基于ARM的嵌入式运动控制器是集计算机数字控制技术、ARM技术、运动控制技术以及嵌入式操作系统技术等技术为一体的技术含量高的运动控制器；是对低成本、高性能运动控制器研究的一个新的尝试。本论文的研究重是点基于双端口RAM上下位机通讯的数控系统总体软件架构设计、嵌入式运动控制器轨迹规划算法的研究、嵌入式系统软件的构建以及运动控制器外设驱动程序的开发，其主要工作及成果如下： 1．针对数控系统上下位机信息交互频繁，提出了一种基于双端口RAM通讯结构的上下位机交互方式，实现了上下位机信息的高速、稳定通讯；且完成了基于双端口RAM上下位机通讯结构的数控系统总体软件架构设计。 2. 针对目前高速数控加工轨迹规划中存在的一些关键问题进行深入的探讨。提出一种轨迹拐角的速度平滑方法，当高速加工不在同一直线方向而形成拐角的加工段时，在拐角过渡时能获得很好的速度响应和较小的轮廓误差；还提出了一种高速数控加工小线段的前瞻平滑算法，当高速加工多段微小直线段时，能够优化规划多段微小线段的加工速度，有效避免了频繁的加减速给系统带来较大冲击以及加工效率低的问题。 3. 构建了适合本运动控制器系统的系统软件；研究了嵌入式运动控制器引导程序的移植、嵌入式Linux内核的优化配置以及根文件系统的构建。 4．探讨了Linux驱动程序开发的原理以及流程；并以双端口RAM为例介绍了运动控制外设驱动程序开发的方法。
上传时间： 2013-07-02
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文中介绍了一种应用于舞台电脑灯控制系统的高性能步进电机运动控制系统，以及步进电机的细分驱动原理和自适应调速算法。使用细分驱动可以显著地减小步进电机的低频振动；使用自适应调速法，可以在保证系统的
上传时间： 2013-04-24
上传用户：zhang97080564
本文首先从数控系统的组成与特点进行详细分析，然后对运动控制卡在整个系统中承担功能进行了分析。根据数字型号处理器件的快速运算能力和现场可编程门阵列器件的灵活、通用性提出了基于DSP器件和FPGA器件进行总体设计的规划。 本文重点详细阐述了四轴运动控制卡硬件电路的设计。通过对现有部分PC总线的介绍与比较，设计选择了PCI总线作为上位PC与运动控制卡的通信总线，并且选择PCI9052芯片来设计PCI接口模块；基于DSP器件的特点，设计选择了TMS320LF2407芯片为核心，进行运算控制单元的设计，同时对其主要内部资源进行了分配。最后，根据硬件的原理图，完成了具体电路板的制作。 对软件设计，文章主要对插补算法在DSP上的实现作了一些探讨。介绍了两种加速模式：梯形加速模式和s曲线加速模式。就逐点比较法直线和圆弧插补算法以及数字积分插补原理也进行了分析。最终，提出总体程序流程控制、速度控制算法、插补算法等的程序设计框架，并进行了具体程序设计。
上传时间： 2013-05-31
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该课题通过对开放式数控技术的全面调研和对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合激光雕刻领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了世界开放式数控技术和相关运动控制技术的最新成果,采纳了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡.该论文主要内容如下:首先,通过对制造业、开放式数控系统、运动控制卡等行业现状的全面调研,基于对运动系统控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,确定了基于DSP和FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体结构.其次,针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路,仔细规划并定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能完善的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,完全实现了S-曲线升降速运动、自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能.再次,介绍了DSP在运动控制中的作用,合理规划了DSP指令的形成过程,并对DSP软件的具体实现进行了框架性的设计.然后,根据光电隔离原理设计了数字输入/输出电路;结合DAC原理设计了四路模拟输出电路;实现了PCI接口电路的设计;并针对常见的干扰现象,提出了有效的抗干扰措施.最后,利用运动控制卡强大的运动控制功能,并针对激光雕刻行业进行大幅图形扫描时需要实时处理大量的图形数据的特别需要,在板卡第四轴完全实现了激光控制功能,并基于FPGA内部的16KBit块RAM,开辟了大量数据区以便进行大幅图形的实时处理.
