超声波电机(Ultrasonic motors，简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象，引入嵌入式系统理念，设计并制作了超声波电机的驱动控制系统，并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下： 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景，总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状，以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向，明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法，详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程，并总结了硬件、软件的调试过程。最后，对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心，频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器，具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节，其控制策略简单、易行，通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略，该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合，改善了模糊控制器稳态性能，使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间： 2013-07-16
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盘式永磁同步电动机属于轴向磁场电机，目前，该类电机在国外已经得到了迅速发展，作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机己广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转子的转动惯量小、机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点，其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景，是一种理想的驱动装置。 本课题作为国家863计划项目《新型稀土永磁电机设计及集成技术》2002AA324020中的一部分，该项目的主要工作是进行新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机的设计与集成技术研究，开发出一种新型钕铁硼永磁电机，解决相应的整机设计和集成技术问题。本文中提出的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机是在盘式永磁同步电动机的基础上，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中，从而使得电机的质量大为减轻，功率密度提高，振动噪声降低，效率提高。 基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机其磁路结构和电磁负荷分布与传统电机完全不同，常规电机的某些设计规则不能直接应用到该结构电机的设计当中，本文主要针对这种结构的电机进行了分析与计算。分析了不同结构Halbach阵列下的气隙磁场，以及相关参数的计算，给出了初步的样机设计数据，并对样机的加工工艺进行了探讨，在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上，针对盘式无铁心永磁同步电动机自身的特点，编制了一套电磁计算程序，该程序还有待通过大量样机的试验，来总结和完善。 我国稀土资源丰富，然而，由于技术经济上的问题，国产永磁交流伺服电动机至今未能大量应用。与此同时，高性能的永磁交流伺服电动机及系统大量依靠进口，我国每年进口的工程装备当中，仅数控机床因国产电机和系统不能满足要求而每年需要进口的就达22亿美元以上。本项目的完成将改变这类产品主要依靠进口的局面，充分发挥我国稀土资源丰富的优势，其经济效益和社会效益是十分巨大的。
上传时间： 2013-04-24
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玻璃是一种重要的建筑和装饰材料,被广泛应用于楼房搭建、汽车生产、家具制造等各个领域,而玻璃切割是形成玻璃成品的一个重要工序.目前,国产的切割系统在精度、速度、可靠性方面与国外同类产品相比都还要有一定的差距,因此国内玻璃切割厂家的切割设备大多依赖于进口.同时,随着以计算机技术为代表的信息技术的发展,计算机集成制造(CIM)被逐渐应用于制造行业,企业的生产模式从生产过程的单一自动化到产品设计、加工制造、经营管理等全过程的综合自动化.参考国外切割系统的一些先进技术并遵循CIM中信息自动化的基本思想,该文针对开发一套基于PC管理和CNC控制的自动玻璃切割系统展开论述.论文首先简述了数控技术的发展趋势和CIM的思想,在此基础上分析了系统的上位机管理软件的功能以及下位机硬件配置,并形成系统总体框架.接着就软件实现的几个主要部分——系统数据库管理、任意形状产品图形信息的导入、产品排样优化以及上位机与下位机通信接口的实现分别作了详细的论述.而对下位机部分则主要介绍其电控系统设备的组成、强弱电控制系统的设计、控制过程中数据的相互传递等,并就系统运行时PC机、CNC及PLC三者如何相互配合实现回原点动作、手动操作、自动切割等关键过程作了完整的解释.同时,该文就玻璃切割系统的核心技术——型材的优化问题作了专门的研究,分别提出了一种基于直观启发式思维的实用算法和基于降维数学模型的近似算法,并对几种典型的现代化算法在本优化问题中的应用前景作了简要介绍.最后,该文简要介绍了系统调试过程,以及投入运行的主要操作界面及操作流程,并提出了一些针对系统改进和扩展的建议和方案.
上传时间： 2013-06-17
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盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置，其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力，提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机，进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。 对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机，盘式无铁心电机是轴向磁通电机，外加其无铁心的结构，决定了该电机的磁场呈三维、开域分布。对它的电磁场分析，不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。 本文研究的重点内容分为两部分：(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上，建立其磁场三维模型，由三维有限元法计算三维电磁场，分析计算结果，并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。 (2)在磁场计算的基础上，将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来，提出磁钢结构优化方案，研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构，以获得理想的磁场波形和磁密值。 本文首先从磁路计算的方法入手，通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用三维有限元法求解该电机的电磁场，分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布，本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中，讨论了三种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺，将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合，提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列，给出具体磁钢尺寸，并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
