基于FPGA的实时Pythagorean Hodograph曲线运动控制器的设计

提出了一种采用SOPC技术在单个FPGA芯片上构建的新型实时PH曲线运动控制器的架构;该运动控制器在QuartusⅡ9.0中设计,由一个NiosⅡ软核处理器和多个功能模块构成;它通过采用二次插补方式以减少PH曲线插补的计算量;NiosⅡ处理器执行主控程序和PH曲线粗插补算法,FPGA硬件逻辑执行精插补算法并输出两组用于控制执行机构(XY工作台)的控制脉冲;实验数据表明,该运动控制器完成恒进给速度的单次PH曲线插补的平均耗时均小于2ms,终点坐标的定位误差均低于0.0079mm。     

多模调制曲面超精密加工轨迹优化技术

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式。在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命。该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用。     

一种新的截断线及标志点处缺失相位插补方法

在基于相位信息的三维面形测量中,为了得到正确的相位展开而引入的截断线和为了便于三维拼接而附加在物体表面的标志点都会造成其覆盖区域的相位缺失,需要进行人为地插补修复。一种新的缺失相位插补方法——八方向梯度估算法,通过计算待插补点周围八方向梯度和其八邻域内的相位平均值,可估算出缺失的相位。与其它常用缺失相位插补方法相比,该方法运算速度快、插补效果好,运算过程无需人为参与,便于计算机自动实现,尤其适合于插补倾斜相位面上的较大标志点,有助于提高相位重建质量和在此基础上的三维面形重建质量。     

基于ACR9000控制器的自动光学检测平台设计 

针对自动光学检测（AOI）平台运行过程中的定位精度控制问题,提出了一种基于速度和加速度前馈控制与PID反馈控制的复合控制算法,该算法对输入量进行跟踪补偿控制以消除系统稳态误差,用于提高AOI平台定位精度。基于开放式的数控系统设计方法设计了AOI平台。在Matlab/Simulink环境下,构建了基于该复合控制算法的定位精度控制仿真模型,仿真结果验证了复合控制算法的有效性。将该复合控制算法作为ACR9000控制器的控制算法,并基于ACR9000控制器进行AOI平台实验研究。应用该AOI平台进行了印刷电路板（PCB）检测实验,实验结果表明文中复合控制算法能够提高AOI平台定位精度,AOI平台的定位精度满足印刷电路板检测要求,可以将该AOI平台用于印刷电路板检测。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统。利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度。该系统在FPGA内基于NiosII软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率。实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为±1.3″,实现了时栅的高精度角位移测量。     

基于指纹识别的施工升降机安全监控系统设计

针对施工升降机在安全监控方面存在的问题,以及嵌入式系统中程序存储空间小需要对指纹算法进行改进与简化,提出了一种新的基于三角形面片的快速匹配算法识别的嵌入式施工升降机安全监控系统设计方法,使用新的指纹匹配的算法,减少了基准三角形对选取的时间,提高了指纹匹配的速度,以及使用STM32F103处理器和FPS200指纹传感器构建算法的嵌入式系统,成功实现了嵌入式施工升降机的安全监控的功能;指纹识别的准确率达到95%以上,具有很强的实用价值。     

基于动态规划的超声多普勒信号最大频率曲线提取

提出一种基于全局优化的动态规划算法以进行超声多普勒血流信号最大频率曲线的提取。并将该方法分别应用于仿真的超声多普勒信号和实际采集的多普勒血流信号,在信噪比小于20 dB的较强噪声背景下,基于动态规划方法提取的最大频率曲线较之传统方法提取的结果,相对误差最多可减小20倍以上。在强噪声背景下的估计精度明显高于其它方法,显示出基于动态规划的最大频率曲线提取算法具有较好的抗噪声性能。结果表明:基于全局优化的动态规划算法能够从较强噪声背景中准确提取超声多普勒血流信号的最大频率曲线,并可进一步用于诊断血管疾病。     

基于C-V模型的改进快速水平集图像分割法

针对水平集方法计算复杂度高,无法满足实时系统要求的缺陷,提出一种改进的快速水平集算法。该算法对快速水平集算法进行简化,采用单链表表示轮廓曲线。利用C-V模型的二值拟合项来设计曲线演化的速度函数,保留了C-V模型的全局优化特性。还给出了一个基于单链表中轮廓点个数变化的水平集演化终止准则。该算法不仅明显提高了分割速度,且对噪声图像也能实现高效的分割。     

