自动售货机控制系统的设计与实现

介绍了一种基于嵌入式技术的自动售货机控制系统的设计方法。根据自动售货系统的组成和功能需求,研究业界主流通信协议和标准,提出了系统的总体设计方案,分为外设层、硬件层和软件层3部分。硬件部分由控制信号的类型和所需空间大小,选择嵌入式芯片LPC2214作为核心控制器,再设计相关的外围接口电路。软件部分包括驱动程序、MDB会话和应用程序的设计,重点介绍了MDB/ICP协议、DEX/UCS标准、销售模式和服务模式的实现。经过现场测试,所设计的系统能够达到相关技术标准和规范的要求,具有智能化程度高,销售控制功能丰富,支持数据统计和下载,兼容性好等特点。

净水厂臭氧自动投加控制系统的设计与实现

分析了人工臭氧投加系统的不足，通过流量估计实现了基本的比值控制；根据影响臭氧投加效果的各方面因素，提出利用基于前馈－反馈结构的串级控制方法对其进行有效控制，实现了臭氧的自动投加。实际应用结果表明，深度水处理工艺出水水质更加平稳。

执行器速率饱和下的系统归一化及控制性能定量评估

为解决控制器设计中是否需要对执行器速率饱和影响进行补偿的问题,针对速率饱和现象对控制性能的影响进行了定量分析.基于频域时间尺度变换特性,提出了一阶惯性时延被控对象所在闭环系统在执行器速率饱和下的参数归一化方法,将可变参数由4个简化为1个.采用近似最大灵敏度约束积分增益优化(AMIGO)和Skogestad内模控制(SIMC)2种比例积分微分(PID)整定方法来设计控制器参数.经过仿真和逆归一化处理,得到了在恒定系统超调下执行器临界速率饱和值与系统参数之间的数学模型.分析结果表明:AMIGO-PID和SIMC-PI控制器对应的数学模型的平均精度分别为13.89%和2.17%;在相同系统最大超调下,相较于AMIGO-PID控制器,SMIC-PI控制器对执行器的动作速率要求更低,说明SIMC-PI控制器对于执行器的速率饱和影响具有一定的缓和作用;当实际执行器速率饱和值小于模型估计值时,应对速率饱和的影响进行补偿,反之可忽略其影响以节约设计成本.

基于CPLD的激光测距板自动化测试系统

为提高激光测距板的功能验证和质量检测的效率,降低诊断和维修成本,设计了一种新型激光距离模拟源,该模拟源可以模拟激光的飞行时间和激光电脉冲的幅值。在此基础上,研发了一套激光测距板的测试系统。主要贡献和创新是,采用CPLD定时控制单元来控制高速模拟开关的通断来模拟出精确的激光飞行时间。采用D/A模块来控制激光回波电脉冲的幅值,通过将高速模拟开关的输出和分压电路的基准电压的叠加得到具有可调幅值的高精度时差的激光回波电脉冲。测试和试验表明激光模拟源可以模拟不同距离的目标,系统可以很好地验证激光测距板的功能和测距性能,特别适合于大规模、批量生产的激光测距板的测试。

多模块APF并联系统高频谐波环流分析与控制

有源电力滤波器(APF)的高频开关谐波由于通常不包含在电流闭环控制回路内而表现为电压源特性,造成多模块APF模块间的高频谐波环流,增加了系统功率损耗,降低了系统稳定性和控制精度。针对上述问题,对多模块APF并联系统高频谐波环流进行研究,通过构建系统高频谐波环流数学模型,详细分析了环流的形成机理及其影响,并分析了模块输出滤波器(OF)对环流的影响。最后,提出一种多模块APF协调控制方法,以抑制系统高频谐波环流。理论分析和实验结果表明:各模块SPWM载波不同步是高频谐波环流的主要成因;高频环流不流入电网系统;OF能抑制各模块高频谐波电流的非环流分量,而对于环流分量并无明显的抑制效果,相反会降低系统的稳定性;所提模块化APF并联协调控制方案可有效抑制系统的高频谐波环流。

含LC低通滤波器的VSC-HVDC系统的新型控制策略

通过引入LC低通滤波器来滤除逆变器产生的高次电压谐波,以提高向无源网络供电的VSC-HVDC系统的供电质量。在同步旋转坐标系下,包含LC低通滤波器的VSC-HVDC系统表现出强耦合、非线性特性,不利于控制器设计。首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦成伪线性系统,再利用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器,既可以降低设计控制系统的难度,又可以使控制系统获得较好的动态性能。利用PSCAD/EMTDC进行仿真试验。仿真结果表明,LC低通滤波器用于滤除高次电压谐波有很好的滤波效果,并且所采用的控制策略使VSC-HVDC系统获得了良好的控制性能。

