液压驱动四足机器人控制系统开发

针对液压驱动四足机器人的结构特点和自动化运动需求,设计基于CAN总线通信的分层式控制系统,分为远程监控层、规划控制层和执行控制层三层,并按照控制系统总体设计方案进行硬件系统和软件系统开发;该控制系统应用基于WINDOWS的PC机和基于ARM开发的触摸操控板进行远程监测和控制,采用基于QNX的PCI/104单板机对机器人的运动进行规划,选用DSP作为执行机构处理器,从而构建了一个具有工作性能稳定、实时响应快、结构紧凑等特点的控制系统平台;软件系统采用模块化设计的思想进行开发,提高了控制系统的扩展性;最后,通过对液压缸运动的控制实验,验证了该控制系统的稳定性和可靠性。     

HEPS-TF超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计

介绍了中国高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)中超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计。该控制系统主要包括电源控制系统和低温信号监测系统。整个控制系统基于实验物理及工业控制系统(EPICS),其硬件结构以串口服务器为核心,将接口转换为标准的RS232/485接口。软件方面,通过应用StreamDevice设备驱动模块开发了基于Modbus协议的EPICS驱动,缩短了设备驱动的开发周期。上层控制界面采用嵌入了EPICS Qt框架的Qt Creator开发,增强了其灵活性。目前控制系统的离线测试已完成。     

大型ICF实验物理诊断系统的集中控制设计

 大型惯性约束聚变(ICF)实验中需要配备精密的物理诊断集中控制系统，以保证实验能够安全、高效地进行。针对国内正在建设的ICF大型激光装置，提出了一个完整的物理诊断集中控制系统构建框架。该ICF的物理诊断集中控制系统分两个层次。上层是管理控制层，由大型计算机组建的工作站和服务器构成，提供集中式操作控制、状态报告、数据采集、管理、处理和集中显示。下层是由大量嵌入式处理器构成的实时控制层，它直接面对装置各部分的控制点，由上层管理系统来协调下层每个处理器工作。采用现场可编程门阵列(FPGA)技术为该系统设计了两个子控制系统：在FPGA上为指令同步系统实现了一个高性能的嵌入式片上系统平台；利用FPGA将同步触发信号系统整合到PXI系统中实现集中控制。     

基于新型安全架构的HEPS插入件安全控制系统

高能同步辐射光源（HEPS）插入件控制系统的主要功能是实现插入件磁间隙的开合运动控制。插入件控制系统的安全运动对插入件、储存环和光束线站的设备和人员安全至关重要。针对HEPS插入件控制系统的安全需求,研究了工业安全设计的标准和规范,在国内外同类型插入件控制系统中首次设计和实现了基于新型安全架构的安全系统。安全系统的设计和实施符合国际安全标准,并达到了安全完整性三级的高安全等级。该系统已成功应用在HEPS测试束线低温波荡器中,并完成了系统性的测试。测试结果表明,HEPS插入件安全系统实现了所有预期的安全指标,达到了高安全等级工业控制系统的标准。     

基于CPCI总线DMA方式的实时高速数据交换系统

针对在重离子同步加速器运行过程中,如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题,自主研发了基于Compact PCI总线板卡,板载FPGA,DSP,SDRAM等资源,并设计了DMA完整控制逻辑,传输协议解译全部由硬件完成(FPGA)。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测,结构完整自洽,数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求,实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节,包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计,系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。     

基于659总线的飞行器电气控制系统设计与实现

为提高飞行器电气控制系统测量和管理的可靠性,实现电气控制系统的综合管理;通过采用ARINC659背板总线、冗余的电气控制系统模块化设计方法,设计并实现了一种电气控制系统。这篇文章介绍了该系统的主要功能、技术特点、硬件和软件设计。该系统在满足实时性、可靠性需求的同时,具有快速的系统重构和很强的可配置性,而且大大减少了飞机电气系统的重量,适应电气控制系统综合控制发展的方向。基于659总线的飞行器电气控制系统,解决了复杂机电系统的数据融合和综合管理,在工程实践中已成功应用。     

