课程文献中心 更多>>

关键词： 压缩机   智能拆解   控制系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着科技和经济的高速发展,人们的生活水平大幅提高,家电产品的保有量逐年攀升,使用周期却越来越短。近年来,空调器、电冰箱、电冰柜以及除湿器等的保有量、报废量日益增加,但目前对报废的制冷类家电的回收处理能力尚显不足,瓶颈之一就是其核心部件压缩机的开壳拆解。为此,项目组研制了一种专用的压缩机壳体智能拆解设备,作者重点研发了拆解设备的控制系统,所完成的研究工作主要如下:(1)拟定了家电压缩机智能拆解的工艺流程,完善了拆解设备的机械结构。针对压缩机截面形状的复杂多样性,确定智能拆解工艺为:切割刀具自动识别焊缝后,切入设定深度,控制系统根据传感器位移保持切割深度恒定,控制压缩机回转一周,从而完成拆解任务。对X向、Z向和回转方向三个进给传动机构的伺服电动机进行了计算和选型,并配置了合适的驱动器。研发了压缩机专用夹具,实现了不同形状压缩机的快速装夹。(2)研发了家电压缩机智能拆解设备的控制系统。将控制系统的硬件电路规划为中央控制单元、运动控制单元、位置检测单元、人-机交互单元以及报警保护单元等5个部分。重点选择了激光测距传感器、镜面反射传感器以及系统的主控芯片。设计了详细的系统硬件电路,包括存储器、I/O口、A-D转换、D-A转换以及人-机界面等。(3)编制了家电压缩机智能拆解设备控制系统的相关软件。包括基本功能、参数控制功能、逻辑控制功能、检测识别功能以及报警保护功能等。设计了控制系统的主程序以及主要软件模块,包括伺服电动机运动控制程序、镜面反射传感器信号采集程序、激光测距传感器位移采集程序、拆解刀具转速控制程序,以及人-机接口程序等。在软件上,还采用了输入信号重复检测、输出信号刷新输出,以及软件滤波等措施,大大提高了系统的抗干扰性能。(4)在家电压缩机智能拆解设备的样机上进行了压缩机拆解实验。结果表明,焊缝高度识别误差控制在0.1mm之内,轮廓跟随误差不超过1mm,系统的可靠性满足国家机床质量监督检验中心制定的21项标准。批量拆解实验结果显示,所研制的控制系统可用性好、可靠性高,设备整体满足家电压缩机开壳拆解要求。

关键词： 云台控制器   驱控一体   硬件设计   DSP   Matlab GUI  

摘要： 随着现代化程度的不断深入,云台在人们的生产与生活中扮演着越来越重要的角色。云台作为一种结构复杂的光电一体化设备载体,主要用来搭载高精度的仪器设备,广泛应用于安防监控、移动机器人控制、无人机控制等多种领域。云台控制器性能的优劣,直接决定了这些被搭载设备采集环境信息的准确性,从而影响被搭载设备的运动控制、目标识别以及追踪等功能的实现。目前大多数云台采用单片机作为主控制芯片,其数据交换与传输的速度有限,以致云台的转速控制与定位不够精确。在硬件上多采用驱动部分与控制部分相分离的设计,导致控制器体积庞大且电路结构复杂。因此,设计研制一种体积小、结构简单、控制性能稳定、驱控一体化的云台控制器具有重要意义与实用价值。针对云台的主要结构组成,对无刷直流电机的工作原理进行了整体分析,并通过云台的控制需求与主要技术参数,制定了驱控一体云台控制器的总体设计方案。根据控制系统的实际需求,从驱控一体的角度对云台控制器进行了硬件电路的详细设计。其硬件设计包括基于TMS320F28069的主控制模块及其外围电路、高集成度的功率驱动模块、电源模块、采样模块、传感单元模块等电路的分析与设计,同时对关键信号进行抗干扰设计,并针对控制器的硬件设计进行了实时性、控制精度、稳定性、温升等性能的分析。针对云台控制系统的监控需求,在Matlab GUI平台上设计出了一套适用于本系统的上位机调试系统。该调试系统通过RS232串口与控制器进行实时通讯,能够实现电机转动角度的控制与监控参数的实时显示、转动角度的动态模拟、电流曲线的绘制、数据的保存、故障信息的监测等功能,并对调试系统的通讯稳定性与实时性进行了分析。在此基础上,针对搭建的实验平台对云台控制器硬件电路与上位机调试系统进行实验研究。实验结果表明,系统硬件控制器与上位机调试系统均实现了预定功能,达到了预期的效果。

