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基于ARM和ucosⅲ的回路控制器研究与设计

第32届中国控制与决策会议

作者： Liu Shangyang Dong Zhekang Lin Huipin Gao Mingyu Electronic information College Hangzhou Dianzi University Key Laboratory of Equipment Electronics Research Hangzhou University of Electronic Science and Technology College of Electrical Engineering Zhejiang University

This paper proposes a design scheme of engraving machine motion control system based on STM32 and ucosⅲ. Specifically, the system takes embedded processor STM32 F407 ZGT6 as the control core. During trajectory planning, sine acceleration is utilized for linear interpolation and chord length approximation for arc interpolation. And the system realizes human-computer information interaction and state information feedback of engraving machine through CAN bus. The system uses embedded operating system to improve the real-time performance of the system. Particularly, the multi-task processing mechanism of ucosⅲ makes the motion control of engraving machine more smoothly and the response of the system is obviously improved, compared with the conventional implementations（without operating system）. The experimental results demonstrate that the motion control system of the engraving machine has the advantages of low cost, high reliability, as well as the certain engineering application value.

关键词： STM32 ucosⅲ Sine acceleration Linear interpolation Arc interpolation

来源： cnki会议评论

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基于ARM和uCOSⅢ的回路控制器研究与设计

作者：程震晨陕西科技大学

学位级别：硕士

计算机技术、微电子技术以及通信技术的发展与成熟促使测控技术朝着智能化和网络化的方向前行。与此同时,各个应用领域对于仪表控制效果和整体性能要求不断提高,使得测控仪表的功能趋于完善,性能大幅提升。在过去的几十年间,各类检测与... 详细信息

计算机技术、微电子技术以及通信技术的发展与成熟促使测控技术朝着智能化和网络化的方向前行。与此同时,各个应用领域对于仪表控制效果和整体性能要求不断提高,使得测控仪表的功能趋于完善,性能大幅提升。在过去的几十年间,各类检测与控制仪表经历了多次革新,在实际应用中持续发挥重要作用。回路控制器作为一种通用型控制仪表,应运而生并与时俱进,广泛应用于温度、压力等控制场合,其性能对测控系统整体表现发挥重要作用。然而,传统的回路控制器在控制算法的性能、人机交互和数据通信的完备性等方面存在不足,研究新型高性能回路控制器具有现实意义和应用前景。课题在介绍回路控制器发展历程和研究现状的基础上,分析了其发展趋势。借助相关仿真工具,课题研究了回路控制器的常规PID控制算法,并结合模糊智能控制理论,给出了参数自适应模糊PID算法。课题还着重研究了基于ARM和ucosⅲ的新型回路控制器设计方法,给出了详细的软硬件设计方案。此外,针对人机交互和数据通信性能的提升,课题研究了GUI图形库STemWin和轻量级TCP/IP协议LwIP在回路控制器设计中的移植与应用。课题的主要工作总结如下。（1）回路控制器控制算法研究。研究PID算法和模糊智能控制的原理,并分析两者的特点与不足;结合MATLAB/Simulink仿真分析,研究参数自适应模糊PID算法原理,构建相应的控制器和控制系统仿真模型,对比常规PID分析其控制效果和性能。（2）回路控制器的硬件设计。以ARM微控制器STM32F407为硬件设计基础,制定整体设计方案,模块化设计CPU最小系统、数据采集、控制量输出、人机交互、数据存储和数据通信等相关模块电路。（3）回路控制器的软件设计。层次化设计回路控制器软件,移植嵌入式实时操作系统ucosⅲ;设计相关底层硬件的驱动程序;结合STemWin和LwIP等中间件,设计回路控制、数据通信和人机交互等应用层任务。（4）回路控制器的实验测试。搭建基于水质氨氮检测系统的实验平台,将回路控制器应用于该系统相关环节的辅助控制,从而测试相关模块功能,检验其控制效果和整体性能。课题旨在研究回路控制器的控制算法及其改进,并基于ARM微控制器和u COSⅢ实时操作系统设计新型回路控制器,以提高仪表整体性能,从而适应复杂的控制对象和日益提高的控制品质要求。相关仿真和实验测试表明,该回路控制器的控制算法性能得到提升,其人机交互和数据通信等方面的性能也有所改进。

