基于FPGA的主动隔振载荷检测系统的设计与实现

随着空间精密载荷对星上振动要求的提高,主动隔振载荷在对敏感载荷进行微振动抑制方面的重要性逐渐凸显。为实现低频、小振幅微振动的采集和抑制功能,以满足载荷所需的振动环境要求,本文设计了一个基于FPGA主控板卡和Qt上位机软件的检测系统。通过FPGA控制多路Δ-Σ模数转换器完成微振动信号的同步采集、指令协议的解析、PID控制算法的实现以及驱动控制信号的输出,同时设计了上位机软件实现对遥测信号的实时数显和频谱分析。系统经过集成联调,对主动隔振载荷的实时遥测功能和隔振控制性能进行了测试。结果表明,加速度幅度谱密度积分从1.73×10^(-6) g降至1.41×10^(-7) g,隔振抑制比达到-25 dB,实现了良好的微振动抑制效果,验证了本系统能够满足主动隔振载荷的微振动抑制需求。

基于最小二乘法的高校教室灯光控制系统的设计

针对目前高校教室电能浪费严重的情况,提出了一种基于最小二乘法的高校教室灯光控制系统。该系统以STM32单片机作为控制核心,LED灯作为从控器件,通过测量教室内光照强度和区域内是否有人来实现对教室的灯光控制。采用最小二乘法进一步优化光照强度的测量值,同时将采集到的数据经无线传输模块传送至上位机,达到监测管理教室照明状态的目的。实验结果表明:相比传统手动控制,该系统在不改变LED灯原有功能前提下,节能效果明显。采用最小二乘算法,光照强度的测量平均误差减少了1.8%,提高了测量精度。

强信号覆盖约束下移动无线传感网频谱微弱信号检测

移动无线传感网中的微弱信号在强信号的覆盖下,基础检测特征消失,形成检测难点,不利于信号传输。提出了一种移动无线传感网频谱微弱信号检测方法。明确移动无线传感网频谱监测原理,获取与弱信号属性相反的强信号,并利用空间谱估计消除强信号,使移动无线传感网频谱监测过程仅剩目标检测对象。利用信号幅值波动装置检测快拍间起伏特性明显的弱信号,实现移动无线传感网频谱监测微弱信号的检测。仿真分析表明,这种方法的检测结果与实际结果吻合,噪声环境中受噪声的干扰影响为0.012 dB,实现了较高质量的移动无线传感网传输。

基于物联网的冷凝机组云监控系统与远程诊断

冷库制冷设备的维修、维护受到用户分布边远、时间紧迫、维修人员数量等限制,对厂家的售后服务形成较大的挑战。基于物联网的远程监控技术,结合冷凝机组、冷库构造技术构成云监控平台,利用分组、分项目远程管控不同区域的制冷设备,达到有效统管众多制冷设备的目的;同时通过对目标设备数据的收集传输、处理、呈现,实现动态掌控设备运行情况,控制制冷设备工作参数,能获得更好的能耗指标;再者利用预警功能自动发现提示故障,能查索设备的历史数据,辅助维修人员分析、定位故障原因,从而提高响应速度和服务质量。

基于网络差分组合导航的AGV开发

研究了室外环境下基于网络差分组合导航AGV的定位和控制方法,提出了基于运动学的线性二次型调节器(LQR)路径跟踪控制算法,通过迭代求解黎卡提方程计算最优控制量,实现对AGV路径的跟踪控制。开发了原型样车并进行了可视化仿真,在园区室外环境中进行了实车实验。仿真和实验结果表明,开发的基于网络差分组合导航AGV可以可靠地进行路径跟踪。

群体智能支撑的无人机群航路规划应用综述

无人机群航路规划的主要目标是为每架无人机生成一条连接起始点和目标点并满足约束条件的可飞行路径。传统方法主要以代价地图为基础,采用动态规划与几何运算等方法解决无人机群的路径规划问题。然而,这些方法难以解决无人机群的几何、物理与时间等复杂多约束问题,而且代价地图的构建十分耗时,使得无人机群难以应对复杂多变的实际环境。近年来,群体智能技术的出现为无人机群路径规划提供了新思路,该技术不但能够解决无人机一维静态的路径优化问题,同时为多维动态路径的优化提供更加精准、快速、有效的智能解决方案。此外,机载智能硬件的飞速发展也极大提升了无人机群的通信速率与运算效率,使得无人机群具备环境适应能力强、部署灵活和多功能集成等优势。基于以上背景,阐述了无人机群航路规划的环境感知建模、适应度函数、约束条件和障碍物规避四方面内容;综述了群体智能算法原理,并分析讨论了5种群体智能算法以及其应用于无人机群航路规划的优缺点;分析和展望了群体智能算法应用于无人机群航路规划与任务协同方向的发展趋势。