面向嵌入式平台的轻量化神经网络手势识别方法

针对传统基于图像分割和特征提取的手势识别算法在复杂背景下识别准确率低、灵活性差的问题,基于目标检测神经网络的手势识别算法可以有效提高复杂环境下手势识别的准确性。受嵌入式处理器体积和功耗的限制,常用的目标检测神经网络在嵌入式上的识别速度较低,不能满足实时手势识别的要求。在SSD目标检测的基础上对其进行优化,使用MobileNetv3网络实现特征提取,目标检测方面则是使用SSD-lite结构,其使用深度可分离卷积替代普通卷积,实现了轻量化MobileNetv3-SSDLite手势识别算法的设计。针对手势识别的要求,制作了包含不同手势的数据集,利用它在服务器上完成了模型的训练。为了满足嵌入式的算力限制,通过模型的量化压缩将float64的网络参数量化为int8,并压缩网络结构,提高网络在嵌入式上的推理速度,实现基于嵌入式的手势识别。实验结果表明,基于嵌入式的MobileNetv3-SSDLite手势识别算法可以达到平均准确率99.61%,且识别速度达到每秒50帧以上,满足实时手势识别的要求。     

基于聚焦形貌测量的铝合金电弧增材制造件表面三维形貌重建

针对聚焦形貌测量提出了一种组合式的像素点清晰度评价算法。对于有序点云缺失点的插补,使用基于三次B样条的方法,来进行插补,通过实验证明该方法能够有效的补齐缺失点,以得到完整的点云数据。根据聚焦形貌恢复技术原理,搭建了一套完整的硬件,通过精度验证实验,测量设备在10X倍率下的测量精度在742.9nm。并对铝合金电弧增材制造件进行了表面形貌测量,可清晰观察其表面形貌,检测其缺陷。实验结果表明提出的方法兼具恢复的高精度性及有效性,应用此方法可以完成微观形貌的表面三维参数的测量分析。     

基于STM32F4的电机控制系统设计

为改善步进电机堵转、失步、超步等问题,提高步进精度,使步进电机能够快速准确定位,提出基于STM32F4微控制器的步进电机控制系统设计。通过改变PWM输出定时器的预分频值控制电机转速,直线阶梯形升降速算法实现调速;采用DMA方式控制电机脉冲数量,实现位置精确控制。实验以及实际应用情况表明,阶梯形升降速算法以及DMA方式位置控制算法能够满足一般要求,系统误差为±0.01度。系统精确度高、性能可靠、扩展性强,具有较高的应用价值。     

基于可编程逻辑阵列的速调管预失真模型

合肥红外自由电子激光（IR-FEL）是一个工作在中红外和远红外波段的自由电子激光装置,为达到其设计指标,需要使用低电平系统（LLRF）对加速腔内加速场的幅度和相位进行监测和控制。但是速调管的输入输出非线性特性,使得近饱和区控制增益降低,导致了反馈效率的降低。设计了基于可编程逻辑阵列（FPGA）的预失真模型对速调管的幅度非线性特性进行修正,并且对2048节点直接查找表算法和32节点线性插值查找表算法进行了比较和在线实验。比较结果显示,在准确度满足要求情况下,直接查找表算法比线性插值查找表算法延迟减少25%,并且资源消耗量要少于线性插值查找表算法。采用基于直接查找表算法的预失真模块在东芝E3729型号速调管上进行了反馈效率的比较,添加预失真模块后反馈效率提高了43%。     

快速高精度电动调整镜研究

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜,系统主体采用一体化的柔性支撑设计,驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现,反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器,使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析,对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求,采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法,采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试,结果表明,在±500″角度范围内,调整镜到位时间在3 s以内,控制误差小于2″,可以满足系统要求。     

基于OpenCL与FPGA异构模式的Sobel算法研究

随着计算机科学技术的迅速发展,嵌入式领域实时图像处理应用越来越广泛,然而传统硬件因为自身架构导致并行化程度不高,针对在视频监控、机器视觉、视频压缩、医疗影像分析等领域需要对图像进行高性能计算的问题,提出一种以OpenCL软件模型和FPGA异构模式的高性能图像处理解决方案,实现了图像显示和OpenCL加速功能,以Sobel边缘检测算法为研究对象,进行了算法并行性分析,并在系统中运用OpenCL加速内核算法,与基本的ARM平台和OpenCL共享内存加速机制相比较,展开性能测试,对加速效果进行了研究。实验数据表明,使用该系统处理不同分辨率的图像,OpenCL加速子系统的处理较基于片上ARM硬核的软件处理,实现相同功能上有100倍左右的性能提升。     

