在現代工業測控領域，人們對數據采集的要求越來越高；不僅要求高速、高精度還要求采集設備便攜化、網絡化和智能化，此外還需要友好的人機界面。傳統的8/16位單片機因資源極度受限，難以滿足上述要求；而PCI或ISA數據采集卡，則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。32位嵌入式微處理器的出現很好地解決了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式數據采集系統的設計。 本文以齒輪箱或機械轉軸的振動信號為采集對象設計了基于ARM處理器和嵌入式Linux的數據采集系統。該系統硬件平臺以S3C2410主控板和自行研制的振動信號調理板為核心，在此基礎上擴展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及單總線通信接口，適應多種條件下的數據傳輸。同時系統提供了LCD顯示和觸摸屏輸入模塊，具備良好的人機交互功能。軟件方面，搭建Linux交叉開發環境，實現了基于Linux操作系統的Bootloader的移植。最后，根據課題需要，完成了A/D采樣和單總線驅動程序的設計。 本嵌入式數據采集系統存儲容量大，硬件接口豐富，軟件資源配置靈活，設計方案具有很好的通用性和可擴展性。
上傳時間： 2013-05-28
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針對現代中低壓電網電能質量的監測及諧波治理的需要，論文綜合運用嵌入式技術、現代信號處理技術、虛擬儀器技術設計了一種新型低功耗、集成化的電網參數監測儀。此系統實現了對三相電網相/線電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網頻率、功率因數以及三相電壓、電流的31次以內諧波的實時監測。 論文分析了基于微處理器的電力系統基本參數的測量原理；對被測信號的交流參量通過抽樣方法獲得，由多點的抽樣數據統計得到的結果可以減小隨機誤差的影響；基于DFT和FFT的諧波測量原理，將FFT應用于諧波分析獲得信號的頻域參數；針對諧波測量中的混疊誤差設計了二階抗混疊濾波器；分析了非同步采樣和對非時限信號的截斷造成的頻譜泄露和柵欄效應及其對諧波測量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數對頻譜泄漏的抑制作用，在此基礎上選擇加海明窗對采樣信號進行處理；針對DDS具有高精度頻率合成的特點，將其應用到電網信號的采樣上，提高了采樣的同步性，使得測量精度滿足了系統的要求。上述方法需要大量快速的迭代運算，系統微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系統的數據處理能力和實時性。系統供電電源采用了開關電源、減小了體積，提高了效率；完成了下位機數據采集部分、二階抗混疊濾波器、測頻電路及通信模塊電路的設計；最后介紹了軟件設計部分，主要包含了數據采集的實現過程，FFT程序的設計，給出了各部分程序的流程圖；系統上位機軟件設計了電網數據處理程序，該軟件以LabWindows/CVI6.0為開發平臺，利用CVI豐富的庫函數，完成對數據的處理、顯示和記錄等工作，并采用雙線程運行模式，在數據采集和處理的同時完成了顯示、命令的發送和運行曲線等功能。 按上述方案設計的樣機經過三次電路制作與軟件調試，主要技術參數達到了設計要求，通過了實驗室測試，目前正在電力系統諧波治理系統中進行工業實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著嵌入式的廣泛應用，對傳統的數據采集系統的改造，開發新型的嵌入式采集系統，目前已成為研制的熱點。起重機采集系統類似于飛機上的“黑匣子”，能自動記錄起重機運行數據，并能以文件的形式存儲起重機的運行數據，而且可以通過USB通信接口實現數據的轉移。與傳統的采集數據相比，此系統有采集速度快，性能穩，功耗低，讀取數據方便的優點。只需插入U盤，幾分鐘內就可以將數據取走，避免了傳統將電腦帶入現場采集數據的缺點。在起重機采集系統的項目開發過程中，本人的主要工作是實現數據采集模塊的設計，通過構建基于ARM微處理器和開源Linux操作系統的平臺，實現起重機運行數據的U盤存儲。 本研究首先對課題研究的背景和整個系統做了概述；其次詳述了系統的硬件設計和Linux移植到AT91RM9200平臺的方法；然后詳細討論了系統的軟件設計即基于Linux的U盤驅動的實現以及Mass Storage類協議及其子類UFI命令集，并采用單批量傳輸協議實現了部分UFI子類命令以實現對U盤邏輯扇區讀、寫等操作的驅動程序；在U盤上采用目前主流操作系統（Windows，Linux等）所支持的FAT32文件格式，實現了文件的讀寫等API函數，并在此基礎上按文件系統的實現層次對其進行設計與優化，實現了起重機運行數據的可靠存儲；最后對課題研究做了總結。
