減搖鰭是船舶與海洋工程中的一種重要系統,目前已在多種船舶中廣泛應用。減搖鰭對于提高船舶耐波性,增加船舶使用壽命,改善設備與人員的工作條件,提高艦艇的戰斗力具有重要作用。減小船舶橫搖是目前船舶運動控制領域的重要課題之一。本文以船舶減搖鰭系統作為研究對象,重點講述了基于ARM處理器的減搖鰭控制器的設計與實現方案。 減搖鰭系統目前大多采用基于力矩對抗原理的PID控制器??刂破鞯男阅軐Υ白匀粰M搖周期和無因次橫搖衰減系數有著很大的依賴關系。由于船舶橫搖運動的復雜性、非線性、時變性和海況的不確定性,經典PID控制難以獲得滿意的控制效果。采用先進的控制策略是解決這一問題的有效方法。本論文將模糊控制與PID控制相結合,實現了無須精確的對象模型,只須將操作人員和專家長期實踐積累的經驗知識用控制規則模型化,然后用模糊推理在線辨識對象特征參數,便可對PID參數實現自整定。另外,浪級調節器做為減搖鰭控制器的一個重要組成部分,本論文也對其設計進行了研究,提出了一種基于海浪譜估計的浪級調節器的設計方法,彌補了傳統浪級調節器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多數的減搖鰭控制器使用單片機作為主處理器或者以工控機為基礎開發而來的,前者集成度不高,穩定性也不好,而后者成本較高。因此,本課題設計了一款新型的基于ARM處理器的減搖鰭控制器,解決了上述問題。該系統主要由硬件平臺和軟件平臺兩部分組成。硬件平臺主要包括基于飛利浦公司的LPC2214的控制器核心電路和輔助實現控制的驅動電路;軟件平臺主要是基于ARM的軟件,包括啟動代碼和應用程序。 研究結果表明:開發的嵌入式減搖鰭控制系統不僅具有集成度高、性價比高、性能優越、抗干擾能力強、穩定性好、實時性高等優點。同時更能夠適應減搖鰭控制系統智能化的發展趨勢,所以該減搖鰭控制器具有很好的使用價值及意義。
上傳時間: 2013-07-10
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軟硬件資源的不斷成熟和完善,使得嵌入式系統應用得到了十分迅猛的發展。另一方面,互聯網技術的發展,使得Internet逐漸深入到人們的日常生活中。嵌入式控制網絡與信息網絡的互聯不僅拓寬了控制系統的控制范圍,而且豐富了信息系統的內容。因此,嵌入式系統與Internet相結合將成為嵌入式系統和互聯網絡發展的重要方向。 現階段,Internet規模的日益擴大與IPv4地址匱乏之間的矛盾越來越突出。為解決IPv4網絡存在的各種問題而出現的IPv6協議具有海量的地址空間、優化的路由算法、自動化的地址配置等;同時還增加了對安全性、QoS等的良好支持。因此,Internet從IPv4過渡到IPv6是一種必然的趨勢。綜上,對IPv6協議進行研究并將其引入嵌入式系統,實現嵌入式設備接入網絡的功能,具有較高的科研價值和現實意義。 本文在對嵌入式系統相關概念和嵌入式IPv6協議棧進行介紹的基礎上,闡述了IPv6協議簇中核心協議的原理、報頭結構和參數等。接著根據嵌入式TCP/IP協議棧的設計要點,提出嵌入式IPv6協議棧的總體設計,進一步對協議棧的進程模型、內存管理、平臺無關性和通訊機制進行了研究。然后對協議棧的裁剪和數據包的處理流程進行分析,給出各模塊的詳細設計與實現,主要有IPv6模塊、ICMPv6模塊、鄰居發現(ND)模塊和UDP模塊。最后將協議棧嵌入到uC/OS-II操作系統中并搭建測試環境對IPv6協議棧進行功能性測試,結果表明協議棧功能正常,可以完成基本的通訊功能。 協議棧根據嵌入式系統資源有限和應用相對單一的情況進行裁剪,采用分層結構實現;同時在實現基本功能的前提下,為功能的擴展提供了接口;另外,將協議棧與硬件、編譯器和操作系統相關的代碼獨立開來,實現了協議棧在不同平臺的良好移植。關鍵詞:嵌入式系統,因特網,ARM,IPv6,ICMPv6,鄰居發現協議
