基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种工业现场总线中，CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被广泛应用于各领域。CIA(CAN in Automation)协会发布了完整的CANopen协议，定义了应用层和通讯子协议，为基于现场总线的分布式控制系统的广泛应用提供了解决之道。 本文研究国内外现场总线发展现状后，以改善现场总线网络通讯系统的运行效率，提高实时性和信息处理能力为前提，浅析CAN总线高层通讯协议CANopen，分析了主、从节点的各个功能，说明了功能的设计和实现方案。 然后，本文将CANopen协议应用于分布式控制系统，详细论述了基于PIC18控制器的从节点和基于DSP控制器的主节点的实现过程。主、从节点具有基于CANopen协议的总线通信功能。从节点具有数字量和模拟量输入输出功能。主节点可以通过键盘对各节点运行状态和各节点参数进行调整，还可以通过液晶屏显示实时控制量和各节点运行状态。PC机能在线监测CAN报文数据流。本文对两种类型节点的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详尽的阐述，并给出了部分关键硬件原理图和软件流程图。 最后，把已开发的从节点和主节点组成一个温度测控系统和一个电机控制系统。经过实验室测试，证明系统具有良好的实时性，通讯稳定可靠，解决了传统CAN总线节点通讯可控性差，无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发，少有使用上层软件协议的习惯，起到了一定的推动意义，提高了应用水平。
上传时间： 2013-04-24
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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近年来随着能源短缺和供电设备对供电电源的性能和可靠性要求的提高，逆变电源并联运行技术得到了大力发展。在逆变电源并联技术中，最重要的是如何限制模块间的环流，并使并联模块最终达到同步运行。传统方法被证明已经不能满足要求，随着DSP数字信号处理器运算速度越来越快，将DSP应用到逆变电源并联系统中已经成为一种趋势。本文在比较了国内外的并联系统控制策略的基础上，提出了将工业自动化领域热门的现场CAN总线技术引用到系统中，实现了真正的分布式控制和并联逆变电源系统的智能化，提高了实际运行中系统的可靠性。在研究和分析了单台三相逆变电源的数学模型的基础上，设计了基于SVPWM调制和电压闭环反馈控制的三相逆变电源，作为并联系统的基础。在并联运行技术的研究中，重点分析了并联系统的环流特性，电压特性和功率特性，提出了一种基于CAN总线的功率均分控制策略。仿真结果证明，这种方法对于环流的抑制和并联模块的同步运行是行之有效的。针对并联逆变电源系统，本文设计了CAN总线的接口电路和相应的通信模块，并在DSP上实现，确保了在并联运行过程中数据传输的完整性和实时性。最后在TMS320LF2407平台上，给出了逆变器控制和并联相关的硬件电路和软件流程图，并用MATLAB对本文涉及到的关键算法进行了仿真分析，给出了相应的波形。
上传时间： 2013-06-08
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社会发展对内燃机车柴油机安全、节能、低污染等方面提出了更高的要求，传统的机械式控制已很难满足这些新要求。对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。柴油机电子控制技术包含的范围很广，其中标定技术决定了电控系统中最佳控制参数的获取，从而影响着柴油机的工作性能，而喷油泵特性的标定是标定众多内容中首先要解决的问题，因此本文将机车柴油机电控系统中的油量特性标定作为研究重点，首先对电控单体泵的组成和原理进行了分析，确定了其作为机车应用的合理性；其次完成了电子燃油喷射控制单元的设计，并对其实验方法进行了研究。 喷油泵在匹配任何一种类型柴油机之前，其数学模型和控制特性应该基本确定，能不能使得被匹配的柴油机性能达到最佳水平，将取决于能否通过有效的标定方法来获得准确的喷油控制参数。本文在电子控制单元基本功能完成的基础上，充分利用现场总线技术的优势，在实现物理层和数据链路层接口的同时，针对标定应用进行了扩展，制订出一套完整的通信协议，并开发出上位机标定软件，使得电子控制单元与上位机之间建立起了良好的通信平台。标定系统的建立同时为机车故障诊断技术带来了新思路，本文提出了一种基于分布式机车控制网络的故障诊断策略，多个智能化节点可以共同来完成复杂的故障诊断操作，性能完备的网络构成和通讯协议使得大量故障信息的交互显得有条不紊。这种思路，对电控系统乃至整车的故障诊断技术的发展产生着深远的影响。 方案的确定，软硬件的设计，实验方法的分析，都必须结合真正的台架实验，在实验过程中不断的改进。本文最后，介绍了在机车厂单体泵试验台上进行的电磁阀驱动和油泵特性标定实验，从中获得了机车柴油机电控系统研究的宝贵经验，为后期的柴油机匹配实验打下了坚实的基础。
上传时间： 2013-04-24
