作為一個自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，倒立擺一直被用作實時控制系統(tǒng)實驗的控制設(shè)備。通過對它的研究不僅可以解決控制中的理論問題，還能將控制理論涉及的三個主要基礎(chǔ)學(xué)科：力學(xué)、數(shù)學(xué)和電學(xué)(包含計算機)進行有機的綜合應(yīng)用。此外，在近代機械控制系統(tǒng)中，如航空航天上直升飛機、火箭發(fā)射、衛(wèi)星發(fā)射及生活中的做體操、花樣滑冰、單輪騎車等等，都存在類似于倒立擺的穩(wěn)定控制問題。因此實現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究對實際工程和現(xiàn)實生活有非常重要的意義。 本論文的主要目標(biāo)是設(shè)計和建造一個基于數(shù)字信號處理器(DSP)的計算機控制系統(tǒng)來控制倒立擺的平衡。論文中用到的控制理論主要是線性控制理論和反饋控制理論。 本文首先對倒立擺的背景和研究現(xiàn)狀作了總體介紹，簡要的闡述了常見的控制算法。隨后詳細介紹了利用牛頓第二定律及相關(guān)的動力學(xué)原理建立一級和二級倒立擺的數(shù)學(xué)模型，并用MAILAB對倒立擺的運動特性進行了仿真。然后研究倒立擺系統(tǒng)的各種控制策略，比較了各種控制方法的效果。 本論文還設(shè)計了基于DSP的計算機控制系統(tǒng)。詳細介紹了DSP硬件電路設(shè)計和外圍電路設(shè)計，用C和匯編語言編寫了系統(tǒng)的控制程序。 最后，對本論文進行了總結(jié)，對下一步要進行的工作提出了自己的設(shè)想。 整個論文的完成以一定的理論為基礎(chǔ)，既有數(shù)學(xué)模型的分析與推導(dǎo)，方法理論的探討，又有實際控制系統(tǒng)設(shè)計過程，而且研究對象相當(dāng)?shù)湫汀１疚乃瓿傻墓ぷ鳎瓤梢宰鳛楝F(xiàn)代控制理論的教學(xué)實驗，對于具有類似模型的其他裝置如兩足機器人的研究也有一定的借鑒作用。
標(biāo)簽： DSP 倒立擺 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、簡單,且范圍大.同時其過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載,廣泛應(yīng)用于切削機床、造紙機等高性能可控電力拖動領(lǐng)域. 以往直流調(diào)速系統(tǒng)控制器采用分立元件,其故障率高,穩(wěn)定性差,技術(shù)落后,很難滿足生產(chǎn)的需要.隨著計算機技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)克服了這一不足,成為直調(diào)系統(tǒng)的主流. 本文設(shè)計的系統(tǒng)以DSP為主控芯片,監(jiān)控系統(tǒng)控制芯片使用P89C669單片機,通過上下位機的數(shù)據(jù)通訊,實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和調(diào)節(jié)的數(shù)字化.下面是具體工作闡述: 1.設(shè)計了電封閉直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件,完成兩臺同軸電機的電封閉實驗. 2.主電路使用三菱公司的IPM-PS21867作為功率輸出模塊,同時設(shè)計了驅(qū)動保護電路、控制電路以及通信保護電路. 3.采用PWM控制方式,編寫了系統(tǒng)的軟件.主要包括主程序、通訊顯示程序以及中斷服務(wù)子程序. 4.完成了樣機的整體布局和調(diào)試,實現(xiàn)了系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制. 5.針對由于負載、轉(zhuǎn)動慣量等的變化影響系統(tǒng)的調(diào)速性能,本文基于模型參考自適應(yīng)控制原理,給出了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)自適應(yīng)的Narendra方案的具體實現(xiàn),通過仿真驗證方案的可行性.
