ARM运动控制平台下高精度高速插补算法的研究

采用ARM嵌入式微处理器,结合MCX314运动控制芯片,构建成可独立运行的嵌入式运动系统。运用了型值点S型曲线加减速前瞻控制算法,根据加工路径的型值点的实际情况,确定每一型值点处的最大衔接速度,采用S型曲线加减速控制,实现各路径段之间进给速度的快速衔接,从而达到高速高精的运动控制目的。     

基于AT91SAM9261的步进电机S曲线加减速控制研究与实现

步进电机按照S型曲线加减速时不存在柔性冲击,适合于高速运动。采用了嵌入式ARM片上系统AT91SAM9261作为控制平台,研究了其脉冲产生机制,对S曲线加减速的算法及其曲线方程作了分析推导并研究了将曲线转化为脉冲的离散实现过程;然后列举了实际运动中可能出现的加减速情况并针对各情况分析了实时运动控制过程。最后通过脉冲测试证明,所提出的加减速算法及运动控制方法可行有效,能够适应各种不同运动参数,提高了步进电机的效率和稳定性。     

考虑舒适性的AEB避撞算法及仿真验证

为进一步优化汽车自动紧急制动系统的避撞算法,设计了考虑制动过程驾乘舒适性的制动减速度控制策略。通过设置制动减速度变化缓冲区对制动减速度及其变化率进行限制,得到满足舒适性条件的减速度控制曲线。基于AEB典型测试工况对设计的减速度控制曲线进行具体分析,提出了新的制动安全距离模型。最后,建立车辆纵向动力学模型并通过CarSim与Matlab联合仿真对提出的避撞算法进行仿真验证。仿真结果显示:提出的避撞算法能够在实现有效避撞的同时满足舒适性条件。     

面向工业机器人的位姿同步加减速算法

为满足工业机器人在执行笛卡尔空间下的连续轨迹控制指令时,机器人末端执行器位置轨迹和姿态轨迹光滑连续且同步规划的要求,提出一种面向工业机器人的位姿同步加减速算法。从正弦波加速度曲线加减速控制方法出发,采用最佳平方逼近法,求出了具有光滑连续曲线的加速度-时间、速度-时间和位移-时间函数。在所求函数的基础上,按照完全同步控制策略,给出了位置轨迹和姿态轨迹的同步规划处理过程,最终得到位姿同步加减速算法。实验结果表明:相较于非对称S曲线加减速控制方法、带约束S型曲线加减速控制方法和正弦波加速度曲线加减速控制方法,以及本文所提算法的规划运动时间分别缩短了5%、5%、3.2%,时间复杂度分别降低了48.9%、50.5%、16.4%,运动曲线平滑性更好,实现了位置轨迹和姿态轨迹的同步规划处理。     

粒子滤波算法的FPGA设计与实现

粒子滤波在非线性和非高斯的场合有着广泛的应用,但由于其计算量大、运算速度慢等原因限制了粒子滤波在实时性系统中的应用．本文以FPGA为核心实现粒子滤波算法,采用模块化功能设计,在运用中简化了粒子滤波算法,提高了运算速度,以被动定位系统中目标跟踪为例进行仿真,验证了该方案的有效性．实验结果表明：该方案具有速度快、占用资源少的特点．     

高速整数开方电路的流水线设计

对一个位宽为32位整数的开方硬件电路的结构进行设计,介绍了应用流水线技术设计了一个高速求平方根电路,考虑FPGA的内部结构,对采用流水线技术之后占用的硬件资源进行了分析。提出了利用流水线实现开方问题的新算法,在一个时钟周期内对32位整数进行处理,计算出相应的平方根和余数并送出,在算法上具有精度高、速度快、易实现等优点。与传统的算法相比,它完全避免了除法的迭代,从而开方速度提高了一倍左右。     

