步进模式数控系统插补算法的研究及实现

针对传统的单片机控制数控系统的缺陷,提出了基于步进模式的数控系统新的插补算法。算法分为前期数据预处理、DSP插补运算、数据下载、单片机动作实现等步骤;通过搭建基于DSP和单片机的多CPU结构的运动控制卡实验平台和设计上位机软件对算法进行了验证。在多CPU运动控制卡实验平台和数控铣床上完成了实验,实验表明新的算法能够有效地解决传统数控系统加工过程不流畅、加工效率不高、噪声大等问题。该算法为今后基于单片机、FPGA等数控系统的设计提供了参考。     

基于周期分割的复合式倍频器设计方法

本文通过将基于周期分割的时钟倍频方法和ADPLL方法结合起来,将ADPLL中的鉴相和滤波方法引入到周期分割方法中,通过修改误差补偿算法,提高了周期分割的误差精度,实现了复合的时钟倍频电路设计方法,进行了基于硬件描述语言的电路设计,并完成仿真验证.理论分析和实验表明,该方法比原有方法有较大的改进.     

周期域分析中的信号周期算法

本文在提出一种非同步取样数据同步化处理的新设想之后,重点讨论了同步化中首先需要的信号周期的求解方法,并根据非同步取样的特点,对其进行了深入的分析。结果表明这种周期算法对各种仿真波形都具有较高的计算精度,这将为研究新的同步化方法打下了良好的基础。     

基于深度神经网络的轴承状态监测研究

为提高轴承状态监测的准确性和实时性,研究了基于卷积神经网络和GPU运算的轴承状态识别模型。利用振动信号监测轴承性能状态,应用连续小波变换算法对振动信号进行时频变换得到小波系数云图,通过基于卷积神经网络的深度学习方法进行数据驱动的特征学习,卷积和子采样计算提取具有旋转和尺寸不变性的特征向量,最后全连接层对特征向量进行状态识别。采用基于CUDA(Computer Unified Device Architecture)框架的CPU+GPU异构并行运算对计算模型加速,提高系统的实时性。为验证提出算法的有效性,采集轴承全寿命周期振动信号,运用提出的CPU+GPU计算方法和CPU计算方法分别对轴承运行状态进行识别实验。实验结果表明,所提出的方法,计算速度是CPU计算速度的5倍以上。     

基于混合编程技术的交通量预测系统的研究

为提高交能量预测系统的开发效率,研究一种基于B/S结构,结合MATLAB和ASP.NET混合编程技术的交通量预测系统。系统将采集的实时交通量数据存放到数据库中,客户端利用MAT-LAB工具箱进行数据的读取和运算以实现交通量预测,通过ASP.NET技术实现运算结果在交通量预测系统窗口上的显示。系统运行结果表明,基于MATLAB和ASP.NET混合编程技术的交通量预测系统有效缩短了软件开发的周期和难度,系统运行稳定,具有良好的预测结果。     

基于SoC的多轴驱控一体化平台设计

随着FPGA技术和电力电机技术的发展,FPGA+ARM的集成方式已经成为FPGA的发展方向.针对一体化多轴运动控制与驱动的特点,选用了集成双核ARM CPU与FPGA结合的Xilinx Zynq-7020全可编程System-on-chip(SoC)作为硬件平台,一个ARM CPU完成多轴的位置环、速度环和电流环的算法以及多轴轨迹生成,能同时完成伺服高级算法如谐振等,另一个ARM CPU完成交互功能,发挥FPGA高速运算的功能,完成6轴电流环流水线控制以及双采样双更新电流环算法.提高了系统整体带宽,实现多轴ns级同步精度以实现更精确的位置轨迹,驱控一体内部数据通过共享内存以及高速内部总线的方式进行交换,其传输速度更快、传输信息更加丰富.     

基于图形处理器的实数FFT在图像处理中的应用

对常用的实数快速傅里叶变换(FFT)算法进行改进,在此基础上提出基于图形处理器(GPU)平台的实数FFT算法.常用的实数FFT算法比传统的复数FFT算法的运算量降低了约40%,文中提出的实数FFT算法的运算量能减少到复数FFT算法的50%.通过对存储数据的特殊配置,改进后的实数FFT算法能由一维拓展到二维,并通过调用CUFFT库的一维复数FFT函数,实现实数FFT算法的并行运算.实验中通过维纳滤波算法的应用,对实数FFT算法的精确度及效率进行检验.图像处理效果表明,文中实数FFT算法是正确、可行的,可以帮助维纳滤波算法在19.26 ms内恢复一帧2 048×2 048灰度模糊图像,该速度是在GPU上使用复数FFT维纳滤波的2.34倍,是在CPU上使用实数FFT维纳滤波的37.46倍.实验表明文中算法具有一定的实用价值.     