关键词：回路控制器模糊PID ARM ucosⅲ 人机交互 LwIP协议

基于ucosⅲ的嵌入式无线照片采集系统设计

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科学技术创新 2021年第2期 171-172页

作者：夏祥祥菏泽学院机电工程学院山东菏泽274015

针对传统基于单片机裸机的照片采集系统实时性不强、使用体验效果差的问题,设计一种搭载实时操作系统的嵌入式无线照片采集系统。本设计以STM32为核心,搭载ucosⅲ实时操作系统和STemWin图形用户界面,辅以摄像头、TF卡、TFTLCD、WIFI等... 详细信息

针对传统基于单片机裸机的照片采集系统实时性不强、使用体验效果差的问题,设计一种搭载实时操作系统的嵌入式无线照片采集系统。本设计以STM32为核心,搭载ucosⅲ实时操作系统和STemWin图形用户界面,辅以摄像头、TF卡、TFTLCD、WIFI等必要模块,完成照片的拍摄、存储、显示、远传等功能,利用手机或者PAD进行接收。系统的实时性得到明显改善,适用于银行、政务大厅等交互式照片采集场合。

关键词：照片采集嵌入式 ucosⅲ WIFI

体积脉动注塑机泵控激振控制系统优化设计与应用

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体积脉动注塑机泵控激振控制系统优化设计与应用

作者：李钰华南理工大学

学位级别：硕士

体积脉动注塑成型技术在注塑成型全过程中引入振动力场,将传统稳态剪切流变支配的加工方法转变为振动剪切流变支配的加工方式,有利于降低熔体黏度、缩短充模时间、增加模腔压力、降低能源消耗、改善机械性能等。其中针对泵控激振式脉动... 详细信息

体积脉动注塑成型技术在注塑成型全过程中引入振动力场,将传统稳态剪切流变支配的加工方法转变为振动剪切流变支配的加工方式,有利于降低熔体黏度、缩短充模时间、增加模腔压力、降低能源消耗、改善机械性能等。其中针对泵控激振式脉动注塑机,其动力来源为伺服泵,引入振动力场的方式是通过对驱动伺服泵的压力和流量信号进行加振,以此将传统稳态注塑成型转变为体积脉动注塑成型。然而,实际应用中通常采用方波作为激振控制信号,而方波在高低电平转换时会出现阶跃,这将导致伺服电机超调,从而对注塑机液压系统产生冲击、影响注塑机寿命。因此,在保持振动力场对制品性能改善的前提下,优化激振信号以降低对注塑机液压系统的冲击成为必要措施。本文的主要研究内容如下:(1)为了探究不同激振信号对充模阶段注塑机液压系统压力与螺杆运动速度的影响,建立了充模阶段螺杆动力学及运动控制模型。对比分析了液压系统压力与螺杆速度在稳态信号与方波激振信号下的运动响应,验证了模型的正确性。进而以方波为基础进行改进,在上升与下降沿引入S型曲线速度规划算法,设计出合成波形激振信号(Synthetic-Excitation-Waveform,SEW),仿真结果表明改进后的SEW控制信号能够降低脉动注塑过程中对液压系统的冲击;(2)为了能够产生所需的SEW信号,开发了激振信号控制器。根据需求设计了核心模块电路、RS485通讯接口电路、数字输入电路、信号衰减电路、信号放大电路、触摸屏接口电路以及电源电路,并根据原理图设计了PCB电路板。控制器软件部分以ucosⅲ操作系统为基础辅以em Win图形库为用户界面开发平台,编写了信号发生任务、信号采集任务、Modbus通讯任务以及触摸屏任务程序代码;(3)在实验现场,将激振信号控制器与注塑机进行了协同测试,验证了所设计的控制器能够满足设计要求。控制器能够生成正弦波、方波、合成波形激振控制信号且波形的频率和幅值均可调。经过实验测试证明了在SEW信号下制备的试样力学性能与方波信号相似,且在体积脉动注塑过程中有效降低了液压系统受到的冲击力,这为优化体积脉动注塑过程提供了一种有效的控制策略。