上傳時間： 2013-07-09
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橫向磁通電機是近些年來出現的一種新型結構的電機，由于其轉矩密度和功率密度大的優點受到了廣泛的關注，但我國對該種電機的研究尚處于起步階段。 本課題是國家863計劃項目——“新型稀土永磁電機設計與集成技術(課題編號：2002AA324020)”中有關橫向磁通永磁同步電動機的部分。本課題的目標就是要充分發揮橫向磁通電機功率密度和轉矩密度大的優點，克服其功率因數低的缺點，對橫向磁通永磁同步電動機的磁場進行計算、分析，找出功率因數偏低的原因，并提出相應的改進方法和建議。在此基礎上進行樣機的研制，對理論成果進行驗證，并力爭樣機在性能和工藝指標上有所突破，部分指標達到國際領先水平。 本文介紹了橫向磁通永磁電機的特點及運行原理，并按照不同的分類方式介紹了橫向磁通電機的各種結構。三維磁場的有限元計算十分復雜、計算量大，因此傳統電機均采用簡化的二維磁場進行計算。但是橫向磁通電機由于結構特殊，無法采用簡化的二維磁場的計算方法進行分析。因此本文利用ANSYS軟件建立了樣機模型，對樣機進行了三維電磁場分析。在電磁場計算的基礎上，進行了電機空載反電勢，空載漏磁系數，電磁轉矩等相關參數的計算，討論了橫向磁通永磁同步電動機的結構變化對參數的影響。本文特別針對橫向磁通永磁電機功率因數較低這一問題進行了分析，找出了功率因數偏低的原因，提出了相應的改善方法和建議，對橫向磁通電機的理論研究和設計應用分析方法進行了探討。本文利用電磁場計算的結果，完成了電機運行特性仿真，克服了采用傳統磁路等效的方法帶來的誤差。最后，通過與樣機測試結果的對照研究，驗證和完善分析方法，并為進一步獲得性能更加優異的樣機奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經得到了迅速發展，作為一種現代高性能伺服電機和大力矩直接驅動電機己廣泛應用于機器人等機電一體化產品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結構緊湊、轉子無損耗、轉子的轉動慣量小、機電時間常數小、轉矩/重量比大、低速運行平穩、可以制成多氣隙組合式結構進一步提高轉矩等特點，其在數控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應用前景，是一種理想的驅動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設計及集成技術》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結構釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設計與集成技術研究，開發出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應的整機設計和集成技術問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎上，將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中，從而使得電機的質量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結構和電磁負荷分布與傳統電機完全不同，常規電機的某些設計規則不能直接應用到該結構電機的設計當中，本文主要針對這種結構的電機進行了分析與計算。分析了不同結構Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關參數的計算，給出了初步的樣機設計數據，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結、借鑒相關電機設計方法的基礎上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術經濟上的問題，國產永磁交流伺服電動機至今未能大量應用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當中，僅數控機床因國產電機和系統不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產品主要依靠進口的局面，充分發揮我國稀土資源豐富的優勢，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優越、應用前景廣闊的電機。永磁同步電機調速系統是以永磁同步電機為控制對象，采用變壓變頻技術對電機進行調速的控制系統。