时间最优的无人机巡检避障路径规划

无人机执行实际任务时,完成时间是衡量任务效能的重要指标,而路径规划方法一般以路径长度最小为目标,难以准确直接地反应完成任务时间。对此,在构建路径时间代价的近似计算方法基础上,本文提出一种最小化任务时间的无人机避障路径规划算法。通过路径跟踪特性试验,获取不同机动方式下的飞行时间,作为路径搜索过程中的代价计算依据。设计节点扩展方式和代价函数计算方法,提出一种改进A*搜索算法以实现障碍规避和路径时间优化。通过随机场景下的仿真试验对所提方法的有效性和性能优势进行验证。最后以变电站巡检为例,验证改进算法能够引导无人机以更短的时间完成避障巡检。

基于PID的液压机械电气设备电源频率自动控制

为改进现有液压机械电气设备电源频率控制方法控制时间长、效率低等问题,提出基于PID算法的电气设备电源频率自动控制方法。选取电动液压泵作为代表设备,首先研究其工作原理,利用单片机获取其电源频率信号,由误差传感器完成数据预处理后,通过通信网络传送至控制主站内;然后按照电气设备的不同供电方式将电源频率划分为多个类别,分别输入在与之相对应的存储空间内;最后分析电气设备电源频率控制的功率大小,利用反馈线性化法计算控制过程产生的频率,引入PID控制算法,通过不断调整比例系数、积分系数以及微分系数,找出最优参数,完成电气设备电源频率的自动控制。测试结果表明,所提方法对电动液压泵电源频率控制效果较好,控制过程较平稳、所需要的时间少且效率高,具有极高的应用价值。

复杂地形下无人机自动巡航轨迹规划研究

为了保证无人机正常飞行并顺利完成预期任务,研究一种复杂地形下无人机自动巡航轨迹规划方法。采用硬件层的COMS传感器采集广域地面环境图像信息,采用软件层的数传图将从硬件层获取的图像信息传输到算法层,该层的图像增强利用基于双三次图像插值的图像增强方法提高所接收图像的像素分辨率,避免复杂地形影响图像质量,通过图像拼接处理增强图像以生成全景地理信息图,在此基础上,利用基于FMM和FM 2算法的无人机自动巡航轨迹规划方法获得最终规划的最优轨迹。实验结果表明,该方法能获得总航程较短的无人机自动巡航轨迹,并能有效规避复杂地形造成的巡航风险。

事件驱动方法在CAS系统集成中的应用研究

近距离空中支援(CAS)在战争中的地位日益提高。美军当前的系统集成方式无法满足武器装备的发展需求,且难以适应战场情况快速变化的趋势。事件驱动架构具有适应大规模分布式应用和支持不可预知功能扩展的优点。本文分析CAS的业务发展需求,结合美军装备情况提出事件驱动的系统集成方法,可提升任务系统对未来战场环境的适应能力。

基于MBD的车载泵控制器的实现

对22MPa车载泵控制器功能模块进行分析整理,本文提出了一种基于MBD的车载泵控制器实现方法。该方法在Simulink平台下搭建了控制器功能逻辑模型,模型的输入输出数据从硬件接口层获取,最后在Simulink下实现一键编译生成机器代码。实车测试结果表明,采用MBD的实现方法能满足车载泵控制器的功能和性能需求。

GD32E232单脉冲模式在光收发模块中的应用

针对光收发模块的微控制器(MCU)片上资源紧张问题,通过对GD32E232定时器PWM模式进行研究,提出将PWM的特殊应用模式即单脉冲工作模式应用在光收发模块接收信号强度指示的触发信号处理电路上,用来替代传统的以可配置逻辑单元组成电路的方法。本文详细给出了GD32E232定时器单脉冲工作模式的配置代码,验证结果表明,输入不同宽度的触发信号都可以得到所需要的固定宽度的输出信号。

敲击振动检测鸡蛋裂纹的初步研究

现代化的蛋品加工业中,传统的照蛋检测鸡蛋裂纹技术远不能满足生产的自动化要求,为了实现快速在线无损检测鸡蛋裂纹,试验通过在鸡蛋不同部位施加机械冲击,利用计算机处理产生的声音信号,分析壳裂鸡蛋和完好鸡蛋的响应频率差异。结果表明:敲击赤道不同的部位,完好鸡蛋各点的特征响应频率十分接近,而壳裂鸡蛋差别较大。根据赤道四点特征响应频率变异系数(CV),建立了初步分级算法,使得裂纹鸡蛋检出水平达到91%,对整批鸡蛋的分级准确率达到87%。

基于声学特性的禽蛋裂纹实时在线检测系统

设计了一套基于数字信号处理器DSP(TMS320F2812)的禽蛋裂纹在线检测系统,系统以禽蛋声学特性为基础,通过采集并分析敲击禽蛋产生的响应信号,可实现禽蛋裂纹的在线、实时检测。根据大量完好和裂纹禽蛋敲击响应信号特征的差异,提取了5个特征参数,建立相应判别模型,快速检测裂纹禽蛋。系统对75个完好和95个裂纹鸡蛋进行了在线检测试验,判对率分别为92.0%和90.5%,检测速率为5个/s,满足在线检测的要求。