標(biāo)簽： DSP 控制 直流調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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高壓變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果顯著，多電平逆變器是其常用的一種電路拓撲形式。三電平逆變器能降低功率器件耐壓要求、降低諧波含量，普遍地采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制的控制策略。將DSP數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于三電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文首先簡要介紹了三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略，并闡述了二極管箝位式三電平逆變器電路結(jié)構(gòu)和電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略的實現(xiàn)方法。在此基礎(chǔ)上，通過對逆變器的工作過程分析，建立了逆變器的數(shù)學(xué)模型。并提出了一種能控制逆變器直流側(cè)電容中點電位平衡并且能降低開關(guān)損耗的電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法。 本文在綜述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于復(fù)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法，充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速并行處理能力、學(xué)習(xí)能力，縮短了計算時間，降低了由控制延時引起的諧波成分。最后在MATIAB/Simulink環(huán)境下，結(jié)合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真結(jié)果證明了基于復(fù)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的可行性。 本文進行了三電平逆變器的主電路、開關(guān)器件驅(qū)動電路、電流電壓檢測電路和保護電路等的設(shè)計。根據(jù)三電平逆變器主電路功率開關(guān)多，驅(qū)動信號不能共地的特點，本文設(shè)計一種利用光耦隔離驅(qū)動功率開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路，降低電磁干擾，并在過流等異常情況下實時保護功率開關(guān)器件。最后以TMS320LF2407DSP為數(shù)字控制平臺，實現(xiàn)了三電平逆變器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略。
上傳時間： 2013-07-07
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變頻電源具有低損耗和高效率等顯著優(yōu)點，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性指標(biāo)，隨著工業(yè)上變頻電源的廣泛應(yīng)用，對其性能參數(shù)的檢測也越來越重要，因此對變頻電源設(shè)備輸出電參數(shù)進行測量方面的研究具有重要的意義。 論文綜述了國內(nèi)外各種交流變頻電參數(shù)測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用技術(shù)，根據(jù)變頻設(shè)備的工作機理和輸出特性，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。由于變頻設(shè)備的輸出范圍廣且變化快，并且國內(nèi)大部分參數(shù)測量設(shè)備都是針對工頻進行設(shè)計的，基于此本文采用高速的數(shù)字處理器和改進的算法來進行控制實現(xiàn)。 論文首先給出了各電參數(shù)測量的國際標(biāo)準(zhǔn)和理論基礎(chǔ)，重點分析了如何通過希爾波特變換來實現(xiàn)頻率的測量。為了濾除不需要的高次諧波并精確的測量頻率，建立了FIR濾波器模型，通過MATLAB編程進行了數(shù)字仿真，驗證了算法的正確性；利用周期法進行了其它電參數(shù)的測量實現(xiàn)，并在Labview 中進行了仿真，作為輔助分析軟件具有快速直觀的特點并有很大的通用性。 在理論分析和仿真的基礎(chǔ)上，論文設(shè)計了基于TMS320F2812 DSP的控制系統(tǒng)，并結(jié)合原理圖介紹了各模塊運行原理；重點分析了如何利用CPLD來實現(xiàn)時序控制的功能，并給出了VHDL設(shè)計的程序和仿真結(jié)果。最后進行軟件程序上的設(shè)計，對各部分進行了程序分析和設(shè)計，各模塊結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)，具有很好的擴展性和移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文主要的研究為對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電動機控制問題，對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電動機在艦船、水下航行器等對轉(zhuǎn)推進系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。它具有無刷直流電動機的一切優(yōu)點：功率密度大、調(diào)速性能好、運行效率高、結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)的永磁體部分都可以相對于靜止部分旋轉(zhuǎn)，即有兩個轉(zhuǎn)子，根據(jù)作用力與反作用力的原理，兩個轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩在任意時刻都是大小相等、方向相反的。