关键词： 任意波形   函数波形   脉冲合成   频率捷变   波形调制   波形参数控制  

摘要： 任意函数波形发生器(Arbitrary Function Generator,AFG)是一种具备产生多种波形能力,使用灵活的多功能宽带信号发生器,广泛应用于多种测试验证领域。信号频率可捷变,具备多种调制功能,具备宽带脉冲合成能力与脉冲参数精密可调是AFG的四大特点。本文围绕上述四点,对波形合成方案、信号调理方法以及硬件实现结构进行了深入研究。本文主要研究内容包括:1.实现频率捷变信号与任意信号合成。采用基于直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,DDFS)的多路存储器并行结构实现除脉冲以外波形合成。合成任意波时采取变采样深度方式避免因跳点抽取造成信号失真问题。最终实现1μHz至500MHz正弦波与1mHz至120MHz任意波产生;2.实现多种调制与功能。分析调制参数,根据调制计算特点将所有调制功能分为幅度调制、频率控制、相位控制三部分。通过数字方式实现两任意波形的幅度调制、频率调制、相位调制功能。实现频移键控、脉冲宽度调制、扫频、猝发等多种调制与功能。特别针对幅度调制中调制深度大于100%问题进行研究,结合理论分析引入深度调整因子,设计调制深度可至120%的幅度调制单元;3.实现宽带脉冲合成与脉冲宽度精密调节。脉冲分为高速与低速部分,通过数字积分方式实现1μHz至1kHz脉冲低速脉冲部分合成。通过边沿触发信号延迟比较方式实现1kHz至120MHz高速脉冲合成。利用延迟精调单元与延迟粗调单元进行脉冲宽度高精度控制,实现最高10ps调节精度;4.实现脉冲边沿大范围线性调节。针对利用数字方式调节脉冲边沿分辨率不佳,模拟方式调节脉冲边沿范围受限问题,同时结合数字积分与模拟方式实现脉冲边沿调整。通过数字积分方式实现低速脉冲边沿在1ms至625s范围内可调。基于电容组恒流充放电边沿调整电路结构设计高速脉冲边沿调理单元。最终在高速脉冲上实现2.5ns至1ms脉冲边沿调理范围。系统测试结果表明,AFG可实现多波形产生,实现多种信号调制,具备扫频、猝发等多种功能。正弦与脉冲频率误差分别不超过0.3ppm与0.25ppm;输出1MHz正弦时信杂比为-76.01dBc;脉冲边沿控制误差不超过6.04%;信号幅度在50mV至5V范围内可控,幅度误差分别不超过±(1%×|设置值|+5mV(V))与±(2%×|设置值|+5mV(V))。幅度控制精度达0.1mV,总体与泰克公司AFG3252水平相当。