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充电系统对于实际的电动汽车而言是不可缺少的子系统，当蓄电池的电能用完之后，就必须使用充电系统对电池进行再充电。对于这种电动车充电系统的监控，目前国内尚处于起步阶段。 本文以电动车充电站的建设为背景，对充电机监控系统的通信总线和上位机软件设计进行了研究。首先介绍了系统的整个网络规划，然后对工业现场总线的特点、CAN2.0总线技术、涉及到的通信协议分别做了详细的描述，重点介绍了CAN总线的相关设计和系统的硬件、软件设计及实验结果。设计过程中参考了目前比较成熟的CAN2.0与J1939协议，并创新性的将这一用于汽车内部的通信总线移植到充电站内充电机与上位机之间的通信系统中。整个设计的创新在于将CAN总线这一现有成熟技术应用在充电站监控系统建设这一新领域，成功的实现了总线的移植。 整个系统中，系统前端执行数据采集、充电控制等任务，同时通过CAN总线和以太网分别实现前端数据采集模块与监控计算机、监控计算机与数据服务器的数据传输，实现站内充电机的统一监控。本文围绕系统整体网络组建，CAN网络通信以及系统软硬件设计进行了讨论，并提供了一套完整的、先进的、可行的充电机监控系统通信总线及软件的解决方案。这种监控方案提高了系统通信的实时性、准确性、安全性，同时极大的提高了充电工人的工作效率。 目前系统的各项参数及功能已在实验室测试完毕，性能已基本达到设计目标，即将被用于奥运会电动汽车充电站的建设。
上传时间： 2013-04-24
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通信与自动控制技术结合产生的远程数据传输技术，已经成为当前研究的一个热点。以数据传输技术为核心的远程无线监控系统已广泛应用于交通、电力、工农业、水利、环保、建筑、能源等行业中需要无人值守监控维护的地方，监控情况，以及传输的数据存在着突发性、数据量少等特点。传统的远程监控技术多采基于现场总线的方式接入Internet，在接入端需要搭建本地局域网平台和监控系统，对于环境依赖性比较强，容易造成地域局限性。 文章围绕无线数据传输方式这一热点课题，介绍了国内外在远程数据传输方面的发展与现状，对GSM短消息在远程数据传输中的应用进行了深入的研究和探讨.接着，阐述了相应的GSM无线终端的设计方案、开发方法和开发过程，并针对小数据量的无线数据传输领域，提出了应用以短消息业务作为数据传送载体的数与车载防盗报警系统相结合，设计了以DPSD微处理器和GSM模块TC35i为核心，基于GSM/SMS的车载防盗报警系统。接着，给出基于GSM/SMS无线数据传输技术的车载防盗报警系统的具体实现过程，包括各硬件模块的设计原理、电路原理图文重点包括以下两个方面： l.对GSM/SMS的工作原理及协议做了详细的研究，并运用于小数据量的无线数据传输中。 2.设计了基于SMS的车载防盗报警系统，给出了硬件原理图及软件流程。 基于SMS的车载防盗报警系统已经在市场上得到印证，应用结果表明，该系统使用操作方便，数据通信准确、稳定、可靠、高效，具有较高的实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，对维护电力系统的安全、稳定和可靠运行起着重要的作用。如何使断路器高度智能化，并且更安全和可靠，是电力系统保护的发展要求，也是本论文研究的目的。 本文在深入研究了智能断路器国内外发展状况的基础上，精心设计了以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心的系统硬件。DSP是智能断路器测控单元的核心器件，它实现断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。CPLD完成状态量的监测，以及各种逻辑信号的输出。两种器件相互配合使得断路器系统更加智能化。研究了断路器测控单元的测量原理及保护算法，并进行了具体的硬件和软件模块的设计，旨在实现断路器的智能保护、远程控制和集中管理。本设计以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心。硬件设计主要包括信号调理模块设计、信号采样模块设计、保护执行模块设计、CPLD模块设计和输入输出模块设计。并且利用TMS320LF2407本身具有的CAN2.0模块，通过CAN总线实现断路器和上位机的通信，实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能。软件采用模块化设计，每一个模块相对独立，完成某个特定功能，便于维护和添加新功能，并且调试灵活方便。文中给出了主程序及各个子程序的流程图，其中子程序有数据采集子程序、FFT计算子程序、液晶显示子程序、短路瞬时保护子程序、过载长延时保护子程序、接地故障保护子程序和短路短延时保护子程序等。并且设计中充分考虑了断路器工作环境的恶劣性，分析了各种干扰的来源，并针对各种干扰采取了对应的软件和硬件的抗干扰措施。最后，为了验证全波傅氏算法能否满足电网数据处理精度的要求，利用MATLAB搭建仿真平台，对其进行了仿真。结果表明全波傅氏算法能达到系统的要求。
上传时间： 2013-04-24
