元件過多、可靠性和保密性不夠、體積大、重量大、維修困難等問題,同時結合系統的低功耗需求和優化人機接口設計,本文提出基于"單片機+CPLD/FPGA體系結構"的集成化設計方案:①在CPLD中實現信號音分頻和計時頻率生成電路、20路用戶LED狀態控制電路;②CPLD與單片機以總線接口方式實現譯碼、數據和控制信號鎖存功能的VHDL設計;③基于低功耗設計的器件選型方案和單片機待機模式設計;④人機接口的LCD菜單操作方式.該文詳細介紹了改型設備的研制過程,包括CPLD片內功能設計實現、主控制板和用戶板各功能模塊工作原理和設計實現、各硬件模塊功能測試等,最后給出了局內呼叫處理功能和話務員服務功能的軟件實現流程.文章結尾介紹了改型設備的系統性能,它將實現更高的可靠性、保密性和抗干擾能力,同時具備低功耗和小型化的優點.最后,該文總結了項目設計中使用的關鍵技術,指出了設計的創新意義和將來的工作.
上傳時間： 2013-04-24
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礦用隔爆饋電開關是煤礦井下配電系統的關鍵設備，作為配電開關，用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險環境的礦井中，控制和保護低壓供電網絡。其性能好壞直接影響著煤礦井下的生產安全和生產效率，而目前國內饋電開關普遍存在集成度低、可靠性差、智能監控水平低等缺點。 本課題將嵌入式網絡控制系統應用到饋電開關中，通過對礦山供電系統工作原理、真空饋電開關工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210為處理器、ARM7為內核)嵌入式網絡控制系統的研究，實現了總體網絡拓撲結構的設計和智能饋電開關控制系統硬件電路的設計；通過對嵌入式實時操作系統的移植、嵌入式TCP/IP協議棧的實現和移植以及基于C/S模式下的套接字編程等的研究和分析，完成了監控主機與嵌入式系統的通信軟件和保護控制算法的應用程序的編寫，從而實現了礦井地面監控主機與井下嵌入式系統饋電開關的快速通信，解決了地面監控主機對井下饋電回路及電氣開關的遠程智能監控的難題，最終設計出一套集實時保護控制和遠程監控功能于一身的智能型饋電開關網絡控制系統。 實驗結果表明：在嵌入式系統端的通信軟件和監控主機端的通信軟件的驅動下，實現了嵌入式系統與監控主機的快速遠程通信，通信速度快、可靠性高、可視化效果好，完全滿足了監控系統的快速通信要求。 本課題的研究成果為工業控制領域提供了一個開放式、全分布、可互操作性的通信控制平臺，為提高煤礦井下設備的遠程智能監控水平和安全操控系數提供了新的解決方法，為地面監控系統實現更大規模、更深層次地對井下電氣設備的集中控制、分散管理奠定了理論和實踐基礎。
上傳時間： 2013-06-25
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當今繡花機市場蓬勃發展，繡花機控制系統作為繡花機最核心的部分，是提高性能和降低成本的關鍵。本文結合浙江虎王科技有限公司與浙江大學的合作項目“繡花機控制系統”，設計出一套基于ARM的技術先進、功能精簡、高性價比的繡花機控制系統。論文按照嵌入式系統的開發過程，先根據市場需求劃分了控制系統的功能模塊并構建了總體架構,選擇了系統的軟硬件平臺，然后采用先進的設計方法對繡花機控制系統的硬件和軟件進行了設計。 第一章介紹了繡花機及其控制系統的發展過程和現狀，論述了嵌入式系統的定義、特點和發展，闡述了ARM的發展歷史、研究和應用現狀，提出了論文的主要研究內容，最后給出了論文的總體結構。 第二章闡述了嵌入式系統的開發過程，選擇了軟硬件協同設計法為本系統的設計方法，論述了EDA技術的工作范圍和設計步驟，詳細討論了軟件的結構化設計方法和面向對象設計方法的原理，最后給出了繡花機控制系統的設計原則。 第三章根據市場需求劃分了繡花機控制系統的功能模塊，構建了系統總體架構，并分析了每個模塊的具體功能；根據選型原則選出了適用于繡花機控制系統的上位機和下位機CPU芯片、操作系統及開發環境。 第四章根據總體架構，在選好的CPU芯片的基礎．卜確定了繡花機控制系統的硬件框架，詳細設計了電源電路、復位電路、存儲器接口電路、鍵盤與顯示電路、USB接口電路、串行通信接口電路和下層機電接口電路。 第五章按照上位機和下位機的層次構建了繡花機控制系統的軟件框架，設計了鍵盤輸入模塊、圖形顯示模塊、USB驅動模塊、花樣存儲與管理模塊、串口通信模塊、機電控制模塊的程序。 第六章回顧與總結全文的主要研究內容，歸納了本文的主要研究成果，并對今后的研究工作作了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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軟開關技術是電力電子裝置向高頻化、高功率密度化發展的關鍵技術，已成為現代電力電子技術研究的熱點之一。微處理器的出現促進了電力電子變換器的控制技術從傳統的模擬控制轉向數字控制，數字控制技術可使控制電路大為簡化，并能提高系統的抗干擾能力、控制靈活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一種利用耦合輸出電感的新型次級箝位ZVZCS PWM DC/DC變換器，其反饋控制采用數字化方式。 論文分析了該新型變換器的工作原理，推導了變換器各種狀態時的參數計算方程；設計了以ARW芯片LPC2210為核心的數字化反饋控制系統，通過軟件設計實現了PWM移相控制信號的輸出；運用Pspice9.2軟件成功地對變換器進行了仿真，分析了各參數對變換器性能的影響，并得出了變換器的優化設計參數；最后研制出基于該新型拓撲和數字化控制策略的1千瓦移相控制零電壓零電流軟開關電源，給出了其主電路、控制電路、驅動電路、保護電路及高頻變壓器等的設計過程，并在實驗樣機上測量出了實際運行時的波形。 理論分析與實驗結果表明：該變換器拓撲能實現超前橋臂的零電壓開關，滯后橋臂的零電流開關；采用ARM微控制器進行數字控制，較傳統的純模擬控制實時反應速度更快、電源穩壓性能更好、外圍電路更簡單、設計更靈活等，為實現智能化數字電源創造了基礎，具有廣泛的應用前景和巨大的經濟價值。
上傳時間： 2013-08-03