因此兩個轉(zhuǎn)子必將沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)。 論文主要工作和創(chuàng)新點如下： 1)介紹了對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機與普通永磁無刷直流電機的區(qū)別、優(yōu)點及應(yīng)用，詳細分析了其工作原理，并建立對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機本體的數(shù)學(xué)模型，接著利用MATLAB/Simulink建立對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子的位置與轉(zhuǎn)速，采用數(shù)字鎖相環(huán)對三次諧波過零點進行90°延遲： 3)控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，即速度環(huán)與電流環(huán)來組成調(diào)速控制系統(tǒng)，其中速度環(huán)采用了基于改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制，電流環(huán)采用滯環(huán)控制，并對整個系統(tǒng)進行仿真。 4)在仿真研究的基礎(chǔ)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(zhuǎn)永磁無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中，在以往的AC-DC電路中，由二極管組成的不可控整流器與電力網(wǎng)相接，為在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，使得功率因數(shù)較低。為了提高AC-DC電路輸入端的功率因數(shù)，采用了功率因數(shù)校正。 本文采用TMS320F2812實現(xiàn)開關(guān)電源的功率因數(shù)校正，分析了DSP實現(xiàn)功率因數(shù)校正的控制方法和具體實現(xiàn)，對于軟件中參數(shù)的標(biāo)么值實現(xiàn)進行了理論推導(dǎo)，為了使輸出功率在輸入電壓變化的一定范圍內(nèi)保持不變，采用了前饋電壓，對于數(shù)字PI調(diào)節(jié)環(huán)采用了抑制積分飽和的方法，以防止系統(tǒng)失控。 論文中通過對AC-DC整流電路和加入Boost功率因數(shù)校正后的電路進行了Matlab的仿真，通過輸入電壓和輸入電流波形的比較，可以很容易地看到功率因數(shù)的提高。 在具體的電路實現(xiàn)中，采用霍爾元件檢測輸入電感電流、輸入電壓和輸出電壓，經(jīng)過DSP的A/D采樣后，在DSP內(nèi)部經(jīng)過程序計算，輸出PWM波形驅(qū)動MOSFET的開通與關(guān)斷，使輸入電感電流波形與輸入電壓波形一致。 本文實現(xiàn)了系統(tǒng)仿真，給出了仿真波形，分析了硬件設(shè)計電路并完成了電路的局部仿真，軟件編程方面給出了主程序和各個子程序的軟件流程圖，提出了以后研究的方向。
上傳時間： 2013-06-17
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高速發(fā)展的DSP技術(shù)為語音信號處理領(lǐng)域提供了良好的發(fā)展平臺，使得實時實現(xiàn)各種復(fù)雜的算法稱為可能。G．729語音編碼是國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1996年獲準(zhǔn)通過的采用共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵線性預(yù)測技術(shù)的具有8 kbit/s碼速率的語音算法建議，廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動通信、IP電話和數(shù)字衛(wèi)星通信中。本文研究了G．729語音編碼原理和在TMS320C5416定點DSP芯片上實時實現(xiàn)該編碼器過程中的軟、硬件設(shè)計。主要涉及有以下幾方面內(nèi)容： 1．介紹語音編碼技術(shù)和DSP技術(shù)的發(fā)展概況。 2．研究了基于CELP結(jié)構(gòu)的G．729編碼的算法原理。 3．根據(jù)G．729聲碼器實時實現(xiàn)的需要，介紹硬件平臺的組成，研究了系統(tǒng)軟件的設(shè)計和基于算法和實時需要的軟件優(yōu)化。 4．利用DSP代碼調(diào)試工具對系統(tǒng)性能進行分析，得出測試結(jié)果。
上傳時間： 2013-07-11
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隨著對電能質(zhì)量要求的提高和數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展，PWM整流器已受到國內(nèi)外的普遍重視。DSP芯片功能強大、執(zhí)行速度快、性能穩(wěn)定可靠，在數(shù)字控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。文章首先在分析電流型PWM整流器的基本原理、數(shù)學(xué)模型和控制方法的基礎(chǔ)上搭建了系統(tǒng)的PSIM仿真模型，繼而設(shè)計了以TMS320LF2407A為控制核心的三相電流型PWM整流器控制系統(tǒng)，同時對實驗過程中的軟硬件進行了詳細的介紹。最后給出實驗波形，并進行了分析。論文工作為電流型PWM整流器在工業(yè)中的應(yīng)用提供了參考。
上傳時間： 2013-08-05