多机电力系统附加NNPSS的在线学习神经网络逆励磁控制器

为提高发电机机端电压和转速的综合控制性能,设计了附加神经网络电力系统稳定器(NNPSS)的在线学习神经网络逆(OLANNI)励磁控制器。针对多机系统同步发电机组模型,根据逆系统方法得到发电机励磁系统的逆系统的表达形式,并通过离线训练得到发电机励磁系统的神经网络逆系统。借鉴传统的AVR/PSS控制方法,并考虑到其对电力系统不确定性的自适应能力的不足,在离线训练的基础上分别设计了自适应的OLANNI、NNPSS以取代传统的AVR、PSS,给出了基于在线梯度算法的OLANNI和NNPSS的在线学习算法,并根据Lyapunov稳定性理论证明了OLANNI和NNPSS在线学习的收敛性。将设计的控制器应用于一个典型的2区域4机系统,仿真研究结果表明:在系统遭受扰动时,所设计的控制器较AVR/PSS和OLANNI控制器具有更好的综合控制性能。

三电机驱动系统的神经网络模糊自整定解耦控制(英文)

多电机驱动系统是一种多输入多输出、非线性、强耦合的系统.它广泛应用在许多需要高精度协调控制的驱动领域,比如电动汽车驱动、城市轨道交通以及印刷业等.本文提出了一种新的方法用于三电机驱动系统的速度与张力的解耦控制,其核心由模糊自整定控制与BP神经网络广义逆组成.首先,由神经网络广义逆与原系统串联实现复合伪线性系统;其次,在该伪线性系统中采用模糊自整定方法.仿真结果表明:所提方法能有效实现速度与张力间的解耦,将三电机驱动系统转化为多个具有开环稳定性的单输入单输出线性子系统,同时系统的响应速度快、超调量小、瞬态时间较短,具有良好的跟踪性能,这有助于改善系统的启动特性,降低系统振荡.

非线性微分-代数系统的输出反馈镇定控制

对满足线性增长条件的非线性微分-代数系统,研究了其输出反馈镇定控制问题.通过将状态观测器与控制器耦合在一起设计,构造出一种非初始化的线性高增益状态观测器,具有良好的鲁棒性.基于反推设计方法构造出一个线性的动态输出补偿器,使得整个闭环系统是渐近稳定的.仿真结果验证了本文所提控制方法的有效性.

机器人辅助上肢关节运动控制与临床实验研究

针对机器人辅助患肢被动康复训练过程中关节活动度(ROM)及运动控制参数不能随患肢病情实时调整的问题,提出一种新的模糊自适应关节被动运动闭环监督控制方法.该方法首先根据患肢关节活动恢复程度设计上层监督控制器,得到符合患肢病情的关节期望运动范围:再通过设计下层闭环位置跟踪控制器,控制机器人平稳地牵引患肢关节沿目标轨迹进行训练.

非线性微分–代数系统的输出反馈镇定:基于线性采样控制

对满足指数1和线性增长条件的非线性微分–代数系统,本文证明其采样输出反馈镇定控制问题可解.首先,给出一个线性显式非初始化状态观测器设计;然后,构造出线性的采样输出反馈控制器,使得整个闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了所提控制方法的有效性.

树形结构制造系统的生产控制

为尽量降低单位时间内的平均生产费用,提出一种采用安全点策略对树形结构制造系统进行生产控制的方法。确定采用安全点策略制造系统的控制策略和优化目标,并给出利用仿真算法计算系统费用函数的方法;设定缓冲区特征量,在对系统进行分析的基础上提出一种安全点优化算法,该算法不断检测各缓冲区特征量,并以特征量为依据对安全点进行调整,从而实现安全点的快速优化;通过仿真试验将该方法与遗传算法进行了比较,仿真结果显示,提出的方法比遗传算法具有更好的优化性能。

非线性微分-代数子系统的反步控制及应用

许多实际被控对象往往是大系统中的一个非线性微分-代数子系统。对于指数1且关联可测的非线性微分-代数子系统,分两步给出了其反步镇定控制方法,并应用于电力系统元件分散控制。第一步提出了非线性微分-代数子系统的一致相对阶概念,给出了模型等价转化的条件,将非线性微分-代数子系统模型等价转化为"受限"非线性常微分方程系统模型。第二步基于等价模型,利用反步控制方法构造出控制器,使得闭环系统渐近稳定。最后研究了多机电力系统中的同步发电机汽门控制功角问题并进行了仿真,仿真结果表明了所提方法的有效性。

基于FPGA的变频控制系统的实现

针对采用DSP实现空间矢量脉宽调制算法存在的时序错乱、相位抖动的问题,提出了一种基于FPGA实现变频控制的新思路.结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,采用DDS算法代替传统的DSP,产生SVPWM的正弦电压调制信号,并对传统的SVPWM算法进行了优化设计.在利用五段式原理进行空间电压矢量合成时,对开关矢量时间进行分配与重构,减少了FP-GA逻辑单元的占用率.最终利用QuartusⅡ进行软件仿真分析,并在实际硬件电路中进行了实验验证.实验结果表明,提出的SVPWM信号发生算法实时性好、可靠性高,可实现精确的变频调速,满足一般变频控制系统的要求.