下肢负重外骨骼机器人的初步设计

研究设计了一种能够增强人体负重的下肢外骨骼机器人,该负重外骨骼机器人具有8个自由度,可实现髋关节的外展与内收、屈/伸运动;膝关节的屈/伸运动以及踝关节的弯曲运动。根据人体步态分析研究出各个关节的运动角度范围,结合目标负重进行结构优化设计。对机器人的结构进行简化,建立了外骨骼机器人的连杆模型,根据其几何关系,采用D-H准则对外骨骼机器人进行了数学建模。以计算机、六轴运动控制卡和STM32为核心构建了控制系统,结合ZMP(Zero Moment Point)零力矩点稳定性判据及三次样条插值进行了步态规划,并将此步态规划应用于样机上。样机实验结果表明,此结构能够满足不同体型的人进行穿戴,并能够根据规划的步态轻松行走,验证了其结构和控制系统的合理性。     

基于CAN总线的高可靠成像控制系统设计

为了实现多套成像设备的智能化控制,设计了基于CAN总线的成像控制系统,并给出了设计中关键技术的解决方法;首先,给出了可靠性高的热备份CAN总线控制系统硬件设计原理;其次,介绍了基于FPGA的CAN总线协议芯片—SJA1000逻辑控制原理与方法;最后结合实际工程项目阐述了控制系统的工作过程;试验结果表明,该设计性能稳定、可靠性高,能够满足多台成像系统的智能化控制;设计理念和方法具有通用性,系统的可扩展性强。     

高精密运动工作台控制系统的设计与研究

设计并研制了用于母盘刻录机的高精密运动工作台及其控制系统。工作台控制系统采用线光栅作为工作台位移检测工具。采用数字位置环和模拟电流环组成双闭环随动系统,其中位置控制器是带有速度前馈和加速度前馈的数字PID伺服滤波器。实验结果表明,该系统可以满足母盘刻录机的要求。     

基于GSM的智能空调控制系统设计

为了实现空调的智能控制,在分析空调控制系统不足的基础上,利用AT89S52单片机和GSM通信技术,设计了一款智能空调控制系统。设计了硬件系统和软件系统,该系统具备自动抽湿、补湿、净化室内空气和远程控制等功能。通过KEIL C软件编写、调试程序,并通过PROTUES进行仿真,验证了该设计方案的可行性。结果表明基于GSM的智能空调控制系统很好实现了自动抽湿、补湿、净化室内空气和GSM远程控制功能,具有较高社会应用价值。     

嵌入式上海光源EPICS插入件控制系统

插入件是上海光源重要组成设备之一,其控制系统主要由高精度电机运动控制、位置反馈、校正线圈电源控制、前端轨道反馈及人机界面等部分组成。为实现以上功能并无缝接入上海光源EPICS控制系统,设计了基于EPICS的插入件控制系统。在此基础上,利用嵌入式EPICS技术将所有EPICS组件嵌入到一台嵌入式控制器中。嵌入式EPICS技术简化了系统结构,方便用户操作和后期维护。经测试和在线运行,该系统控制功能完整,反馈控制实时性高,束流的稳定性得到了提高,为试验站稳定供光提供了保证。     

Development of tools for real-time betatron tune measurements at the Nuclotron

A betatron tune measurement system was developed and tested at the Nuclotron. A white noise and chirp signals were used for transverse beam motion excitation. A custom FlexRIO digitizer module was developed which provides excitation signal generation for kicker electrodes and real-time signal acquisition from pickup electrodes. A high resolution FFT algorithm was implemented inside a NI PXI FPGA module, connected to digitizer. The measurement system is integrated with the NICA control system based on the TANGO Controls. Results and tests performed with the Nuclotron beam are presented.     