上傳時間: 2013-04-24
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目前,國內礦井的排水系統多采用傳統的人工監測、繼電器控制的方法。傳統方法設備運行的自動化程度低、可靠性較差、工人勞動強度大、應急能力不足,存在一定的安全隱患,不適應數字化礦井發展的需要。本課題設計的自動排水系統采用嵌入式微控制器作為就地控制系統與上位機遠程監控相結合的方式,提高了工作的可靠性和穩定性,具有運行成本低、調試方便等特點。 本文首先根據某礦井下排水的實際情況,對各種排水形式和相關設備進行了分析和比較,選擇其中一種典型的排水系統形式作為模型。根據井下排水系統的運行原理展開研究和論證,制定了井下水位監控和水泵啟動方案。在綜合自動控制的相關理論和傳感器應用技術的基礎上分析了排水系統中需要監控的、能夠反映排水系統工作特征的關鍵參數,并提出了這些參數的監測方法和這些方法的可行性。 全面分析了目前常用的微處理器和實時操作系統,詳細研究了ARM和μC/OS-Ⅱ的性能和特點,充分利用ARM微處理器高性能、低功耗、低成本的優勢,以及μC/OS-Ⅱ可移植性好、開發成本低的優點。選用以ARM7TDMI-S為CPU的LPC2220芯片作為就地控制系統,選用μc/OS-Ⅱ為實時操作系統。并根據排水系統工作方案和要求設計了系統和接口硬件電路,完成了系統運行程序代碼的編寫。 應煤礦信息化發展趨勢的要求,選用LabVIEW作為上位機監控軟件,以串行通訊協議與井下就地控制系統組成遠程監控系統。從而實現工作人員能夠在地面監控室輕松了解到井下水倉水位、各排水設備工作狀態等信息,實現了排水系統運行的“避峰就谷”和水泵房的無人化值守。此項研究對礦井的安全生產、節能降耗和數字化建設等工作具有一定參考價值。
上傳時間: 2013-06-04
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在能源消耗日益增長、環境污染日漸嚴重的今天,在當今對可再生能源的開發利用中,風能由于其突出的優點而成為世界各國普遍重視的能源,風力發電技術也成為各國學者競相研究的熱點.而其中變速恒頻風力發電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的重視.無刷雙饋電機是一種結構簡單、堅固可靠、異同步通用的電機,可在無刷情況下實現雙饋.它具有功率因數可調、高效率的特點,比較適用于變速恒頻恒壓發電系統中.該文在傳統風力發電的基礎上,致力于研究變速恒頻風力發電技術,以作為變速恒頻風力發電機用的籠型轉子型式的無刷雙饋電機為主要研究對象,進行了深入的研究,主要包括以下幾方面:1.對國內外風力發電研究現狀作了較為全面的綜述,介紹了無刷雙饋電機發展概況和國內外研究現狀.2.研究了無刷雙饋電機的原型及發展,基本結構和運行原理,電磁設計特點.解釋了將無刷雙饋電機應用于變速恒頻風力發電的可行性和優越性.探討了無刷雙饋電機的特性.3.首次推導了適用于變速恒頻風力發電無刷雙饋電機的功率控制數學模型提出無刷雙饋電機變速恒頻風力發電系統的功率控制策略.通過仿真分析驗證了模型和控制策略的正確性.4.研究了無刷雙饋電機作變速恒頻風力發電機運行時的定子功率繞組磁鏈定向矢量控制策略.5.在總結無刷雙饋電機傳統各種控制策略的基礎上,探討了智能控制在無刷雙饋電機的應用.通過仿真分析驗證了模糊功率因數控制策略的正確性.
