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： 2013-06-11
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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模控制系統,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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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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隨著電網中非線性負載的迅速增加，電能質量日趨惡化，這不僅嚴重影響電網安全高效的運行，而且對經典的電力測量理論、方法和儀表的設計都提出了新的挑戰。電力檢測系統的發展和應用，對電力系統的安全運行有重要意義，并且具有明顯的經濟效益和社會效益。 本文講述了諧波測量的基本理論，著重對傅里葉變換進行說明，使用PSIM軟件對諧波信號進行仿真，并給出仿真結果。以電力監控領域現階段的技術為參考，提出并研制了一種基于ARM和DSP的嵌入式平臺的電力監控系統。該系統為了能滿足實時諧波分析算法運算量大的要求，它采用模塊化設計，核心CPU按數據處理和控制兩種功能分別采用美國TI公司生產的TMS320LF2407芯片和Samsung公司基于ARM920T內核的16/32位S3C2410A微處理器，兩個核心芯片各自在不同的電路板上獨立運行，充分發揮DSP芯片的數字信號處理優勢和ARM的控制功能，以實現系統中的復雜軟件算法，運算速度也能得以提高。 系統硬件設計包括DSP數據采集模塊、實時時鐘電路和ARM的時鐘電路、存儲器接口電路、SDRAM電路、串行接口電路、通信模塊接口電路、LCD顯示等電路的設計。 系統軟件設計主要包括操作系統的移植以及應用程序的設計，應用程序設計由ARM主控程序設計、網絡通訊程序、ARM與DSP通訊程序設計以及DSP數據處理程序設計組成。
上傳時間： 2013-04-24
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在現代電網中，隨著超高壓、大容量、遠距離輸電線路的不斷增多，對電力系統的安全穩定運行提出了更高、更嚴格的要求。距離保護作為線路保護的基本組成部分，其工作特性對電力系統的安全穩定運行有著直接和重要的影響。為了適應現代超高壓電網穩定運行的要求，微機保護裝置在硬件和軟件上都提出了越來越高的要求。 高速數字信號處理芯片（DSP）技術的發展，為開發一種速度快、處理能力強的微機保護系統奠定了基礎。在這樣的背景下，我們采用DSP芯片和ARM處理器，設計了一個并列式雙處理器微機保護系統。該系統采用一個DSP芯片負責控制數據采集、采樣數據處理，實現保護功能。ARM微處理器承擔人機接口管理，通過串行通信方式實現與DSP端口之間的數據通信，豐富的通訊接口，使得與上位機的通訊、下載程序定值靈活方便。新的微機保護裝置不斷推出，投入運行的微機保護裝置不允許用來進行試驗、培訓，該裝置還可作為試驗教學系統，供學生學習認識微機保護裝置的內部結構，并可自行設計保護算法、編制程序，通過上位機下載到實驗裝置，完成相應保護功能的測試。 本文實現了微機保護方案的整體軟硬件設計，內容包括DSP2812微處理器芯片，ARM7微處理器LPC2220芯片，開關量輸入／輸出電路、數據采集電路、通訊和網絡接口電路、人機界面的顯示板電路，文中對各部分電路的功能、特點以及器件的選擇、引腳連接進行了詳細介紹。系統采用模塊化設計，采用雙CPU并行處理模式，針對基于LPC2220微處理器的監控管理系統，完成了最小系統設計，詳細完成了啟動電路的設計。 本文初步設計了人機操作界面，給出了軟件設計的流程圖，將實時操作系統μC/OS-Ⅱ與模塊化硬件設計相結合，共同構成一個可以重復利用的軟硬件數字系統平臺，除了可以最大限度地提高開發的效率、減少資源的浪費外，還可以通過長期對于該平臺的研究，逐步優化平臺軟硬件資源，提高其性能，并滿足日益復雜的應用需求。
上傳時間： 2013-04-24