基于EtherCAT分布时钟的伺服控制系统研究

为解决运动控制领域多轴伺服系统同步问题,提出了基于EtherCAT分布时钟的控制策略。研究了EtherCAT分布时钟同步机制及实现过程,分析了从站在SM模式和DC模式下的中断信号误差,在DC模式下获得误差小于10 ns的高精度同步信号。搭建了基于LAN9252 和ARM的具有同步功能的伺服控制平台;利用EtherCAT从站在DC模式下产生的的同步信号对位置环、速度环和电流PWM环的定时器进行同步,实现了伺服系统的同步算法架构。在一个二轴的系统上进行了实验,实验结果表明系统具有较好的可靠性和实时性,能够实现从站间的精确同步。     

生物芯片喷印机控制系统设计

为了获取生物微阵列中承载的生物信息而设计生物芯片喷印机，课题组设计一套基于ARM和DSP双核心的生物芯片喷印机控制系统，完成了生物芯片喷印机的ARM端主控制系统和DSP端从控制系统的设计及软件实现，提出了基于Sigmoid函数的S型加减速算法，使用MATLAB对算法进行了仿真。仿真结果表明：在使用加减速算法后，电机从启动到稳定过程中保持光滑过渡，使运动过程具有更小的机械冲击和磨损速度。该系统满足了生物芯片喷印机高精度、高效率的控制策略需求。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性，课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先，介绍了晶圆传输实验平台的机构组成，在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析，得出加速度与位姿角度之间的内在关系；其次，提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法，并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划；最后，采用MATLAB软件编程，实现了关键参数的求解和算法仿真，得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。     

宽带数字下变频的高效实现方法研究

针对软件无线电接收机中数字下变频的特点,提出了一种合理的基于FPGA实现宽带数字下变频的方案,即分级实现以降低抗混叠滤波器的阶数;并且每级采用不同算法实现滤波抽取以占用不同资源,从而实现FPGA总体资源的合理、高效利用。另外,论述了一种适合FIR抽取滤波器的算法——时钟选择运算法,并通过Altera公司的EP2S60F484C4对该算法进行了测试,验证了它的高效性。     

基于FPGA和单片机的孔径测量系统

针对当前孔径测量系统检测速度不够高和不可灵活定制的不足，课题组提出了基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）和单片机的孔径测量系统。课题组设计了孔径测量系统的硬件结构，介绍了该系统的核心模块控制原理；采用电荷耦合元件（charge coupled device，CCD）线阵传感器实现了光电信号的转换，设计了激光信号产生模块、基于FPGA的时序驱动模块、AD转换模块和电源管理模块；利用STM单片机实现算法优化及数据处理与显示；最后，设计了孔径测量系统的软件，并制作了样机。应用结果表明：该系统不仅具有精度高、成本低等特点，且可以模块化设计，易拓展，能有效提高孔径测量系统的检测速度，可根据实际生产需求灵活定制。     

基于路径识别自循迹智能车的设计

本文设计并实现了一种基于K60微控制器以及OV7725摄像头的自循迹智能车控制系统,包含传感器、电源、电机驱动等模块电路和系统软件的设计;并提出了一种基于双边沿寻线提取赛道黑边的处理算法,进而根据处理结果计算偏差并经PID控制器控制舵机和电机,使行进中的智能车具有较好的转向功能以及加减速能力并实现了车体的自循迹运行.实验结果表明,该智能车系统具有较好的稳定性及动态性能.     

基于FPGA与USB 2.0的便携式数据采集系统的设计

针对目前插卡式数据采集卡拆卸的不方便、体积较大以及传统单片机控制采集速度低、非实时等一系列缺陷,设计了一套基于FPGA与USB2.0的便携式高速数据采集系统。FPGA作为主控制器对A/D转换芯片以及USB接口芯片控制,实现可靠的高速采样。研究了FPGA对A/D转换芯片AD9238的控制与对USB从属FIFO写操作的实现。该系统最高采样频率可达20MHz,小巧、便携的设计特别适用于移动的作业现场。     