上傳時間: 2013-06-24
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隨著生物工程及醫學影像學的發展,磁共振成像在醫學診斷學方面發揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫療設備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎,是評價該設備的一個重要的技術參數,磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個重要方向。良好、穩定的磁場均勻性對核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義,同時也是飽和壓脂序列實現的唯一條件。 該課題的主要內容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導磁體的超導勻場線圈的形狀及位置的基礎上,分析各個線圈中電流的大小與空間某點磁場強度的關系。同時借鑒磁共振成像原理,設計輔助測量水膜,對空間某一特定半徑的球體腔內各點的磁場強度進行自動化測量。在當前使用的被動式勻場的基礎上,利用分析軟件,對線圈的選擇及電流的大小進行計算與優化。實驗結果表明效果良好,磁場均勻度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉化技術去設計一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計算機模擬及有限元分析的方法進行計算、優化,最終得到理想的磁場均勻度。 良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎,是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現的先進序列實現的前提條件。從而為臨床醫學提供了一種先進的檢查手段,為疾病診治的及時性、準確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎。 該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎上設計的勻場計算分析軟件已在多臺磁共振安裝調試過程中得到應用,達到了預期的目的,能夠滿足現場調試的要求。該方法對于今后超導磁體磁共振的磁場均勻性調試,及在醫學影像學方面的發展有很好的應用價值。該項技術在該領域的推廣必然會提高磁場均勻性的精度,推動醫學影像學及臨床診斷學的發展。并能帶來良好的社會效益及經濟效益,具有關闊的應用前景。
上傳時間: 2013-04-24
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磁通反向電機(FRM)是一種新型的雙凸極永磁(DSPM)電機,它把高磁能的永磁體放在定子極的表面,永磁體易于安裝.隨著轉子旋轉,FRM定子繞組所交鏈的永磁磁通改變極性,這意味著比磁通脈振產生更大的磁通變化.由于FRM的繞組利用率高、結構簡單、轉動慣量小及適于高速運轉等優點,可廣泛應用于汽車制造業、航空航天等工業領域.本文將從模型建立、分析方法、性能分析等方面對該電機進行深入研究.首先,為了解FRM基本理論和掌握其基本規律,寫出FRM的基本方程式;由于電機的雙凸極結構以及飽和和非線性的影響,整個系統為一強非線性系統.對該電機作適當簡化,建立其線性數學模型,這樣有利于對FRM的定性分析,弄清其內部的基本電磁關系和基本特性.討論了繞組電感、繞組磁鏈、感應電動勢及繞組電流、電磁轉矩等靜態特性,推導出FRM的功率密度計算公式.其次,為準確計算FRM性能,要考慮磁路飽和、鐵磁材料的非線性以及永磁磁場與電樞反應磁場之間的相互影響等因素,要建立FRM的非線性模型,提出用變網絡等效磁路法進行分析.具體方法是建立FRM的非線性變網絡等效磁路模型,推導等效磁路中各部分磁導的計算公式,用節點磁位法建立相應的方程,通過求解該非線性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,進一步求得靜態特性,計算出電磁參數.然后用FRM樣機的實驗結果驗證理論分析的正確性.樣機的理論分析結果同實驗結果進行比較表明,本文所介紹的FRM變網絡等效磁路模型具有較好的精度及通用性,基于等效磁網絡模型的FRM電磁計算是可行的,計算結果是正確的.最后對磁通反向汽車發電機的功率密度進行分析.導出了磁通反向汽車發電機功率密度的計算公式,分析了影響電機功率密度的因素,并與電勵磁汽車發電機進行了比較.
上傳時間: 2013-07-30
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永磁無刷直流電動機是一種性能優越、應用前景廣闊的電動機,傳統的理論分析及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.該文提出了一套基于DSP的全數字無刷直流電動機模糊神經網絡雙??刂葡到y,將模糊控制和神經網絡分別引入到無刷直流電動機的控制中來.充分利用模糊控制對參數變化不敏感,能夠提高系統的快速性的特點,構造適用于調節較大速度偏差的模糊調節器,加快系統的調節速度;由于神經網絡既具有非線性映射的能力,可逼近任何線性和非線性模型,又具有自學習、自收斂性,對被控對象無須精確建模,對參數變化有較強的魯棒性的特點,構造三層BP神經網絡調節器,來實現消除穩態偏差的精確控制.以速度偏差率為判斷依據,實現模糊和神經網絡兩種控制模式的切換,使系統在不同速度偏差段快速調整、平滑運行.此外充分利用系統硬件構成的特點,采用適當的PWM輸出切換策略,最大限度的抑制逆變橋換相死區;通過換相瞬時轉矩公式推導和分析,得出在換相過程中保持導通相功率器件為恒通,即令PWM輸出占空比D=1,來抑制定子電感對換相電流影響的控制策略.上述抑制換相死區和采用恒通電壓的控制方法,減小了換相引起的轉矩波動,使系統電流保持平滑、轉矩脈動大幅度減小、系統響應更快、并具有較強的魯棒性和實時性.在這種設計下,系統不僅能實現更精確的定位和更準確的速度調節,而且可以使無刷直流電動機長期工作在低速、大轉矩、頻繁起動的狀態下.該文選用TMS320LF2407作為微控制器,將系統的參數自調整模糊控制算法,BP神經網絡控制算法以及PWM輸出,轉子位置、速度、相電流檢測計算等功能模塊編程存儲于DSP的E2PROM,實現了對無刷直流電動機的全數字實時控制,并得到了良好的實驗結果的結果.