自动化控制下机械手臂运动轨迹研究

对机械手臂运动轨迹进行优化控制,能改善机械手臂的自动控制性能。为了提高机械臂的控制稳健性,提出一种基于变结构模糊PID控制的机械手臂运动轨迹优化控制模型。首先采用末端效应逆运动学模型构建机械手臂的运动规划约束参量数学模型,采用七自由度运动空间重构方法建立机械手臂运动的动力学方程。然后通过纵向定常运动,分析建立机械手臂整定控制目标函数,求解机械臂在抓取作业过程中的最佳导引控制律,采用变结构模糊PID控制方法进行运动轨迹的误差修正,实现机械臂自动控制优化。最后通过仿真实验进行控制性能测试,结果表明,采用该方法进行机械手臂运动轨迹控制的精度较高,对机械臂位形变化轨迹的预测准确性较好。     

基于LabVIEW的LED光源特性检测系统的研制

介绍了一种基于高级图像编程语言(LabVIEW)的LED光源特性检测系统。检测系统是基于运动导轨、多测试工位、计算机控制开发的,集成多种LED特性测试仪器,实现LED光源的光、电、色等综合发光特性的自动连续测试。该系统具有综合、自动、集成、连续、在线的突出优点,大大提高测试效率、测试数据和结果的可靠性、准确性,解决了传统测试方法的分散、效率低和测试误差大的缺点。还介绍了自主开发系统软件的设计原理,并分析了在此基于LabVIEWr的检测系统中应用软件功能的实现,包括测试数据的汇总、计算、分析处理等。还附上相关的实验数据对检测系统加以验证说明。     

基于Lattice Server中间件的束流光学参数测量

根据合肥先进光源(HALF)的需求,在合肥先进光源预研项目中,开展了Lattice Server中间件技术的应用研究,开发出Lattice Server中间件。为验证Lattice Server中间件软件结构的可行性,利用合肥光源储存环,采用Python语言开发了基于Lattice Server中间件的束流光学参数测量。测量结果表明,该Lattice Server中间件实现了加速器上层物理应用与控制系统的交互,所测束流光学参数准确,证实了Lattice Server中间件软件结构的可行性。     

基于模糊PID的多类型轴同步运动控制技术研究

在大型复杂设备中,存在着大量多轴联动或同步运动驱动机构。为提高多轴同步运动精度,对常用的同步控制模型进行了研究和分析,提出了以模糊PID控制算法为核心的主-从式与耦合式相结合的控制模型,并开展了双电机轴系统、双液压轴系统以及混合轴系统的建模仿真与试验分析。结果表明该控制方法不仅能够减小多轴同步系统的同步运动误差,还能有效减小外部干扰的影响。     

带落角约束的导弹滑模制导控制一体化设计

为了提高导弹的制导精度和毁伤效果,研究了带有落角约束的空地导弹制导控制一体化设计问题。在俯仰平面内,将弹—目相对运动方程和导弹力学方程相结合,建立了导弹一体化模型。在此基础上,采用反演递推方法,设计了带有落角约束的导弹自适应滑模制导控制一体化算法,并对其进行了稳定性分析。针对所设计的控制律,在不同的机动目标下进行了仿真和对比分析。结果表明,导弹的脱靶量均小于1m,落角接近-90°,满足制导精度和末端落角约束条件。     

基于同步辐射的快速扫描X射线微束荧光成像方法

在上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)上, 基于EPICS软件平台, 集成运动控制, 光强探测, 荧光探测等功能, 实现了"飞行"模式 (on-the-fly) X射线扫描微束荧光成像方法. 用"飞行"扫描X射线荧光成像法获得了标准镍网, 以及微量元素Cu, Zn,K, Fe在样品老鼠脾内的分布图像, 结果显示该方法不但在速度上有了极大的提高, 而且获得的元素分布图像具有高质量. 关键词： 快速扫描X射线微束荧光成像 同步辐射 微量元素分布     

基于DSP的机器人末端力控制系统设计

工业机器人的运动分为自由运动和受力约束运动两种不同的运动类型。受力约束运动不仅要进行精确的位置控制,而且要对接触力进行精确控制。文章对机械臂的末端力控制系统进行了研究。采用了高精度电动滑台作为力控制系统的执行机构,在电动滑台末端增加了柔性单元,从而克服了系统柔性不足的缺点,并且依据Lyapunov稳定性理论确定系统的二阶参数,使用Narendra提出的稳定自适应设计方法构建了电动滑台的数学模型。对机械臂末端柔顺系统的系统设计及算法进行了研究,消除了外界噪声对系统的干扰,解决了力控制的基本控制策略问题,优化了力控制时系统的响应特性。