自适应光学系统波前处理算法的优化

考虑自适应光学系统对波前处理计算量和实时性的要求,对原有基于块运算的波前处理算法进行了改进和优化,提出了一种自适应光学系统波前处理算法.该算法基于重复利用核心模块的方式完成波前斜率计算,利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算.在像素时钟的同步下,完成整个波前处理运算,给出促动器所需的促动量.采用一片Virtex-4 LX80现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理芯片进行了实验,结果表明该算法对于同样规模的自适应光学系统可降低约为50％的硬件资源,提高了系统的波前处理规模;与原算法帧同步结束后有338 μs的计算延时相比,本文提出的算法可在帧同步结束前完成整个波前处理的运算,提高了自适应光学系统的控制带宽.利用改进后的算法在原系统上进行了室内的光源校正实验,取得了很好的效果.     

主成分分析算法的 FPGA 实现

主成分分析(PAC)是一种典型的数据降维方法,它通过对数据矩阵的特征分析,将高维数据降为低维数据,而且转换后数据包含的信息损失很小.提出了一种主成分分析算法的 FPGA 实现方案,通过 Givens 算法和 CORDIC 算法的矢量旋转,用简单的移位和加法操作来实现协方差矩阵的特征分析,只需计算上三角元素,因此计算复杂度小、迭代收敛速度快;系统对结构相同但不同时处理数据的模块进行复用,节省了资源;在计算协方差矩阵和线性空间投影时对数据并行处理,所以系统时钟频率不受数据维数变化的影响.实验数据表明,该系统能实现对不同维数数据的主成分分析,时钟频率稳定,占用资源少.     

微计算机在仪器仪表中的应用

一、概述微型计算机在使用中用来完成下述任务:科学运算、各种管理(企业管理、财务管理、人事档案管理等)、工业控制及仪表的智能化等。虽然在使用上有所区别,但每种使用计算机都需要从外界获取数据,然后对数据进行处理(也就是数据计算),最后将处理的结果送到外界去。微型计算机中的微处理器(即CPU)是计算机进行数据处理的中心,亦即需要进行处理的数据由外界(CPU之外)送入CPU,     

基于单神经元的网络同步补偿算法研究

如何在大温度变化环境中保证同步系统的高精度同步，已经成为高精度同步面临的主要课题。本文基于IEEE 1588高精度时间同步方式对该课题进行了研究，对IEEE 1588同步方式和实际系统中存在的问题进行了剖析。根据分析结果，针对工厂现场环境中存在的大温度变化情况，提出了采用单神经元插值拟合算法对温度的影响进行补偿，并在大温度变化环境中，对采用不同补偿方式和不采用补偿的设备进行了同步精度测试。测试结果表明，采用单神经元插值拟合算法可以快速有效地补偿温度变化对同步系统产生的漂移，高精度的时间同步。     

基于IEEE1588LXI仪器系统时钟同步的分析和研究

在LXIA类和B类仪器系统中,要求时钟同步精度达到亚微秒级。为了满足这个同步精度,文章对IEEE1588精密时钟同步机制和算法进行了研究,分析了LXI仪器系统中影响同步的因素,提出了采用本地时钟晶振补偿和PI控制算法,在MAC层荻取时间戳并进行完善的方法,提高了同步精度,满足了LXIA类和B类仪器对时钟同步的要求。     

Real-time synchronization method based on dual ring fieldbus in CNC system

As the popularization of dual ring fieldbus, the optimized dual ring synchronization methods are still in short. The current synchronization methods are generally established in traditional industrial fieldbus, in which transmission is commonly considered in single track, the two-way transmitting cannot take full effect, and would result in unwanted idle load on equipment lines. In stamp-transferring part, the synchronizing algorithm is not properly processed to diminish the latency, so the real-time performance of entire system cannot be ensured. To support the synchronization control of stations in the CNC system, a real-time time synchronization method for dual ring fieldbus in the CNC system is designed in this paper. In this method a synchronizing message transmission scheme based on dual ring architecture and the synchronization algorithm between master and secondary stations are integrated. In the scheme, the clock models of both master and secondary stations are optimized with corresponding modules and the stamp data transmission based on the dual ring fieldbus is devised exclusively, so the transmitting efficiency improves with less idle work. In the algorithm, all the secondary stations can accomplish the consistent state with master station by updating clock discrepancy information in one communication cycle, and it takes the advantage of two-way transmitting and makes the best use of dual ring structure, so the real-time performance of the system can be promoted while retaining the precision of synchronization. To evaluate the performance, the costs of the method and errors during synchronizing are noted and analyzed based on the actual running environment in the industrial fieldbus. The results show that it reduces communication cost and ensures the smoothness of the system with low lag effects under heavy load. The proposed time synchronization method optimizes the architecture of sync message transmission in dual ring fieldbus, and improves the efficiency of time synchronization in the stations of CNC system.     