因其具有能耗低、可靠性高、控制精確等優點，在許多領域得到廣泛的應用。然而，轉子無阻尼繞組的PMSM的采用變頻技術開環運行時，系統不太穩定，電機效率有所下降，轉子溫升高，易造成釹鐵硼永磁體退磁，危及電機安全運行，有時甚至還會出現失步現象，系統無法運行。PMSM控制系統穩定運行控制都是建立在閉環控制基礎之上的，因此如何獲取轉子位置和速度信號是整個系統中相當重要的一個環節。當前，在大多數調速驅動系統中，最常用的方法是在轉子軸上安裝位置傳感器。但這些傳感器增加了系統的成本，降低了系統的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的場合，無傳感器控制將會得到廣泛的應用。它通過測量電動機的電流、電壓等可測量的物理量，通過特定的觀測器策略估算轉子位置，提取永磁轉子的位置和速度信息，完成閉環控制。本文以無位置傳感器PMSM控制系統作為研究對象，介紹了永磁同步電機的結構及其數學模型，詳細地闡述了空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術的理論基礎及其波形的產生機制，并對閉環控制策略進行了研究。鑒于數字信號處理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和豐富的外設資源，使用該芯片設計了控制系統的硬件系統和軟件系統，通過對整個控制系統的試驗調試，實現了永磁同步電機的無位置傳感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步電機的仿真數學模型，并根據空間矢量脈寬調制的工作原理，構建了永磁同步電機調速控制系統的仿真模型。系統采用αβ定子靜止坐標系下的數學模型，依據滑模變結構控制原理，對永磁電機的轉子位置角θe和轉速ωe進行實時在線估算，不斷修正估算位置^θe，控制定子旋轉磁場與轉子磁場垂直并保持與轉子同步旋轉，實現電機的閉環調速運行。理論分析和仿真結果表明，所提出的永磁同步電機無傳感器控制方法具有較強的魯棒性和令人滿意的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優越、應用領域廣闊的電機，其傳統的理論分析與設計方法已比較成熟。它的進一步推廣應用，在很大程度上有賴于對控制策略的研究。實踐中，使用通用變壓變頻(VVVF)變頻器來驅動沒有阻尼繞組的永磁同步電動機開環運行時，有時電機的運行頻率超過某一頻率，系統就會變得不穩定，甚至導致系統失步。本文研究了無位置傳感器的永磁同步電機的速度控制問題。 論文提出了一種將推廣卡爾曼濾波(EKF)原理應用于永磁同步電機無位置傳感器調速系統的方法。對永磁同步電機的數學模型和卡爾曼濾波原理作了詳細的分析，在dq轉子同步坐標系中應用推廣卡爾曼濾波算法，對永磁同步電機的轉角和轉速進行實時在線估計。所選取的濾波算法只需測量電流和逆變器直流母線電壓，具有不改造電機、可靠性高和經濟耐用的優點。利用在線估計出的轉速和電流實現轉速電流雙閉環的永磁同步電機矢量控制。同時還提出了基于磁飽和原理的永磁轉子初始位置的檢測方法。針對轉子磁場定向方式及矢量控制方案，采用了空間矢量脈寬調制方法對系統進行控制，此方法可以輸出任意給定位置的電壓矢量，在不增加功率管開關頻率和不增加系統復雜性的前提下，明顯提高電機的調速性能。 在Matlab6.5環境下進行的系統仿真實驗表明，所提出的位置估計算法和控制方法具有優良的轉角跟蹤特性和速度控制性能，同時系統具有較強的抗負載擾動性能和較好的魯棒性。實驗結果表明本文的方法達到了預期的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機是一種性能優越、但結構特殊的電動機。作為一種理想的驅動裝置，其應用范圍遍及航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉子、單定子結構盤式無鐵心永磁同步電機，進一步減輕了電機的質量并消除轉矩脈動。 對電機的設計、性能預測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統的圓柱式徑向磁通電機，盤式無鐵心電機是軸向磁通電機，外加其無鐵心的結構，決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結構上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結果，并總結出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規律。 (2)在磁場計算的基礎上，將Halbach型永磁體陣列的理論應用到磁鋼設計中來，提出磁鋼結構優化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結構，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場，分析計算結果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結構、不等厚軸向充磁磁鋼結構并將Halbach陣列的理論應用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結構優化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結合，提出了最經濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結構產生的磁場進行結果仿真。
上傳時間： 2013-06-23
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嵌入式圖像采集系統具有體積小、成本低、穩定性高等優點，在遠程監控、可視電話、計算機視覺、網絡會議等領域應用廣泛。為克服傳統基于單片機的圖像采集系統的種種不足，本文提出了一種新的解決方案，利用高速的ARM9嵌入式微處理器S3C2410A為硬件核心，搭配USB攝像頭，結合Linux構建了一套嵌入式的圖像采集系統。USB攝像頭有著容易購買、性價比高等優點，但長期以來將其直接應用于嵌入式系統卻很困難。隨著ARM微處理器的廣泛應用，嵌入式系統的性能得到了極大的提升。人們逐漸將操作系統引入其中，方便系統的管理和簡化應用程序的開發。Linux是一個免費開源的優秀操作系統，將其移植到嵌入式系統中能夠對系統進行高效地管理、極大地方便應用程序的開發。嵌入式的Linux操作系統繼承了Linux的優良特性，還有著節約資源，實時性強等優點。在本方案中以嵌入式Linux操作系統為基礎，借助其對USB、網絡等的強大支持能力來構建高度靈活的圖像采集系統。通過利用Linux操作系統內建的video4Linux對攝像頭進行編程，實現了將USB攝像頭采集到的視頻數據進行顯示和存為圖片的功能。本文中具體講述了嵌入式的軟硬件平臺的構建，USB攝像頭的驅動開發，圖像采集應用程序的實現等。本文提出的嵌入式圖像采集方案適用于市面上絕大多數流行的USB攝像頭，還能把得到的圖像通過以太網傳輸以實現遠程的監控。這套方案利用應用程序編程接口video4linux所提供的數據結構、應用函數等，實現了在Linux環境下采集USB攝像頭圖像數據的功能，并運用嵌入式的GUI開發工具Qt/Embedded來編寫最終的應用程序實現了美觀的用戶界面。充分運用Linux操作系統和其工具的強大功能來實現圖像采集，對基于Linux內核的后續圖像應用開發具有實用意義。本系統完全基于開放的平臺和模塊化的實現方法，具有良好的可移植性，可方便地進行各種擴展。這種方案所實現的圖像采集系統成本低，靈活性高，性能好，是一種優良的解決方案。本文詳細介紹了這種基于Linux系統和S3C2410A平臺的嵌入式圖像采集系統。
上傳時間： 2013-04-24
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近些年來，隨著以計算機技術、通信技術為主的信息技術的快速發展和Internet的廣泛應用，嵌入式系統也受到了越來越多的重視，日益廣泛的應用與工業控制、移動通訊、家用電器以及消費電子設備中。 而數據采樣在現代工業中發揮著非常重要的作用，工業設備的監測和控制都離不開數據的采集。但傳統的基于單片機系統的數據采樣模塊因為無法或很難完成操作系統的嵌入、文件的管理、各種接口的連接、與Internet的互聯、大容量存儲器的擴展等功能，所以在許多領域的應用受到限制。針對這些問題，設計開發了基于Linux操作系統的嵌入式數據采集模塊。 本文在綜合分析了現有數據采集系統存在問題的基礎上，新設計的嵌入式數據采集系統采用板卡式結構提高了系統的可擴展性和靈活性；采用嵌入式Linux內核作為系統的運行、調度的核心，提高了系統的軟件可移植性和穩定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微處理器，作為控制、處理和通信的核心，提高了整個硬件系統的處理能力、控制靈活性以及抗干擾能力，并降低了功耗。系統有強大的網絡通信能力，為接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式數據采集與處理系統結構清晰、通用性好、可擴展性強，可為各種嵌入式應用提供一套完整的硬、軟件解決方案，在工業測量與控制領域具有較為廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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