关键词： 外骨骼式上肢康复机器人   硬件设计   软件开发   控制策略  

摘要： 由脑卒中、脊髓损伤和脑损伤导致的中枢神经损伤，造成患者肢体运动功能障碍，严重影响其日常生活自理能力。临床研究表明，运动康复治疗可以促进患者肢体运动功能的恢复。传统康复治疗是治疗师以人工操作的方式辅助患者完成训练任务。随着患者人数的增加，康复训练任务给治疗师带来沉重的体力负担，导致许多患者无法获得所需的康复训练，限制了康复治疗效果。外骨骼康复机器人关节分布与人体对应，能模拟人体日常生活动作，在提供复杂三维空间运动训练方面具有显著优势。相比于传统人工康复训练方式，康复机器人能提供时间长、精度高、可重复性强的运动训练，减轻治疗师体力负担的同时降低了康复训练成本。本文在国家自然科学基金重点国际合作研究项目“康复机器人主动自适应控制策略与在线评价方法研究与应用”(61720106012)、北京市科技计划项目“主动自适应上肢康复机器人研发”(Z161100001516004)的支持下，针对上肢康复训练，围绕机器人的系统设计和相关康复训练控制方法展开研究。本文的主要工作和创新点如下:　　1.针对神经损伤患者不同关节的康复训练需求，设计了两款上肢康复机器人:外骨骼式上肢康复机器人和三自由度腕关节康复机器人。外骨骼式康复机器人具有五个主动关节，可以为上肢提供单关节、多关节及三维空间运动训练;机器人采用弹簧减重系统实现机器人关节重力平衡，并利用四个被动滑动副解决关节轴心对齐问题。腕关节康复机器人利用圆弧导轨与滑块结构实现机器人关节与人体前臂的同轴旋转，并采用钢丝绳与绞盘传动方式提升机器人关节的反向驱动能力。在机械结构的基础上，本文完成了机器人控制系统和上位机软件系统的设计。　　2.针对外骨骼式康复机器人冗余自由度逆运动学求解问题，提出了肘关节抬升角约束项，以确保解的唯一性。基于人体上肢运动学约束，建立以抬升角为自变量的优化目标函数。由于目标函数解析解困难，也难以利用梯度下降法求得近似解，本文利用遗传算法求解最优抬升角，并建立从空间位置坐标到抬升角的映射关系，从而提高机器人实时控制中最优抬升角与逆运动学的计算效率。　　3.为实现外骨骼式康复机器人的被动训练模式，本文针对训练任务的周期性特点，设计了基于迭代学习控制的轨迹跟踪控制方法，并提出了一种增量式高阶迭代学习控制算法，以减小控制器输出的振荡，提高控制器的收敛速度。为了减少机器人对患者的过度十预，在被动训练模式的基础上，设计了一种基于虚拟“管道”模型的训练控制方法，以允许患者的部分运动自由。　　4.为了在外骨骼式康复机器人平台上实现主动训练模式，提出了一种基于强化学习的辅助控制方法。该方法包含两层控制环路:内环利用传统的闭环控制算法实现轨迹跟踪;外环利用强化学习辨识操作者的运动意图，并为内环提供参考轨迹。该方法的特点在于:运动意图的估计不依赖于人机动力学模型，规避了复杂的动力学辨识过程;具有动态自适应能力，对于不同的操作者和任务，可在不修改控制器的情况下学习得到正确的辅助策略。　　5.提出了两种自适应“按需辅助”康复训练控制策略，使机器人在辅助患者完成训练任务的同时，能够提高患者的主动参与度。在基于患者刚度系数辨识的控制策略中，建立目标回报函数用于权衡轨迹跟踪误差和患者输出功;然后，根据辨识得到的患者刚度系数求解最优阻抗控制参数，使回报函数最大化。针对工作空间中患者肢体运动能力的不一致性问题，提出了基于患者运动功能障碍模型的控制策略:康复训练中，利用神经网络建立患者的运动功能模型，并采用贪婪式算法更新网络权值，以产生任务挑战激励患者的主动参与;同时，利用自适应算法调节任务难度系数以适应不同功能损伤程度的患者。上述两种训练控制策略，分别通过仿真和临床对比实验进行了验证。

关键词： 红外一体化系统   图像处理   硬件设计   软件设计  

摘要： 近年来,红外成像系统由于其高性价比、小尺寸、低功耗等优势已经广泛应用于军事以及商业领域,因此对于红外成像系统的发展和创新逐渐成为国内外学者研究的热点之一。本文以研究红外导引头和红外成像系统为基础,从理论入手,对红外导引头目标成像与检测一体化技术进行了详细的研究和分析,同时完成了相关总体方案和软硬件系统的设计。本文设计并研制具体工作为:研究对比传统红外图像处理的算法,主要包括了非均匀校正算法,盲元校正算法,图像滤波以及图像增强算法。其中通过对传统图像处理算法的对比分析,提出了基于图像梯度阈值判断的盲元检测算法,盲元加权补偿算法以及自适应窗口的图像滤波算法,并进行了仿真分析和实验验证;对红外成像一体化系统的硬件电路进行研究设计,主要包括了红外探测器电路、A/D采集电路、信号处理电路、电源管理电路以及对外接口电路;同时在硬件平台上对图像处理算法进行了软件实现和验证,实验结果表明该红外目标成像与检测一体化系统具有很好的性能,同时能够满足小体积与高可靠性等需求。

关键词： 弹载计算机   FPGA   AD采集   串口通信   CAN通信  

摘要： 本文以某导航综合控制装置项目为研究背景,阐述了基于双DSP+FPGA架构的弹载计算机板的硬件设计,使用单台计算机实现导航和飞控任务处理,不仅有效地减少了导航控制系统的体积、成本和功耗,提高了系统的可靠性,同时又完全保留了传统设计中双计算机系统导航和飞控任务独立完成的优点。本文主要对硬件电路和基于FPGA的数据通信模块进行了研究与设计。弹载计算机板的硬件电路主要分为供电复位模块、核心处理模块和信号接口模块。其中,供电复位模块为弹载计算机各个模块提供电源以及复位信号。核心处理模块采用双DSP+FPGA架构,主DSP完成飞控计算,从DSP完成导航解算,双DSP之间通过McBSP串口进行通信;FPGA芯片用于数据采集和扩展外围接口,与DSP通过EMIF接口进行通信。信号接口模块主要完成核心处理模块和外围通信模块的电气匹配及隔离。基于FPGA的数据通信模块采用自顶向下的设计方法和Verilog HDL硬件编程语言在Xilinx的ISE开发环境下实现FPGA的逻辑控制,主要包括电压量采集模块、串口数据收发模块和CAN数据收发模块。最后对硬件电路和FPGA数据通信模块进行测试。首先,对弹载计算机板进行上电测试,确保上电后,弹载计算机板可以正常工作;然后对电压量采集模块、串口数据收发模块和CAN数据收发模块进行相关测试,确保所设计的每个模块都能实现功能。测试结果表明弹载计算机能够满足系统的设计要求。