关键词：动态注塑液压激振 Simulink STM32 ucosⅲ

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分油机模拟控制面板智能化设计

分油机模拟控制面板智能化设计

作者：黄小松大连海事大学

学位级别：硕士

轮机模拟器作为一种船员培训设备已经在航海类高校和船员培训机构广泛的使用。使用轮机模拟器进行船员培训可以避免实船培训费用高、耗时长和危险度高的缺点,然而作为国内最具有代表性的DMS系列轮机模拟器的分油机模拟器依然采用落后于... 详细信息

轮机模拟器作为一种船员培训设备已经在航海类高校和船员培训机构广泛的使用。使用轮机模拟器进行船员培训可以避免实船培训费用高、耗时长和危险度高的缺点,然而作为国内最具有代表性的DMS系列轮机模拟器的分油机模拟器依然采用落后于船舶市场的EPC50控制器作为仿真对象。并且分油机模拟控制面板没有在应用编程功能,使得后续的维护和升级非常繁琐,常常需要专业人员到达现场。分油机模拟器是船舶轮机模拟器的重要组成部分,对船员培训和教学都有着重要的作用。针对以上问题,本文以Cortex-M3架构的STM32F103RCT6嵌入式微处理器为主控MCU,以嵌入式ucosⅲ操作系统为软件设计平台,以ALFALFA公司的EPC60分油机控制器为方针对象设计了智能化的分油机模拟控制面板。本课题主要完成船舶分油机模拟控制面板软硬件设计,并采用C#语言编写了基于以太网的远程在应用编程软件。分油机模拟控制面板的硬件电路原理图和PCB布局布线均在Altium Designer 14中完成。根据分油机模拟控制面板的功能要求,硬件电路设计主要包括以太网通信、液晶显示、LED指示灯显示和按键输入等。分油机模拟控制面板嵌入式软件均采用C语言在KEIL平台上编译下载到STM32单片机中运行。为了实现在应用编程功能,本文在实现了分油机模拟控制面板功能的APP程序后还编写了用于烧写APP程序的bootloader程序。采用C#语言编写了基于windows平台的上位机程序下载软件,用于通过以太网向STM32烧写程序,实现分油机模拟控制面板的智能化设计。上位机下载软件还可以通过自己搭建的web服务器自动下载最新程序到本地或者自动向设置的分油机模拟控制面板烧写最新程序。分油机模拟控制面板智能化设计课题实现了对ALFALFA最新分油机控制器EPC60的模拟仿真,对分油机模拟器设计具有一定的推动作用;并且实现了基于互联网的在应用编程功能,对整个轮机模拟器的自动更新研究和集群化管理设计都有一定的参考意义。

关键词：分油机模拟器 EPC60 ucosⅲ 以太网在应用编程

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激光雨滴谱仪自动检测系统设计

激光雨滴谱仪自动检测系统设计

作者：戴学飞南京信息工程大学

学位级别：硕士

目前国内气象局选用的是光学雨滴谱仪探测雨滴谱做各种天气现象的研究,雨滴谱的研究反映了降水的微观物理过程,有利于揭示云层的降水机制[1]。所以探测雨滴谱的仪器标定具有重要的意义。但是光学雨滴谱仪的实验室标定一直缺乏有效的方法... 详细信息