上传时间： 2013-06-23
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自动开袋机是一种比较复杂的机电一体化缝纫机械，用于加工服装口袋，与常规手动开裁缝制口袋相比，具有高效率、高品质、高精度的优势，越来越受到服装厂青睐。自动开袋机控制系统的研究可满足市场对此的需求。 论文根据对自动开袋机的机械结构、电气系统、缝制过程及工艺实现进行分析，提出一种基于ARM9处理器S3C2410和嵌入式WinCE操作系统的控制方案，随后进行了硬件设计、气动控制系统设计以及软件设计。系统的硬件电路部分，论文根据开袋机动作要求及处理器情况，进行了最小系统、电源模块、串口接口、I/O扩展接口、液晶屏显示接口等电路设计。气动控制系统部分，论文进行了满足动作要求的气动元件选型以及系统气动回路设计。系统的软件设计部分，分析了系统启动代码的实现方法，对WinCE操作系统进行定制，并基于EVC开发出应用程序(含用户图形界面)部分。论文最后，进行了系统调试工作，并对课题进行总结和展望。 论文设计的自动开袋机控制系统基于WinCE操作系统，人机界面简洁美观，操作方便，机器功能比较完善，性能好。在研究过程中，对传统的开袋机定位方式进行改进，软件方面考虑到优化性设计。
上传时间： 2013-04-24
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本文介绍了微小电阻的测量技术，拟采用数字锁相环技术提取被噪声淹没的有用信号，通过多点测量及数据处理达到测试要求。该测量装置以计算机为核心，配以高精度A／D 转换器、低噪声放大器和精密恒流源，对
上传时间： 2013-06-22
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目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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表面粗糙度是机械加工中描述工件表面微观形状重要的参数。在机械零件切削的过程中，刀具或砂轮遗留的刀痕，切屑分离时的塑性变形和机床振动等因素，会使零件的表面形成微小的蜂谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就叫做表面粗糙度，也称为微观不平度。表面粗糙度的测量是几何测量中的一个重要部分，它对于现代制造业的发展起了重要的推动作用。世界各国竞相进行粗糙度测量仪的研制，随着科学技术的发展，各种各样的粗糙度测量系统也竞相问世。对于粗糙度的测量，随着技术的更新，国家标准也一直在变更。最新执行的国家标准(GB/T6062-2002)，规定了粗糙度测量的参数，以及制定了触针式测量粗糙度的仪器标准[1]。 随着新国家标准的执行，许多陈旧的粗糙度测量仪已经无法符合新标准的要求。而且生产工艺的提高使得原有方案的采集精度和采集速度，满足不了现代测量技术的需要。目前，各高校公差实验室及大多数企业的计量部门所使用的计量仪器(如光切显微镜、表面粗糙度检查仪等)只能测量单项参数，而能进行多参数测量的光电仪器价格较贵，一般实验室和计量室难以购置。因此如何利用现有的技术，结含现代测控技术的发展，职制出性能可靠的粗糙度测量仪，能有效地降低实验室测量仪器的成本，具有很好的实用价值和研究意义。 基于上述现状，本文在参考旧的触针式表面粗糙度测量仪技术方案的基础上，提出了一种基于ARM嵌入式系统的粗糙度测量仪的设计。这种测量仪采用了先进的传感器技术，保证了测量的范围和精度；采用了集成的信号调理电路，降低了信号在调制、检波、和放大的过程中的失真；采用了ARM处理器，快速的采集和控制测量仪系统；采用了强大的PC机人机交互功能，快速的计算粗糙度的相关参数和直观的显示粗糙度的特性曲线。 论文主要做了如下工作：首先，论文分析了触针式粗糙度测量仪的发展以及现状；然后，详细叙述了系统的硬件构成和设计，包括传感器的原理和结构分析、信号调理电路的设计、A/D转换电路的设计、微处理器系统电路以及与上位机接口电路的设计。同时，还对系统的数据采集进行了研究，开发了相应的固件程序及接口程序，完成数据采集软件的编写，并且对表面粗糙度参数的算法进行程序的实现。编写了控制应用程序，完成控制界面的设计。最终设计出一套多功能、多参数、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度测量系统。
上传时间： 2013-04-24
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超声波电机是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要研究了行波型超声波电机的嵌入式驱动控制系统设计。系统是基于ARM嵌入式微控芯片设计的。全文共分为6部分。第一章主要介绍了国内外超声波电机驱动控制技术在国内外的发展状况，ARM芯片的结构原理以及本课题的选题意义。第二章在前人的研究基础上做了系统仿真，为系统的硬件设计提供设计指导。第三章提出了基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统设计方案，并介绍了系统各个模块的设计与调试的过程和结果。第四章介绍了uC/OS-Ⅱ操作系统在ARM上的移植，以及基于该操作系统的电机控制系统软件设计流程。第五章介绍了系统各子程序的设计，速度控制与定位控制的算法设计，以及系统调试的结果。第六章总结了本论文的主要贡献、存在问题以及后续课题的研究方向。
上传时间： 2013-04-24
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液位是工业生产中常见的测量参数，化工、石油、污水处理等各类工厂企业都要进行液位测量。目前，液位检测技术飞速发展，新的液位测量仪表量程大、精度高、功能全，我国新型液位仪表大多依靠进口。由于超声波测量液位具有非接触测量、可测低温介质、能够定点和连续测量等优点，近年来，超声液位测量技术取得了长足的进步，己成功应用于江河水位、化学和制药工业、食品加工、罐装液位等多种领域。 本文研制的是基于ARM的超声波液位计。传统的超声波液位计一般使用8位的单片机作处理器，采用电子元件捕捉到超声波回波信号后产生中断，判断超声波的传播时间。本文提出了使用32位ARM芯片做处理器，采用数字信号处理的方法来判断超声波传播时间的设计方案。 本文使用高性能的ARM7TDMI-S内核的芯片LPC2119作为系统的运算控制器，加强了系统对超声波回波信号的处理能力；使用A/D转换器将回波信号转换为数字信号，采用数字滤波处理信号，利用数值处理来判断超声波回波信号的起始点，提高了液位的测量精度；采用单换能器收发一体式电路设计，简化了液位的计算；利用LPC2119芯片内部的CAN总线控制器设计了CAN总线通信接口；选用一线式数字温度传感器DSl8820进行温度补偿，避免了由于环境温度的变化而产生的测量误差。ARM芯片丰富的内部资源和I/0口线有利于今后扩展功能，升级系统。本超声波液位计使用方便，精度高，能满足工业生产中的要求。
上传时间： 2013-04-24
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