基于自动机的知识化制造单元死锁控制策略研究

针对自动机理论用于制造系统建模时易受系统规模影响的问题,提出了一种构建分布式自动机死锁监控器的新方法,用于解决知识化制造单元死锁问题。该方法可有效地提高自动机建模和运算效率。引入知识化制造单元关联矩阵的概念,给出关联矩阵自相关操作定义,在此基础上,将知识化制造单元划分为若干个单元子模块,构建了相应的分布式自动机死锁监控器,并得到了知识化制造单元无死锁的控制策略,用于对知识化制造单元进行实时监控,保证知识化制造单元运行的安全性。实例研究表明了该策略的可行性和有效性。

无线热能表出厂质量自动检定系统设计

针对目前基于射频通信的无线热能表缺乏自动出厂质量检定设备的现状,对现有低成本人工检定装置进行自动化改造,实现基于整体式测量原理的无线热能表出厂质量自动检定系统;以MSP430F427为核心的嵌入式集控器创建基于433MHz RF通信的自主式短距离无线测控网络,实现无线热能表的数据采集与参数设置;并与检定计算机、电子秤、温控仪等构成基于RS-485现场总线的测控网络,实现多台热能表的整体式自动检定,其修正参数自动写入被检仪表;测试结果表明,检定系统的流量测量准确度大于0.05%,温度测量准确度大于0.1%,整个自动检定过程耗时约30分钟,无需人为干涉,避免了不必要的人为操作失误和计算错误;经过1年半的实际应用,结果表明,该系统成本低、性能可靠、操作方便,可满足无线热能表出厂质量大批量自动检定的需要,对提高热能表生产效率、加强无线热能表质量控制具有十分重要的意义。

基于嵌入式PC的发动机试验台控制系统的研究

为提高发动机试验台控制系统的性能,对发动机试验台的结构模型进行了深入的研究。针对该多变量复杂系统的特点,依据其结构模型为发动机试验台设计了基于自然、n/M、M/n、n/P和M/P5种控制模式的多回路控制器。充分利用了嵌入式PC可通过PC104总线实现各功能模块之间任意搭接的特点,开发了基于PC104总线的发动机试验台电涡流测功机控制器。试验结果表明:该控制器具有良好的控制能力和鲁棒性。

发电机励磁与汽门系统的改进神经网络逆控制方法

为提高发电机励磁汽门系统机端电压和转速的控制性能,提出了基于在线学习和扩张状态观测器(ESO)的改进神经网络逆控制方法.首先,将神经网络逆与被控励磁汽门系统组成的复合伪线性系统等效为含有扰动的线性系统.然后,基于自抗扰控制方法,设计了用于在线估计复合伪线性系统状态和扰动的ESO,并在设计的伪控制量中对扰动进行补偿,利用线性系统理论证明了ESO的收敛性和闭环系统的稳定性;同时,在离线训练的基础上设计了基于在线梯度方法的神经网络逆在线学习算法,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了神经网络逆在线学习的收敛性.最后,以典型的两区域四机系统为例进行数值仿真,结果表明,与传统的AVR/PSS方法和基于离线训练的神经网络逆控制方法相比,所提方法明显提升了电力系统的暂态性能.

混凝土泵车臂架半实物仿真控制系统

从工程应用的角度出发,针对混凝土泵车智能化控制问题,设计和开发了一套混凝土泵车智能臂架半实物仿真控制系统。首先设计出基于PLC与工控机的混凝土泵车臂架半实物系统的实现方案,接着提出臂架智能控制算法,最后将算法应用到半实物仿真系统中加以实验。系统仿真实验证明,通过对泵车各个臂架角度实行PID控制,可以实现泵车臂架和转台的智能联动控制,使得出料口更准确地按照遥控器指定的方向和速度进行运动。该半实物仿真系统以实际工程为基准,可以直接运用到工程中。

基于变刚度自适应导纳机制的机械臂恒力控制

工业机械臂在诸如打磨抛光等接触式作业任务中对环境刚度信息存在一定的依赖性,未知环境刚度信息将严重影响机器人的力位控制精度,使得作业效果难以得到保证.为解决环境信息不足或未知情况下的力/位置精确控制问题,本文首先提出了一种新的自适应环境刚度在线估计方法,针对时变的环境刚度进行实时估计,由此预测生成后继的机械臂参考轨迹点,随后提出了一种根据力跟踪误差实时调整末端工具手刚度系数的变刚度导纳恒力控制方法,并结合李雅普诺夫稳定性理论给出了整体控制律的收敛性证明.针对刚柔两种末端工具手和多种不同的曲面工件开展了实验研究,并与传统PID控制方法和传统导纳控制方法进行了对比,其结果表明本文所提出的复合控制方法可在不同工况条件下实现机器人运动过程中接触力的快速柔顺调节,并获得4.55%以内的最优力控误差效果,证明了本文所提出方法的有效性与可行性.