基于环形补偿参数曲线插补算法

对于数控加工中参数曲线的加工,提出了一种新的插补算法,该算法利用泰勒展开对曲线方程进行重构,引入误差补偿思想,对插补过程中产生的误差反复补偿,从而满足目标要求,通过仿真和实际切削实验,表明该算法简单实用、通用性强、算法精度高,能够保证参数曲线的光滑性,有利于提高参数曲线加工质量和加工效率.     

基于Bresenham算法的直线脉冲增量插补方法

文章提出采用Bresenham算法进行空间直线脉冲增量插补的方法，给出了理论分析和计算方法，并用具体实例分析了计算误差，算法效率和插补速度。分析计算结果表明：提出的直线脉冲量增插补算法具有较高的效率和精度，适有于中高精度，以步进电动机为执行元件的数控系统。     

环形密封整体流动模型流场解的改进

提出了零阶摄动解的一个改进算法。用通过解析延拓加上周期性条件的三次样条方法取代复快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换方法求周向梯度,用递推关系式算法取代解线性代数方程组。改进算法提高了计算效率,保证了计算准确度。此外,在收敛到零阶出口压力边界条件时,构造了较易收敛的减缩修正方法。     

TTCAN的时间同步分析

对基于时间触发的通讯协议TTCAN的耐间同步策略进行了阐述,提出群组内部同步算法的数学模型,并对其同步精度进行了分析。     

计算机图形处理器加速的光学航空影像正射校正

提出了计算机图形处理器(GPU)加速的光学航空影像正射校正并行算法,以满足获取光学航空影像对实时性的要求并提高对海量影像数据在CPU上串行正射校正的效率。介绍了光学影像正射校正算法原理以及正射校正算法的并行化处理。为减少GPU执行的计算负载,引入"有效像素区域"概念,设计了改进的GPU并行校正算法。通过配置选择以及存储器访问优化进一步提高了算法的执行效率。最后,分析了GPU并行算法的精度,并验证了噪声干扰对算法的影响。实验结果表明,优化的改进GPU并行算法显著提高了正射校正的速度,影像大小为5 000×5 000时,加速比最高可达CPU串行算法的223倍以上。虽然GPU单精度计算和噪声干扰会使影像校正精度有所下降,但尚在误差允许范围之内。该算法能够快速实现光学航空影像的正射校正,校正后的影像满足实际应用需要。     

不可靠WSN时钟同步网络化输出反馈MPC量化分析

在Cyber-Physical环境下,时钟同步双向信息交换过程中,包含时钟信息的数据包丢失将对时钟同步性能产生影响。讨论了现代控制理论状态空间模型的输出反馈Tubes-MPC时钟同步方法。由分离原理,设计了本地化的状态估计器与控制器,实现了输出反馈Tubes-MPC时钟同步的指数稳定。以不完全量测下的观测模型为基础,定量分析了统计意义下的同步误差方差上界与下界,并采用MPC中Set-Theory-in-Control方法,将完全量测下的干扰误差集合运算于由丢包所引入的附加的估计误差集合,建立了集合约束下的模型预测优化模型。已构建的统一框架下的输出反馈Tubes-MPC时钟同步系统化方法,综合考量了控制理论在线计算复杂度与网络控制观点应用的可行性,对无线网络的不可靠性、网络规模、收敛性能具有鲁棒性,进一步容易扩展为网络级绝对时钟状态空间模型。     

基于透明传输的数控系统时钟同步算法

为实现线性或环形数控系统中所有节点间的精确时钟同步,解决时钟中继层数增加后节点同步精度无法满足数控系统节点间微秒级同步精度要求的问题,在网络时间协议算法实现点对点同步的基础上,引入时钟中继节点透明传输算法对同步消息进行固定时间缓存,降低了时钟中继节点晶振偏差对其他节点同步精度的影响,减少了所有节点多次同步过程中的偏差累积。通过理论分析和实验系统验证,表明该方法可有效降低同步偏差抖动,提高数控系统时钟同步的精度。