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温室是设施农业的重要组成部分，国内外温室种植业的实践经验表明，提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。随着传感技术，计算机技术及通讯技术的迅猛发展，现代化温室信息自动采集及智能控制系统的开发已越来越引起人们的重视，并成为一个具有重要意义的研究方向。因此设计了基于PIC单片机的温室自动控制系统，使其对温室环境进行控制，为植物创造适宜的生长条件，从而使农作物获得高产，提高农业生产的经济效益。 文中论述了国内外温室环境控制技术的发展及现状，分析了温室的内部机理，给出了所采用的温室小气候温湿度模型；通过对温室环境历史数据的分析，得出了温室温度控制系统的近似数学模型。 系统采用模糊控制算法实现对温湿度的控制。详细研究了模糊控制的机理，建立了针对几种执行机构的模糊控制规则表；在模糊推理中采用了T-S模型的推理方法，此方法确定的控制规则工程意义明确，易于调整。并以温度控制系统为对象，使用MATLAB对模糊算法进行仿真；仿真结果表明，这种算法具有超调量小、稳定性强、适应性好等特点，能够达到预期的控制效果，是一种较为理想的智能控制方案。 温室自动控制系统的硬件部分由上位机和下位机及其外围电路组成。上位机采用PC机，通过与下位机间的通信实现对温室的统一管理；下位机及其外围电路实现温室环境参数的检测、显示和实时控制，微处理器采用的是PIC16F877A单片机。这种以单片机为核心的控制器还可以在不依赖上位机的情况下独立实现参数的测控。 在软件设计方面，将模糊控制算法引入其中，给出了主程序、模糊算法程序、通信程序等程序流程图。使用MSComm控件实现上下位机间通信；并采用VB6.0对上位机界面进行了设计，使程序简单、清晰、为用户提供了直观友好的管理平台。整个系统软硬件搭配合理，设计、开发、维护方便，具有较高的性价比。
上传时间： 2013-07-21
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快速傅立叶变换(FFT)技术是数字信号处理中的核心技术，它已广泛应用于数字信号处理的各个领域，长期以来一直是一个重要的研究课题。近年来，专用数字信号处理器以其优化的硬件结构和优良的性能价格比为FFT的实现提供了一种有效的途径，其中最具有代表性的是美国TI公司的TMS320系列DSP。 本文首先分析了常用FFT算法原理，并进行了算法的讨论和比较，然后详细论述了以浮点型DSP为核心的实现FFT算法的硬件平台的设计。平台的硬件电路主要包括数据采集部分、数据处理部分、数据存储部分和数据显示部分。其中采集部分采用12位高速的A/D转换芯片MAX197，数据处理部分采用32位浮点型DSP芯片-TMS320VC33，数据存储部分采用了大容量的FLASH芯片——K9F2808UOA，数据显示部分采用PHILIPS公司的高亮度、宽视角的TFT彩色液晶显示屏。 为了扩展系统的通信能力，通信接口我们选择CAN总线。软件部分选用了频率抽取基2FFT、分裂基FFT和实序列FFT算法，用C语言进行编程。最后部分是进行软硬件的联合调试，并在此基础上进行了FFT算法实现。 论文结尾以实际的实验曲线分析验证了算法的正确性，同时针对实验中产生的误差找出了原因，并提出了解决的方法。实验结果表明采用浮点DSP实现FFT算法方便且有较高的实时性，可以应用到电力系统谐波分析、振动测试及铁路检测等各个领域。
上传时间： 2013-04-24
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本文在分析了嵌入式技术及控制系统的发展概况后，首先对现场总线，主要是CAN总线的技术特点进行了全面的介绍，并重点对CAN总线网络中数据传输的实时性问题及改善的方案进行了分析和研究。之后利用嵌入式技术实现了基于CAN总线的网络测控系统。该系统的主控节点，即ARM平台采用32位的嵌入式处理器AR2M和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ来实现，并在该平台上完成了系统多任务的建立，包括与底层CAN网络的通信、液晶显示输出和嵌入式Web服务器等。 论文共分六章。第一章介绍了控制系统的发展过程、嵌入式技术及其发展现状，并引出了课题的背景和研究意义，给出了主要研究内容。第二章着重介绍了CAN现场总线技术，并对其工作原理和CAN总线系统的实时性进行了分析。第三章论述了CAN总线测控网络的实现以及CAN测控网络与Internet集成的必要性，并给出了本文的系统设计方案、工作原理和组成。第四章论述了基于CAN总线的嵌入式测控系统的设计与实现，详细阐述了系统的硬件、软件设计思路和实现方法。硬件方面，介绍了硬件平台中的主处理器LPC2292和整个硬件逻辑模块。软件设计上实现了μC/OS-Ⅱ实时操作系统在ARM7上的移植，并完成了嵌入式系统下多任务的建立。第五章介绍了以QXLPC-Ⅲ过程控制系统为应用对象，进行的实际应用实验，该实验对被控过程的部分物理量进行了检测，验证了本方案的可行性。第六章对全文进行了总结，给出了有待进一步研究的问题，并对后续工作进行了展望。
上传时间： 2013-06-03
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