基于EtherCAT实时工业以太网的多轴系统同步控制

为实现多轴系统的同步运动控制，课题组提出了基于EtherCAT实时工业以太网的伺服系统设计方案。首先，基于EtherCAT的技术原理进行了系统的整体结构与软硬件的设计；然后，采用LAN9252芯片与TMS320F28379D双核芯片实现从站搭建并基于该双核芯片设计了从站程序，实现了通信功能与伺服驱动控制功能；最后，提出了一种同步方案，利用EtherCAT在分布时钟模式下产生的高精度同步信号精准同步各从站的控制环周期，从而实现运动控制的同步，并在一个2轴系统中进行了实验验证。实验结果表明：该基于EtherCAT的伺服系统可以实现各从站控制环周期的精准同步，使通信数据同步更新。系统能够满足高精度的多轴同步控制要求。     

复杂二阶多自主体系统的群集包容控制运动

研究了具有多个领航者的动态多自主体系统的包容控制问题,提出了多自主体系统的群集运动控制算法.利用Lyapunov稳定性理论、有限时间收敛性理论、齐次性理论和线性矩阵不等式等分析工具,对动态网络化系统进行了稳定性分析,得到了动态多自主体网络包容控制的有限时间收敛性的判定条件.实验结果表明,在多个领航者的引导下,动态自主跟随者在有限时间内可以快速收敛到由领航者所围成的几何区域内,从而实现了动态多自主体系统的群集运动的快速收敛.     

基于FPGA的平板式数粒机检测系统

针对目前国内药品检测数粒机大多是多通道数粒机,存在稳定性差、检测精度低等缺陷,课题组提出了基于FPGA的平板式数粒机检测系统。采用现场可编程门阵列（FPGA）作为控制系统的核心,对面阵图像传感器进行参数配置、图像数据采集,并对原始图像进行增强预处理。再由FPGA运用Canny算法获取图像采集单元的药粒目标轮廓信息,运用质心法获取质心位置坐标,采用检测线目标位置预测计数方法实现药品的高速在线检测计数。实验结果表明,基于FPGA的面阵图像传感器数粒机系统可以实现高速度、高精度的在线计数。     

基于PAC的多轴运动控制系统设计

以三轴运动控制系统为研究对象,以GE RX3i集成伺服控制系统为实验平台,采用硬件和软件设计相结合的方法进行设计。介绍了RX3i集成控制系统硬件设计,以及如何利用PME编程软件进行程序设计和iFIX软件进行组态控制界面的设计过程。结果表明:以iFIX和RX3i控制器分别作为软、硬件实现开发界面来对运动系统进行控制具有较好的易控性。     

基于管管相贯的五轴插补算法的研究

针对目前等离子数控切割机进行管管相贯坡口切割过程中,管端相贯数学模型有局限性、插补算法尚不完善等问题,文章通过对各类管管相贯进行分析,提出统一的坡口相贯线数学模型,在该模型的基础上,提出变步长相贯线的五轴插补算法,最后在切割运动方案的基础上,完成机床逆解的理论计算。仿真结果显示,该算法在保证切割效率的前提下,实现了加减速控制,保证加工稳定性,提高切割加工精度。     

MUSIC算法在高速并行处理机上的实现

利用FPGA的特点,提出了一种实现MUSIC算法的新的高速并行硬件解决方案。给出了对MUSIC算法进行预处理的结果,为硬件实现加速提供可能;导出了MUSIC算法适合于FPGA实现的并行分解方法;介绍了用FPGA来实现谱峰搜索的新方法。结果表明,该设计方法处理速度理想,能够满足实时性要求。     

基于FPGA的生命探测仪算法研究与系统设计

给出了一种基于FPGA的生命探测信号处理系统的设计方法。从理论上研究了生命探测仪的算法及其软硬件系统。其中在FPGA软件设计中利用模块化的思想方法分别设计了FIR滤波器、异,~FIFO、UART．电池监控、功能控制等功能模块。最后完成人体特征信号和体动信号的分析与提取，实现了非接触情况下生命探测与发现。相对于传统的生命探测仪，该设备具有体积小，功耗低，操作简单，携带方便等优点，特别适用于野外和战场生命探测等应用场合。