融合插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法

多项式结构设计方法是主瓣指向可调宽带波束形成器设计的一类重要方法。多项式结构的阶数是有限的,导致主瓣实际指向与期望指向之间存在偏差,因而影响了波束形成器的指向性指数。针对这一问题,该文提出了一种基于插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法。首先,引入多项式结构插值点处阵列响应的空间导数约束,以减小主瓣指向偏差;进而利用粒子群优化算法对多项式结构中的插值点进行优化,以充分利用插值点位置提供的自由度进一步提升多项式结构宽带波束形成器的性能。优化设计结果表明,与现有设计方法相比,该文提出的方法不仅降低了主瓣的指向偏差,同时也提高了指向性指数,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。     

基于数据挖掘的高校管理信息系统设计与实现

高校事务信息的数据规模较大,更新速度较快,复杂度较高,需要设计有效的高校管理信息系统,提高信息管理能力。传统的高校管理信息系统设计采用嵌入式Visual Basic的信息管理系统构架方法,系统的信息再植入能力和多线程处理性能不好,提出一种基于多元特征数据挖掘和嵌入式Linux内核的高校管理信息系统设计方法。首先在嵌入式Linux的核单元中进行高校管理信息系统总体设计和文件配置,进行系统的功能模块分析和技术指标描述。设计基于相空间重构和关联特征提取的数据挖掘算法,进行高校管理信息的有用特征挖掘和提取。以数据挖掘结果进行程序加载和引导,进行高校管理信息系统的软件开发和设计,主要包括程序加载模块、数据存储模块、交叉编译模块以及网络通信模块的设计,实现基于数据挖掘的高校管理信息系统的改进设计。实验结果表明,采用该系统进行高校管理信息的挖掘和存取调度,具有较好的可靠性和人机交互性,系统的吞吐性能和执行时间开销等指标具有优越性。     

危化品仓库堆垛安全距离的精确扫描定位监控算法的研究

根据危化品仓库码垛安全距离需要精确监控的需求,设计开发了一种精确扫描定位装置,将仓库划分为若干网格,对每个监测面测距扫描,获得每一个点的距离值和角度值,根据对应点是否与安全状态数值一致来判断堆垛的安全状态。硬件由控制器、细分驱动、步进电机、涡轮螺杆、工作台等组成。电机定位控制采用指数型加减速算法和闭环反馈调节相结合的控制算法,首先获得一个起跳频率,经过加减速控制阶段,到达目标位置附近,之后进入反馈调节阶段,控制步进电机到达指定位置。指数型加减速算法降低了启动和停止时加速度突变大小,避免了由于步进电机频率变化过快引起失步和堵转。实验结果表明,该装置及算法运行稳定,定位精度在 0.022度左右,定位精度高,满足仓库安全距离扫描监控的精度要求。     

基于快速小波分形插值的声纳图像缩放算法

本文讨论主动图像声纳的图像结果显示问题,主要介绍一种基于快速小波分形插值的实时声纳图像缩放算法。并通过对合成孔径声纳图像数据进行算法比较,发现此算法比通用的图像插值算法,如双线性插值和双三次样条插值等,具有更好的性能。由于可以分块并行实现,因此本算法易于应用于实时图像声纳工程中。     

Bayer格式图像的实时彩色复原

为了减少算法的计算量,保证系统的实时性,本文针对Bayer格式图像提出了一种有效的彩色复原插值算法。插值过程中利用了人眼的视觉特性,能够更精确地得到图像的亮度信息和边缘信息。利用彩色图像的边缘特性更精确地复原了边缘处的R、G、B值。算法最终解为一系列5×5大小稀疏的线性滤波器,其复杂度低,实现简单,能在计算机各种嵌入式处理器中完成实时处理。实验证明,本算法的峰值信噪比(PSNR)比通常采用的双线性算法高4~6 db,且有效地减少了插值算法中出现的锯齿现象,使图像彩色的复原性和实时性比双线性算法更优越,具有一定的应用价值。     

Transient Temperature and Stress Analysis of an Electrode on 60 kV, 55 A, 2 s Ion Source

The engineering design of 60 kV, 55 A, 2 s bucket ion source for HL-2A has been finished. The current design is based on an extraction-acceldecel extraction system that is composed of plasma electrode, acceleration electrode, deceleration electrode and grounded electrode. The primary and secondary particles due to beams ionization in each region of extraction system will hit the surface of electrode. The power loads on an electrode is estimated both theoretically and experimentally to be 1%-2% of the ion beam power, which may cause serious problems, such as thermal deformation followed by ion beam distortion and melting leading to water leaks. To ensure the mechanical reliability and no plastic deformation, it is important and necessary to analysis the temperature and stress distribution.