上传时间： 2013-06-09
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本论文对DSP和FPGA在交流伺服电机控制系统中的应用进行了详细的设计，并完成了系统的规划。论文完成的设计任务主要有：1、根据系统要求，详细分析了运动控制系统，给出了运动控制系统的总体设计，提出了一套对已有外围设备适用的设计方案。2、根据实际情况，提出了简单易于实现、实时性好的轨迹插补算法，并给出了插补算法的软件设计，并在DSP中得以实现。3、使用汇编语言进行软件设计，完成了运动控制卡中由DSP完成的运动控制任务，即在插补计算的同时完成加减速控制和三轴联动的协调控制，以及其后的脉冲分配数的计算。4、根据系统运动要求，使用FPGA芯片设计了可连续发送均匀分布脉冲的脉冲分配器，实现对交流伺服系统发送运动控制指令。并给出了VHDL在FPGA中的软件实现。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：kijnh
在图像处理及检测系统中，实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上，应用嵌入式系统设计和图像处理技术，以交通信息视频检测系统为研究背景，展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用，通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力，能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有： 1．分析研究了视频图像检测技术，针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端，并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑，提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2．应用模块化的硬件设计方法，构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成，较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题，并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3．在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法，分析比较了各自的优缺点的基础上，本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法，并给出该算法的硬件实现结构图，应用VHDL硬件描述语言编程、实现，仿真结果表明，快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50％，更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度，增强了检测系统的实时性能。 4．研究了基于视频的交通车流量检测算法，重点讨论背景差分法，图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值，并对图像进行了直方图均衡处理，提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术，在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构，用VHDL语言实现，并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤，针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病，本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题，用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口，很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像，方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明，运动目标的检测基本符合要求，可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰，有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术，针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现，仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索，对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-13
上传用户：woshiayin
视频运动目标检测是数字视频信号处理、分析应用的一个重要领域，在民用和军事上有着广泛的应用，实现可靠、快速的运动目标检测系统有着非常重要的意义。 本文详细介绍了基于FPGA的视频运动目标检测系统的软硬件设计方法及其实现方案。首先介绍了视频信号的分类和性质，在此基础上，讨论分析了当前三种主要的运动目标检测算法的基本原理和优缺点；然后对运动目标检测系统的硬件设计制定了详细的方案，为系统的实现提供了稳定良好的硬件平台；最后，在前面分析研究的基础上，详细介绍了系统的FPGA硬件实现过程。 本文通过对视频运动目标检测算法的分析研究，采用了一种改进的帧间差分算法，并结合系统任务，最终开发了一种基于Altera公司CYCLONE系列FPGA芯片的实时视频运动目标检测系统。采用FPGA实现系统设计，可提高系统的处理速度，同时具有良好的灵活性和适应性。实际应用表明，本文所设计的运动目标检测系统能很好地检测出运动目标，并具有较好的抗干扰能力。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：hustfanenze
传统的数控系统采用的大多是专用的封闭式结构，它能提供给用户的选择有限，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己的特殊要求；各种厂商提供给用户的操作方式各不相同，用户在培训人员、设备维护等方面要投入大量的时间和资金。这些问题严重阻碍了CNC制造商、系统集成者和用户采用快速而有创造性的方法解决当今制造环境中数控加工和系统集成中的问题。随着电子技术和计算机技术的高速发展，数控技术正朝向柔性化、智能化和网络化的方向发展。针对数控系统已存在的问题和未来发展的趋势，本文致力于建立一个适合现场加工特征的开放结构数控平台，使系统具备软硬件可重构的柔性特征，同时把监控诊断和网络模块融入数控系统的框架体系之内，满足智能化和网络化的要求。 本文在深入研究嵌入式系统技术的基础上，引入可重构的设计方法，选择具体的硬件平台和软件平台进行嵌入式可重构数控系统平台的研发。硬件结构以MOTOROLA的高性能32位嵌入式处理器MC68F375和ALTERA的现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以性能卓越的VxWorks嵌入式实时操作系统为核心，开发所需要的应用软件，将VxWorks嵌入式实时操作系统扩展为一个完整、实用的嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和软硬件可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和重构。 本论文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微处理器MC68F375为核心的主控制板的硬件电路设计，以及存储、采集、通讯和网络等模块的设计。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重构设计方法，设计出基于FPGA的电机运动控制、机床IO控制、键盘阵列和液晶显示控制等接口模块电路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式实时操作系统在硬件平台上的移植和任务调度原理，合理分配控制系统的管理任务，开发系统的底层驱动程序和应用程序。 最后，本文总结了系统的开发工作，并对嵌入式可重构数控系统的进一步研究提出了自己的一些想法，以指引后续研究工作。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：gcs333
在工业领域中，经常需要在产品表面留下永久性的标识，通常作为便于今后追踪的商标、流水号、日期等等。特别在机械行业对零部件的管理，在市场上需要对其进行识别和质量跟踪。机械行业在零部件上的标记打印在追求美观的同时，要求有一定的打印速度和打印深度。标记打印能够为企业提供产品的可追溯性，更好的贯彻IS09000标准。 由于传统的标记打印在打印效率、美观以及防伪等方面存在问题，不适应现代化大生产要求，而激光打印技术虽然较好的克服了传统工艺的许多缺点，但激光器在恶劣的生成现场缺乏长期稳定性的工作特点的制约，不能完全满足生产实际的需要。为了弥补上述不足，适应大批量生产发展需要，气动标记打印技术成为一种较好的选择。 本课题在分析了现在市场上存在气动标记刻印系统的优缺点后，针对现有的标记打印机打印速度相对较慢，打印精度相对较低以及控制软件不灵活的缺点，设计了一套新的控制方案，使用FPGA作为核心控制器，配合PC机标记打印软件工作，代替以往PC或单片机的控制。该方案充分利用了FPGA可以高速并行工作的特点，能够高精度平稳的输出控制脉冲，使打印过程平稳进行。 本文描述了从总体方案设计到一些关键模块的设计思路和设计细节。根据设计要求，总体方案中提出了整个控制系统的划分和关键设计指标上的考虑。在硬件设计方面完成硬件电路设计，包括接口电路设计和抗干扰设计；在设计FPGA控制器时，采用了优化后的比较积分直线插补算法使得输出的插补脉冲均匀稳定；采用梯形速率控制算法，克服了速度突变情况时的失步或过冲现象；在软件方面，新开发了一套PC工业标记系统软件，采用了多线程技术和TTF矢量字库等技术。 整套标记打印系统经过较长时间的运行调试，表现稳定，现已经试用性投放市场．从生产厂家重庆恒伟精密机械有限公司和客户的反馈信息来看，系统工作稳定，打印速度达到设计指标，能够在256细分下驱动电机平稳快速运动，打印精度高，达到市场领先水平，并且得到客户充分的肯定。
上传时间： 2013-06-21
上传用户：rishian
在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-07-28
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