基于ARM的液位自动控制实验系统

为提高嵌入式控制系统设计课程质量,研制一种水箱液位自动控制系统。系统由ARM7S3C44B0X、液位检测模块、直流水泵驱动模块、电源模块以及LCD显示模块等组成。首先采用电阻式液位检测模块获取液位高度脉冲频率信号,根据在单位时间内获取外部中断信号的次数确定液位高度,最后通过PID控制算法计算,经定时器产生PWM波信号控制直流水泵输出的流量。介绍了硬件电路和软件设计过程。研制的实验装置制作简单、成本低廉,并取得了良好的教学效果。

基于FPGA的可控ARM异常表设计实现

为了提高ARM处理器对异常的管理效率和异常的响应速度,在ARM中断向量表基础上,通过集成异常仲裁电路和可控制异常处理分支,提出了高效的可控ARM异常表及其实现方法。引入三级树状结构来表示可控ARM异常表和各类异常处理路径,通过改变异常处理分支实现异常表的可控制性。详细介绍了可控ARM异常表的实体定义、接口描述和实现算法。利用FPGA开发板对可控异ARM异常表进行功能仿真调试,验证了可控ARM异常表的正确性、可靠性和可控制性。

城市轨道交通双向牵引供电系统研究

文中对城市轨道交通双向牵引供电系统进行深入研究,针对双向变流装置与二极管整流机组并联运行时功率分配问题,双向变流装置绕组间环流问题及输出电能质量问题,重点研究基于三电平拓扑结构下桥臂并联的主回路拓扑,提出基于电流PR的控制策略,算法实现相对简单,最后在厂内搭建基于10 kV能量内循环的整机试验平台,验证了该算法的有效性。

多相永磁电机各相独立式驱动控制系统的设计与研究

设计了各相独立的多相永磁电机驱动控制系统,该电机的单相绕组由H逆变桥独立驱动,提高了多相永磁电机的容错能力和电机的控制自由度。采用移相三电平的方式对各相绕组电流滞环进行了比较,实现了任意电流指令的跟踪控制,同时减少了开关损耗。设计了ARM+CPLD的电机主控系统,并介绍了其工作机制。通过实验验证了该电机的驱动控制系统的有效性,从而为多相永磁电机提供了一种切实可行的控制方案。

基于MEMS惯性传感器融合的水田激光平地机水平控制系统

激光平地技术是农业生产中一项重要的节本增效措施,为了使激光平地机在水田中作业时平地铲保持水平,设计了一种低成本的水田激光平地机水平控制系统,采用MEMS陀螺仪与加速度计通过信息融合测定平地铲实时倾角,通过脉冲宽度调节普通电磁阀实现平地铲水平控制。文章分析了控制系统的构成,传感器的工作原理与安装方法,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法。采用了基于ARM7内核的微处理器设计了水平控制系统硬件,并给出了软件实现流程。采用AHRS(姿态航向参考系统)对系统性能进行了实验室测试与田间试验验证,测试结果表明,该水平控制系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以较好地实现平地铲水平控制。

基于体感机械臂的舒适控制算法设计研究

分析人体手臂在体感控制中的舒适程度,依据疲劳度理论建立手臂舒适范围空间模型。采用体感方式控制机械臂运动,通过径向测试实验与点阵指定实验测试手臂的舒适参数,拟合控制映射函数,提出基于体感机械臂的舒适控制算法。通过动作跟踪与远程抓物实验,测得用舒适算法控制机械手的相对误差在5%以内,尖端位置绝对误差在2 mm以内,舒适度比传统控制算法提高51.8%,在满足体感控制准确度的基础上较大程度保证了使用者的舒适性,提高了体感控制效率。

双星型模块组合型多电平变换器的PWM控制策略

双星型模块组合型多电平变换器(MMC)具有良好的可扩展性、模块化、故障无损特性,是一种能很好满足未来高压或中压功率变换需求的拓扑。然而,很少文章对其PWM调制策略及参考电压指令生成方法进行详细的分析和讨论。基于MMC的电路结构特点和基本工作原理,本文提出一种优化的载波移相SPWM控制策略和电压控制策略,无需额外的硬件电路,即可实现对MMC功率单元直流电容电压良好的均压控制效果。通过一台5电平三相MMC的仿真结果,详细分析了其动态特性、静态特性,验证了本文控制策略的有效性以及MMC的可行性。

开沟铺管机高程主控臂轻量化设计

高程主控臂是开沟铺管机执行机构中的关键部件,其结构强度决定整机运行可靠性,质量大小影响高程控制响应速度。结合实际作业工况,基于有限元方法,通过静力学分析、瞬态动力学分析得到高程主控臂力学特性。基于力学特性,通过定义设计变量、约束条件及优化目标,对高程主控臂结构进行尺寸优化。结果表明,优化前的结构稳定性偏于保守,远高于设计使用需求,优化后的结构虽然减小了板厚,但通过数据分析对比,结构抗失稳系数依旧保持在合理范围内,证明结构优化合理。研究方法与结果为开沟铺管机高程主控臂的结构设计提供了参考。