关键词： 永磁同步电机   变频控制系统   硬件设计   软件开发   功能模块  

摘要： 永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM）具有体积小、结构简单、功率因数高、效率高、损耗小等一系列优点，在许多高性能的控制场合被广泛地应用。由于PMSM本身是一个强耦合、非线性的复杂系统，控制策略的复杂性导致它的变频调速系统的设计与开发也较其他电机调速平台更具难度。此外，传统的PMSM变频调速平台中相互独立的仿真环节和硬件调试给调速系统设计和开发增加了大量的工作，这已经不符合当前永磁同步电机调速系统开发的需求。为了简化永磁同步电机调速系统的设计与开发，适应当前工业控制的需要，本文采用了基于模型设计的方法，并基于磁场定向控制（Field-Oriented Control，FOC）策略，结合DSP高性能控制芯片，设计与开发了一套PMSM变频调速控制系统，主要研究工作包括：　　首先，详细介绍了永磁同步电机的结构和工作原理，分析并推导了包括Clarke变换、Park变换等坐标变换的方程及PMSM在各坐标系下的动态数学模型。在这些基本理论的基础上，再着重研究和分析了磁场定向控制策略及空间矢量脉宽调制SVPWM的基本理论，为永磁同步电机的变频调速系统设计与开发提供了理论基础。　　其次，根据磁场定向控制理论以及基于模型设计的开发方式，在MATLAB/Simulink平台上搭建永磁同步电机磁场定向控制的电流、转速双闭环控制系统的控制模型，详细分析各个控制子模块的功能及配置原理。基于模型设计的开发方法，可以有效地解决传统开发方法中的周期长、代码维护难、成本高、效率低的弊端，通过自动代码生成技术和实时的仿真测试，大大提高了开发的效率和系统的稳定性。　　最后，基于矢量控制的方法，设计与开发永磁同步电机变频调速控制系统的硬件平台。控制平台以DSP TMS320F28335为控制核心，并结合采用奥尔堡大学设计的CPLD控制板改良的变频器和包括滤波模块、采集模块、调理模块等模块，为上述了控制软件提供了仿真和实验分析的硬件载体，建立成一个完整的PMSM变频调速实时仿真平台，并在该系统上进行PMSM变频调速的实验，验证了FOC控制的正确性和可靠性。

关键词： 基于DSP   运动控制器   硬件   设计  

摘要： 本文围绕某公司2000系列的DSP,对外围必要的电路进行设计,具体设计内容包括存储器译码电路、D/A转换电路、CAN总线通信电路.由这些电路共同组成具有高性能的运动控制器,该运动控制器能够对各类较为复杂的运动控制算法和策略在短时间内快速完成,并能控制计算机,使其实现高速的通信目标.

关键词： 电子产品   硬件设计   用户需求  

摘要： 电子产品的硬件设计作为其整个设计的一部分,要求设计过程中既要考虑如何实现产品基本性能,又要满足用户电子产品使用需求.本文主要对电子产品硬件设计概念、其部件组成等进行简单介绍,并结合电子产品硬件设计理念,指出电子产品硬件设计的流程,希望电子产品硬件设计在满足用户需求的同时,能够节约设计、生产成本.

关键词： 光纤通讯   光接入网   吉比特无源光网络   板载光收发组件  

摘要： GPON(Gigabit-capable Passive Optical Network,吉比特无源光网络)技术能够满足用户与运营商对下一代光纤接入网的性能要求,适应未来三网融合的发展趋势,然而由于光接入设备昂贵的价格及设备制造商之间的激烈竞争,一直制约着其快速发展。因此,对GPON ONU(Optical Network Unit,光网络单元)进行研究和设计,降低其实现技术和成本,对其发展和应用具有重要的意义。本文通过对GPON体系结构及其协议模型的研究,结合光模块工作原理,与传统设计实现方案进行对比,提出了一款基于BOSA(Bidirectional Optical Subassembly on Board,光收发组件)on Board技术的GPON ONU设计来降低成本。其中采用板载光收发组件(BOSA on Board,BOB)技术所设计光收发电路部分相较于传统光模块方案节约了37%的成本。针对设计完成的原型机进行光接口验证测试以及整机光网络单元性能测试,以确保设计方案满足G.984标准对GPON设备的指标要求。研究结果表明,采用了板载光收发组件技术降成本方案的光网络单元产品,在各种测试条件下都能满足GPON ONU的性能指标,相较于传统设计的产品,具有较高的市场竞争力。