鸭蛋破损检测的试验研究

试验研究了损壳蛋和未损壳蛋的声学特性差异 ,数据分析采取模糊聚类的方法获得损壳蛋和未损壳蛋隶属函数式 ,计算两个模糊集的隶属度 ,按照最大隶属度原则就可准确区分损壳蛋。用此方法设计的鸭蛋破损检测系统 ,其好壳蛋检测准确率为 85 % ,损壳蛋检测准确率为 90 %。

EKF和互补滤波器在飞行姿态确定中的应用

设计了一种旋翼飞行姿态参考系统,采用基于加速度计和陀螺仪的惯性测量组合(IMU)测量飞行姿态数据。采集实测数据并运用Allan方差分析法分析其噪声特性,建立传感器模型;针对旋翼飞行器分别应用经典扩展Kalman滤波(EKF)算法和互补滤波算法进行姿态解算。在详细阐述2种算法的原理与实现的基础上,进行飞行器平台实验验证。研究结果表明2种算法均有效,且互补滤波器相对经典Kal-man滤波器更为简单、有效。

基于LabVIEW的生物发酵过程远程在线监控系统设计

微生物发酵工程是现代生物技术及其产业化的基础,随着微生物技术的迅速发展,发酵工业的生产规模不断扩大,迫切要求对发酵过程进行先进的控制和优化。目前,LabVIEW在发酵过程在线监测与自动化控制领域已经有了一些成功的应用,并越来越受到欢迎,但是大多数研究以上下位机的控制方式为主,对发酵过程进行异地网络化监控少有报道,该文详细介绍整个系统在线监控与远程监测过程的实现。利用LabVIEW虚拟仪器开发平台,结合可编程逻辑控制器(PLC)网络和各类传感器,基于Modbus总线通信协议,实现了生物发酵过程各参数的实时采集和控制,并利用DataSocket技术实现了远程监控。详细介绍了监控系统的结构和硬件构成,以及各功能模块实现的关键技术。实验表明:该系统运行可靠稳定、能较好地实现发酵过程远程数据传输和实时监控。

鸭蛋大小及蛋心颜色自动分级系统软件研制

用VC 6 .0编制的鸭蛋大小及蛋心颜色自动分级系统软件由初始化模块、启动停止模块、图像采集模块、图像处理模块、信号I O模块及系统日志模块组成。初始化模块完成图像采集卡和数字量I O卡的初始化 ;启动停止模块建立和消亡用于监控光室状况和进行图像处理与分析的线程 ;信号I O模块将获得的分级信号送到分级执行机构 ,同时也将鸭蛋到达光室信号反馈至计算机 ;图像采集模块将CCD摄取的鸭蛋图像由图像采集卡采集到主机内存中 ;图像处理模块对主机内存中的图像进行分析后得出分级信息 ;系统日志模块记录系统的启动运行情况和当前系统检测鸭蛋的数量。系统软件运行试验结果表明 ,软件工作稳定可靠 ,大小分级误差± 3g ,颜色分级准确度达 90

基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计

针对交流永磁同步电机驱动的大型望远镜的高精度、低速平稳运行问题,研制了一套基于浮点数字信号处理器(DSP)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的驱动控制器。该控制器以DSP作为主控制器,FPGA作为协控制器,主控制器完成控制算法、接受指令等功能,协控制器实现PWM产生、电流采集、速度检测等功能。根据永磁同步电机矢量控制原理建立了永磁同步电机的数学模型,进行了永磁同步电机控制器的硬件设计;在硬件设计的基础上,采用自适应PI对望远镜的低速控制性能进行了研究。实验结果表明:当望远镜以32.4(″)/s匀速运行时,速度波动范围为±0.648(″)/s;当对望远镜做最大速度为1(°)/s,最大加速度为1(°)/s2的正弦引导时,最大引导误差为9.72″,引导误差RMS值为3.24″;该驱动控制系统能够实现望远镜的低速平稳运行,满足大型望远镜伺服控制系统的性能要求。

基于加速度变噪声EKF的无人机姿态融合算法

针对传统无人机姿态解算方法过程复杂、计算量大、动态性能差的缺点,建立无人机姿态模型;采用陀螺仪对加速度计直接进行滤波的方法,设计出新的基于扩展kalman滤波的加速度滤波器;并且考虑到无人机非重力加速度的影响,对常规kalman滤波器进行了变噪声的改进。利用STM32微控制器和MEMS惯性单元搭建硬件平台进行对比实验。结果表明:在168 MHz时钟频率下,一次传感器数据读取和姿态解算总共耗时3.27 ms,数据更新率可达100 Hz。新算法飞行动态误差小于1°,而传统四元数法动态误差为2°左右;变噪声处理后静态瞬时偏差由4°降到1°。说明新算法的抗震效果和解算精度更好,可以为无人机自主飞行提供更准确的姿态信息。