“双环三控法”在煤层气井智能排采中的应用

目前煤层气井的排采主要依靠人工调节控制来完成,这使得在产水、产气初期很容易对气井控制不及时,造成应力闭合、煤粉堵塞、地层气锁等伤害,从而影响气井产量。为此,针对煤层气井排水采气周期长、临界解吸压力不易控制、液面波动对气量影响大等排采难点,提出了"双环三控法"排采控制策略。该控制策略以控制动液面为核心,通过对套管压力、流动压力的双闭环控制以及控降液、控流压及控套压等3种控制策略,实现了煤层气井从降液、解吸至产气等不同阶段的智能排采控制。进而基于经典的"双环三控法"控制原理(以变频控制技术为主),采用现代ARM控制技术,研发了一套煤层气井智能排采控制装置,实现了对煤层气井井底流压和井口套压的双闭环控制。在中国石油华北油田公司2×10~8 m^3煤层气产能建设中的应用效果表明,运用该控制系统,排采设备能够在不同的排采阶段自动实现智能调整参数和安全生产,节约了劳动力资源,降低了煤层气井排采成本,使煤层气勘探开发更加智能化、精细化和安全化,具有良好的推广应用价值。

基于高级控制策略的脑-机接口控制机械臂系统

目的为了增加脑-机接口(brain-computer interface,BCI)控制机械臂完成诸如抓取和放置的复杂操作的能力,本文设计与实现了一套新颖的基于脑-机接口,控制的机械臂系统。方法该系统主要包括计算机视觉、稳态视觉诱发电位脑-机接口和机械臂。计算机视觉用于识别工作区物体的形状和位置,低频稳态视觉诱发电位脑-机接口允许用户选择需要被操作的物体,机械臂则自主完成抓取和放置操作。为了验证机械臂系统,选取14名健康受试者,受试者均参加了离线实验,12名受试者参与在线实验。结果 12名健康受试者的在线结果表明,所构建的系统能够在6. 75 s内从4个可供选择的指令中输出一个命令,且获得(95. 24±1. 19)%的平均分类正确率。结论稳态视觉诱发电位的脑-机接口能够为机械臂提供精确、有效的高级控制。

基于CAN总线的链臂切顶机控制系统设计

根据煤矿井下巷道工作条件及链臂切顶机的控制要求,对控制系统进行了详细设计。该系统基于CAN总线通信,将可编程逻辑控制器(PLC)与遥控系统、显示屏等模块进行连接。通过操作遥控器开启泵电机后,可以控制链臂切顶机行走、链臂摆动、链条旋转及各机构动作。通过自动调平功能将机器调至水平后,进行切顶工作。该系统具有电流保护、温度保护、漏电检测、瓦斯检测等多项保护功能,并将系统状态信息显示在屏幕上,具有友好的人机交互功能。

基于底盘系统台架验证的副车架结构优化

系统级别的验证对于副车架的受力在周边环境及载荷谱应用上,其还原度都比较高。本文着重分析了下控制臂及其对副车架的受载情况,设计台架试验,较为精确地复现了副车架受力,得出了耐久试验结果与CAE分析结果高度一致。结合CAE分析,并通过减少焊缝长度10 mm和预留20~30 mm空间的措施对焊缝结构失效进行优化。结果表明:优化后的结构未出现任何开裂失效现象,优化效果明显,验证了方案的可行性。

自动捞渣机的研制

针对锌铸锭生产中人工捞渣劳动强度大、工作环境恶劣、成本高等问题,介绍自动捞渣机的研制。

三电平四桥臂APF低运算量预测控制策略研究

四桥臂APF(active power filter)是解决三相四线制配电网电能质量问题的理想设备,三电平四桥臂APF因其充足的基矢量个数而具有较好的电流跟随性能,但模型预测电流控制应用于三电平四桥臂APF时预测运算量过大。提出一种基于空间分层思想的模型预测电压控制策略。基于无差拍控制思想及αβγ坐标系下离散数学模型,由参考电流预测出期望的参考电压,将多次电流预测转换为单次电压预测;并结合三电平四桥臂APF的电压矢量空间分布规律,采用空间分层思想,基于γ轴的空间位置进行优化矢量范围的选取,将寻优矢量范围从传统的81个降低至4~18个,实现了电压跳变限制和中点电位控制。仿真结果表明:该策略具有优良的控制性能。

四桥臂有源滤波器的三电平3D-SVPWM控制策略研究

四桥臂有源滤波器(active power filter,APF)采用传统无差拍控制策略,动态性能好但控制精度差。重复控制动态性能差但控制精度好,两者结合可有效解决单独运用存在的缺陷,电流环采用无差拍重复控制保证响应速度与控制精度。传统三电平3D-SVPWM调制过程繁杂,提出将三电平空间矢量分解为两电平结构,进一步利用简化的两电平调制策略进行脉宽调制,提高APF效率。通过在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型,验证控制策略的正确性。