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軌道電路是列車運行實現自動控制和遠程控制的基礎設備之一，鐵路信號系統是保證運輸安全的基礎設施，是實現鐵路統一指揮調度，保證列車運行安全、提高運輸效率和質量的關鍵技術設備，也是鐵路信息化的重要技術領域。 基于ARM與DSP的鐵路信號測試儀主要作用是及時測試鐵路信號狀況，反映鐵路運行的情況。開發此套系統是集測試25Hz相敏軌道電路的電壓自動記錄儀以及相位差監測儀、ZPW-2000A的載頻與低頻測試功能于一體，是性價比較高、功能齊全的監測管理系統，它發揮了ARM控制性好與DSP計算速度快的優勢，實現了互補。由于采用的主要是集成芯片，所以體積小，重量輕，功耗低和便于攜帶，便于現場檢測。在滿足要求的前提下，為降低開發成本提高可靠性，CPU采用LPC2210的ARM7芯片。為使測試儀直觀、操作簡便，系統提供了良好的人機界面，包括顯示，按鍵操作等。 論文對FFT以及相關算法進行了分析和Matlab仿真；論文中給出了時鐘電路、LCD電路、數據存儲器Flash、JTAG等各功能模塊的設計原理，完成了硬件電路設計；系統軟件設計遵循模塊化、自頂向下的設計思路。在軟件設計方面，首先采用的是傳統主循環控制方法，功能上主要實現了A/D采樣程序、LCD顯示程序、數據存儲程序等的設計，對兩路25Hz信號電壓相位差的計算，其誤差不人于1度。為了改善系統性能提高系統的實時性，系統中引入實時操作系統μC/OS-Ⅱ，也有利于代碼移植及系統功能擴展。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標（供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變）的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于快速傅立葉變換的暫態電能質量分析方法。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的UC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-05-22
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標(供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變)的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于小波變換的暫態電能質量分析方法。利用小波變換模極大值原理檢測信號奇異點作為是否發生暫態擾動的判據，克服了傳統方法中無時域局部性的缺點。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的uC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-07-10
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作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術已成為高性能變頻調速系統的首選方案。矢量控制系統中，磁鏈的觀測精度直接影響到系統控制性能的好壞。在轉子磁鏈定向的矢量控制系統中，轉矩電流和勵磁電流能得到完全解耦[1]。一般而言，轉子磁鏈觀測有兩種方法:電流模型法和電壓模型法。磁鏈的電流模型觀測法中需要電機轉子時間常數，而轉子時間常數易受溫度和磁飽和影響。為克服這些缺點，需要對電機的轉子參數進行實時觀測，但這樣將使得系統更加的復雜。磁鏈的電壓模型觀測法中不含轉子參數，受電機參數變化的影響較小。矢量控制計算量大，要求具有一定的實時性，從而對控制芯片的運算速度提出了更高的要求。 本文介紹了一種異步電機矢量控制系統的設計方法，采用了電壓模型觀測器[2]對轉子磁鏈進行估計，針對積分環節的誤差積累和直流漂移問題，采用了一種帶飽和反饋環節的積分器[3]來代替電壓模型觀測器中的純積分環節。整個算法在tms320f2812 dsp芯片上實現，運算速度快，保證了系統具有很好的實時性。
上傳時間： 2013-04-24
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三相spwm信號是由高頻載波和三相調 制波比較而得的，三相svpwm信號也可理解為由高頻載波和三相調制波比較而得，區別是前者的三相調制波是三相對稱的正弦波，后者的三相調制波是三相對稱的馬鞍形波，馬鞍形波由正弦波和一定幅值的三次諧波復合而成。但令人回味的是，svpwm的最初出現和發展卻和以上思路大相徑庭，其完全從空間矢量的角度出發，后來人們才發現svpwm和spwm的以上淵源[1]。至今svpwm已在三相或多相逆變器中得以廣泛應用，其原因有兩個，一是采用svpwm的逆變器輸出相電壓中的基波含量高于采用spwm的逆變器[2][3]，二是dsp的快速運算能力可以實時計算開關時間。但在實際應用svpwm時，往往對以下問題感到疑惑：svpwm算法的推導、開關向量的選擇、dsp的實現、逆變器輸出相電壓有效值的大小。本文的內容將有助這些疑惑的解決，更靈活地應用svpwm算法。
上傳時間： 2013-06-05
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