上傳時間: 2013-06-01
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開關磁阻電機(SwitchedReluctanceMotor,SRM)具有結構簡單、工作可靠、效率高和成本較低等優點,在很多領域都顯示出強大的競爭力,但是位置傳感器的存在不僅削弱了SRM結構簡單的優勢,而且降低了系統高速運行的可靠性,增加了成本,探索實用的無位置傳感器檢測轉子位置的方案成為開關磁阻電機驅動系統(SwitchedReluctanceMotorDrive,SRD)研究的熱點。SRM高度非線性的電磁特性決定了在精確的數學模型基礎上實現無位置傳感器控制十分困難,而人工神經網絡的出現為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(RadialBasisFunction,RBF)神經網絡是一種映射能力極強的前向型神經網絡,具有收斂速度快、全局逼近能力強等優點。本文提出一種利用自適應RBF神經網絡對SRM進行控制的新方法,所采用的RBF神經網絡以電機繞組的相電流、磁鏈作為輸入,轉子位置作為輸出,通過離線和在線相結合的方法對網絡進行訓練,建立SRM電流、磁鏈與轉子位置之間的非線性映射,從而實現SRM的無位置傳感器控制。 常規的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛采用。在系統模型參數變化不大的情況下,PID控制效果良好,但當被控對象具有高度非線性和不確定性時,僅靠PID調節效果不好。對于SRM,它的電磁關系高度非線性,固定參數的PID調節器無法得到很理想的控制性能指標。論文提出了一種基于RBF神經網絡在線辨識的SRM單神經元PID自適應控制新方法。該方法針對開關磁阻電機的非線性,利用具有自學習和自適應能力的單神經元來構成開關磁阻電機的單神經元自適應控制器,不但結構簡單,而且能適應環境變化,具有較強的魯棒性。同時構造了一個RBF網絡對系統進行在線辨識,建立其在線參考模型,由單神經元控制器完成控制器參數的自學習,從而實現控制器參數的在線調整,能取得更好的控制效果。 仿真及實驗結果表明,自適應RBF神經網絡能夠實現電機的準確換相,從而實現了電機的無位置傳感器控制;基于RBF神經網絡在線辨識的單神經元自適應控制能夠達到在線辨識在線控制的目的,控制精度高,動態特性好,具有較好的自適應性和魯棒性。
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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在交流伺服系統中,永磁同步電動機(PMSM)作為執行元件具有高效、節能、便于維修的特點,廣泛應用于數控機床的進給伺服單元及機器人等需精確定位的裝置中.由于PMSM驅動系統受電機參數變化、外部負載擾動、對象未建模和非線性動態特性等不確定性的影響,因此,采用并發展先進的控制技術,不斷改善與提高位置伺服系統的穩態精度、動態響應特性及對系統參數變化的自適應性和抗干擾性是一個必然趨勢.該文對PMSM的控制機理和特性作了較為深入的分析;建立了PMSM的數學模型,并采用了id=0的矢量控制策略;對控制系統組成及控制方式作了分析和比較,在此基礎上建立了電流環、速度環和位置環的三閉環控制系統,對作為反饋主回路的位置環采用了模糊CMAC神經網絡控制方法,該方法兼具模糊控制器的快速性和神經網絡的自學習能力;構建了針對PMSM位置伺服系統的模糊CMAC控制器結構及其相應的算法;利用先進的計算機仿真工具(Matlab下的Simulink)對所提出的控制策略進行了數字仿真和分析;仿真和實驗結果表明本文所提出的控制策略對PMSM位置伺服系統進行控制具有良好的魯棒性能和快速性.該文首次提出將兼具快速性和自學習能力的模糊CMAC神經網絡控制器應用于PMSM位置伺服系統中,可以說該文為發展高性能PMSM位置伺服系統提供了充分的技術資料,也為今后進一步提高其性能提出了新的思路和方法.
上傳時間: 2013-04-24
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