目前国内气象局选用的是光学雨滴谱仪探测雨滴谱做各种天气现象的研究,雨滴谱的研究反映了降水的微观物理过程,有利于揭示云层的降水机制[1]。所以探测雨滴谱的仪器标定具有重要的意义。但是光学雨滴谱仪的实验室标定一直缺乏有效的方法,本文针对传统用于检定翻斗雨量计的标准仪器并不能对光学雨滴谱仪进行检测标定的问题,以及国外采用与雨滴性质相近的玻璃球让其自由落体的方法来模拟降水粒子,但是却不好精确控制其下落速度的问题,设计了一款激光雨滴谱仪自动检测系统。通过上位机输入一组指定参数,检测系统进行自动检测判定激光雨滴谱仪测量的要素指标是否合格,并且最终以数据报表的形式显示在上位机界面上。系统通过可控速度的圆盘调节模拟粒子速度,同时设计测速模块对圆盘实时转速测量,实现闭环控制,以及在圆盘上贴有不同直径大小的贴片来模拟粒子大小的方法,达到了可以精确模拟降水粒子的尺度大小和可控下降速度的要求,可以检验光学雨滴谱仪检验降水粒子速度与尺度的效果。检测系统以32位的ARM微处理器STM32为控制核心,以嵌入式实时操作系统ucosⅲ为软件平台,在KEIL5环境下用C语言进行系统下位机程序设计,并且在VS2012的编译环境下用C#语言进行上位机程序的设计。系统通过具体工程测试验证,表明各项性能和功能指标均基本达到最初的设计要求,成功的设计出一款激光雨滴谱仪自动检测系统。为激光雨滴谱仪探测性能的衡量和标定提供了方法和设备,同时自动化测量的实现大大节约了人力。

关键词：雨滴谱仪自动检测 STM32 ucosⅲ C#

水陆两栖车辆运行姿态及重心实时监测系统开发

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水陆两栖车辆运行姿态及重心实时监测系统开发

作者：杨柏年华中科技大学

学位级别：硕士

水陆两栖车作为现代军事两栖作战的重要装备,其运行姿态及重心实时监测功能是水陆两栖车驾驶员安全驾驶的必要保障,是水陆两栖车测控系统开发中非常重要的环节,对水陆两栖车正常行驶、驾驶员安全驾驶具有重大的意义。本文以水陆两栖车... 详细信息

水陆两栖车作为现代军事两栖作战的重要装备,其运行姿态及重心实时监测功能是水陆两栖车驾驶员安全驾驶的必要保障,是水陆两栖车测控系统开发中非常重要的环节,对水陆两栖车正常行驶、驾驶员安全驾驶具有重大的意义。本文以水陆两栖车运行姿态及重心实时监测系统为研究对象,基于车辆姿态测量理论、信号滤波理论及车辆重心测量理论,对两栖车车体姿态及重心实时在线测量功能模块进行研究开发。同时,基于ucosⅲ实时操作系统对系统软件框架进行了整体设计。为进一步研究车体姿态测量算法与重心测量算法的准确性及稳定性,本文基于数值仿真方法,分别建立了姿态测量数值模型和重心测量数值模型,开展相关模拟仿真工作。对比分析了四种姿态测量算法及其在角速度干扰、磁场强度干扰及加速度干扰外界等不同程度外界干扰条件下的准确性与稳定性。研究结果表明,采用数据融合算法的姿态测量算法更能适应复杂真实工况,其准确性更高、抗干扰能力更强。在两种数据融合算法中,自适应均方根容积式卡尔曼滤波算法的准确性及稳定性表现最佳,能较好反映车辆实际姿态信息。此外,通过对比发现,磁场干扰对姿态测量算法的性能影响最大。重心测量仿真模拟结果表明,重心测量算法能够准确测量出车辆实时重心位置,其结果准确合理。基于上述研究工作,进一步搭建了实验小车及实验赛道等基本实验条件,对姿态测量算法在实际复杂多变路况下的性能开展实验测试。实验结果表明,基于自适应均方根容积式卡尔曼滤波算法求解的姿态信息准确性、稳定性较好,能够满足车载运行环境下的车辆姿态监测功能要求。本文针对水陆两栖车运行姿态及重心实时监测系统所开展的研究工作,对实现我国军用两栖设备的现代化、智能化具有重要参考意义。