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優點，可以存片內集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統的集成度，節約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩狀態下能正常工作的電機，失步往往發生在啟動停止等脈沖頻率突然發生改變的時刻。具體實現方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現，軟件程序中加入了計數器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統已經在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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在航空航天，遙感測量，安全防衛以及家用影視娛樂等領域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業相關規范的高清視頻編解碼系統是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發展歷史。并就當前相關領域的發展闡述了高清視頻編解碼系統的設計思路，提出了可行的系統設計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優點。系統的控制設備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統開發的工作難點在于FPGA的程序設計與調試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統中的功能實現，使用的方法和程序設計。使用VHDL語言編程實現I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內置的M4K快速存儲單元實現128K的命令存儲ROM，并對設計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現高速的數據存儲功能。利用時序狀態機編程實現主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發送和狀態讀取，并對設計思路，調試結果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設計過程中使用的最新技術和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關的關鍵技術作了分析和展望。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著經濟的發展，科學技術的進步，永磁電機的研發和控制技術都有了快速的發展。永磁電機的發展也帶來了永磁電機控制器的發展，電機控制器已經由傳統的模擬元件控制器，逐漸轉向數模混合控制器、全數字控制器。基于現場可編程門陣列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代數字電機控制技術得到越來越多的關注。現在的FPGA不僅實現了軟件需求和硬件設計的完美集合，還實現了高速與靈活性的完美結合，使其已超越了ASIC器件的性能和規模。在工業控制領域，FPGA雖然起步較晚，但是發展勢頭迅猛。 本文在介紹了傳統無刷直流電機控制技術的基礎上，分析了采用FPGA實現電機控制的優點。詳細介紹了使用硬件編程語言，在FPGA中編程實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的各個關鍵環節，如：PI調節器、數字PWM等等。在實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的同時，將速度檢測環節采用FPGA實現，減小了系統硬件開銷。在實現單臺永磁無刷直流電機速度閉環控制的基礎上，本文在一片FPGA芯片上實現了多臺永磁無刷直流電機的速度閉環獨立控制系統。介紹了采用FPGA進行多臺電機控制具有獨特的優勢，這些優勢使得FPGA在實現多臺電機控制時非常方便，具有單片機(MCU)和數字信號處理器(DSP)無法比擬的優點。文中對基于FPGA的單臺和多臺永磁無刷直流電機控制系統分別進行了實驗驗證。 FPGA編程靈活，設計方便，本文在FPGA中實現了各種不同的PWM調制方式。從電路方面詳細分析了采用不同的PWM調制，換相時無刷直流電機母線的反向電流問題。借助FPGA平臺，對各種PWM調制方式進行了實驗，對理論分析進行了驗證。 另外，本文介紹了目前非常流行的一種FPGA圖形化設計方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA設計。這種設計方法具有圖形化、模塊化的優點，大大方便了用戶的FPGA開發設計。在XSG中建立的仿真系統，區別于傳統的Simulink仿真，可以直接生成相應的硬件編程語言代碼下載到FPGA中運行。本文借助XSG軟件設計在XSG/Simulink中實現了永磁同步電機矢量控制系統的混合建模算法，并進行了仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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神經網絡控制算法作為一種比較成熟的智能控制算法，在空空導彈的理論研究中也得到了很多應用，但它的實際應用通常是通過軟件實現的，而軟件實現是串行執行指令，運行速度慢，可靠性低，很難滿足實際導彈制導系統實時性的要求。控制算法硬件實現的最大特點就是可提高控制算法的實時運算速度和可靠性。本課題針對導彈制導系統，以FPGA為硬件平臺研究神經網絡控制算法的硬件實現。本文首先對BP神經網絡算法思想進行了深入分析，并對BP網絡的各個階段進行了理論推導，最后對BP神經網絡PID飛行控制算法進行了研究和總結，為硬件實現提供了理論基礎。基于對上述理論的深入研究和分析，本文提出了一種適合FPGA實現該神經網絡控制算法的硬件實現模型。在該模型中，神經網絡各層之間采用串行執行數據方式，層間則采用并行運行方式，可有效提高系統的運算速度。由于模塊化、層次化的自頂向下的模塊化設計方法可有效減少錯誤的產生，是設計復雜大規模系統的理想設計方法。本文采用了此設計方法，通過把系統模塊化，對各個子模塊分別用VHDL硬件描述語言進行描述，并基于QUARTUS II軟件開發平臺進行綜合和仿真，直到達到研究設計要求。最后將仿真程序源代碼下載配置到具體的Cyclone II系列EP2C70 FPGA芯片中,應用于某實際導彈控制系統的研究。理論分析和實驗結果表明該神經網絡飛行控制算法的FPGA硬件實現是有效可行的，可滿足系統實時性的要求，為制導系統的實際工程實現提供了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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