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工業(yè)領(lǐng)域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們曰益意識到低功率因數(shù)整流系統(tǒng)造成了諧波污染和電網(wǎng)公害。因此消除電網(wǎng)諧波污染，提高功率因數(shù)，成為整流系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由于中大功率的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中占很大的比重，因此高功率因數(shù)的三相整流器的研究已成為當(dāng)今國內(nèi)外研究的一大熱點。 隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的控制策略通過數(shù)字信號處理器(DSP)得以實現(xiàn)。數(shù)字控制的特有優(yōu)點：簡化硬件電路，克服了模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，控制靈活且易實現(xiàn)先進控制等，使得所設(shè)計的電源產(chǎn)品不僅性能可靠，且易于大批量生產(chǎn)，從而降低了開發(fā)周期。因此，數(shù)字化控制電源已成為當(dāng)今于開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數(shù)校正方案，并對其進行了比較和分析，在前面的基礎(chǔ)上提出了：三相三開關(guān)三電平拓撲結(jié)構(gòu)和雙閉環(huán)控制的策略結(jié)合的三相PFC系統(tǒng)。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應(yīng)用，首先介紹目前DSP芯片的發(fā)展，通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片，而后基于對TMSLF2407芯片的內(nèi)部資源和該芯片數(shù)字式PWM信號產(chǎn)生的原基于DSP的三相有源功率因數(shù)校正研究與設(shè)計理的分析，提出了三相PFC的數(shù)字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數(shù)字控制的PFC的總體設(shè)計方案，電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環(huán)控制策略。內(nèi)環(huán)通過瞬時值控制獲得快速的動態(tài)性能，保證輸出畸變率較低，外環(huán)使用輸出電壓的瞬時值控制，具有較高的輸出精度。本文最后應(yīng)用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，驗證控制策略的可行性，并有助于系統(tǒng)主電路和控制電路的設(shè)計。對于三相變換器這種復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，需要模擬、數(shù)字信號混合仿真，仿真比較難以實現(xiàn)。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型，由于電路復(fù)雜，仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經(jīng)過簡化，利用MATLAB中的SIMULINK構(gòu)建了變換器的電壓模型，用于驗證設(shè)計方法和設(shè)計參數(shù)的正確性。
標(biāo)簽： DSP 三相 有源功率因數(shù)校正
上傳時間： 2013-05-31
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快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)是數(shù)字信號處理中的核心技術(shù)，它已廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理的各個領(lǐng)域，長期以來一直是一個重要的研究課題。近年來，專用數(shù)字信號處理器以其優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能價格比為FFT的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑，其中最具有代表性的是美國TI公司的TMS320系列DSP。 本文首先分析了常用FFT算法原理，并進行了算法的討論和比較，然后詳細論述了以浮點型DSP為核心的實現(xiàn)FFT算法的硬件平臺的設(shè)計。平臺的硬件電路主要包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分和數(shù)據(jù)顯示部分。其中采集部分采用12位高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197，數(shù)據(jù)處理部分采用32位浮點型DSP芯片-TMS320VC33，數(shù)據(jù)存儲部分采用了大容量的FLASH芯片——K9F2808UOA，數(shù)據(jù)顯示部分采用PHILIPS公司的高亮度、寬視角的TFT彩色液晶顯示屏。 為了擴展系統(tǒng)的通信能力，通信接口我們選擇CAN總線。軟件部分選用了頻率抽取基2FFT、分裂基FFT和實序列FFT算法，用C語言進行編程。最后部分是進行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上進行了FFT算法實現(xiàn)。 論文結(jié)尾以實際的實驗曲線分析驗證了算法的正確性，同時針對實驗中產(chǎn)生的誤差找出了原因，并提出了解決的方法。實驗結(jié)果表明采用浮點DSP實現(xiàn)FFT算法方便且有較高的實時性，可以應(yīng)用到電力系統(tǒng)諧波分析、振動測試及鐵路檢測等各個領(lǐng)域。
上傳時間： 2013-04-24
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