关键词：水陆两栖车姿态解算重心解算 ucosⅲ 控制系统

基于嵌入式和设备云平台的家庭植物工厂系统设计

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基于嵌入式和设备云平台的家庭植物工厂系统设计

作者：程峥天津工业大学

学位级别：硕士

随着大型植物工厂研究的深入,家庭植物工厂受到人们越来越多的关注,在日本、荷兰、美国等农业技术发达的国家己经进入了产业化阶段。目前我国研发的家庭植物工厂系统,多选用PLC作为核心控制器,成本相对较高,并采用PID算法进行控制,控制... 详细信息

随着大型植物工厂研究的深入,家庭植物工厂受到人们越来越多的关注,在日本、荷兰、美国等农业技术发达的国家己经进入了产业化阶段。目前我国研发的家庭植物工厂系统,多选用PLC作为核心控制器,成本相对较高,并采用PID算法进行控制,控制效果往往不理想;在营养液循环过程中,会出现有害微生物和植物自毒物质,依靠现有技术往往净化不彻底;物联网技术衍生出的设备云平台技术应用到其中的实例也很少,这些问题都急需改进。本文通过对现有的家庭植物工厂系统进行分析,结合嵌入式技术、无线通信技术、设备云平台技术、LED光源技术、智能控制技术,设计并开发了一种基于嵌入式和设备云平台的家庭植物工厂系统,具体的工作内容如下:1.对家庭植物工厂内的环境因子、营养液因子、营养液净化技术的特点进行分析,将深紫外LED技术应用到营养液净化领域,制定了控制系统功能、算法、工作方式并设计了家庭植物工厂结构。2.对数据粗大误差剔除和传感器数据融合的常用算法进行分析,确定了使用狄克松准则和卡尔曼滤波相结合的传感器数据融合方案,能够有效提高传感器模块的测量精度,为输出控制设备的协调工作提供依据。3.根据光照强度、温度、湿度、营养液温度等因素会影响植物正常生长发育所需的CO2浓度,设计了一个四输入单输出的多因素模糊控制系统,使CO2浓度始终保持在适合植物正常生长发育的范围内。4.根据控制系统功能要求,选择STM32F103ZET6作为核心处理器,在此基础上完成传感器模块、LCD人机交互模块、数据存储模块、WiFi通信模块、LED模组和LED驱动模块、电机驱动模块、继电器模块的电路设计,并且证明了本设计的合理性和可靠性。5.为满足系统实时性的要求,移植ucosIII嵌入式实时操作系统进行软件程序编写;移植EmWin进行了LCD人机交互模块程序开发;通过WiFi模块接入机智云云平台,并基于机智云提供的SDK包以及Android开源框架开发了一款Android APP,实现了对家庭植物工厂的远程操控。整体测试结果表明,系统各项性能均达到了设计要求,具有较高的可靠性,而且成本较低,满足实际应用的需求。对于降低家庭植物工厂生产成本,使智能化的家庭植物工厂进入千家万户具有重要作用。

关键词：家庭植物工厂 ucosⅲ 设备云平台模糊控制深紫外LED

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基于STM32的双通道压电点胶阀控制系统

电脑知识与技术 2019年第6Z期15卷 286-287,291页

作者：杨少波孙先松长江大学电子信息学院

压电点胶阀对点胶量和胶点的一致性控制有着巨大优势,本文主要对压电阀的控制系统做出了详细研究。主控芯片采用STM32F103ZET6,嵌入式实时系统采用ucosⅲ。本系统能对压电阀控制参数做出精确设置,以使本系统能够在不同的场合下使用,如:... 详细信息

压电点胶阀对点胶量和胶点的一致性控制有着巨大优势,本文主要对压电阀的控制系统做出了详细研究。主控芯片采用STM32F103ZET6,嵌入式实时系统采用ucosⅲ。本系统能对压电阀控制参数做出精确设置,以使本系统能够在不同的场合下使用,如:上升时间、开阀时间、下降时间、闭阀时间和撞击力度等参数。本系统主要通过一对互补带死区的PWM波来对压电阀做出精确控制,控制精度可以达到1us。

关键词： STM32 嵌入式系统 ucosⅲ ARM PWM