基于循环抑制CPG模型的蛇形机器人控制器

依据生物利用中央模式发生器(Central pattern generator,CPG)的自激行为产生有节律的协调运动适应多种环境,基于循环抑制CPG建模理论设计了蛇形机器人CPG控制器模型,分析了单个神经元、循环抑制CPG以及该控制器模型的稳定性,并把该控制器应用到一个结合蛇形机器人“勘查者-Ⅰ”动力学特性的仿真模型,得到了实现蜿蜒运动的CPG控制器参数,进而研究了调节S波个数、身体构形曲率、蜿蜒运动速度以及运动轨迹曲率的CPG控制器参数设定策略。此外,“勘查者-Ⅰ”应用该CPG控制器的输出成功实现了蜿蜒运动。该研究结果为设计人工CPG控制器提供了一个可行的方法。     

仿生六足机器人机构设计及控制方法研究

机器人足部与壁面间的粘附能力及其运动控制策略是爬壁机器人能够在处于不同倾斜度的壁面上爬行的关键技术。模仿甲虫足部钩刺对抓的特征及尺蠖蠕动爬行运动特性设计了一种可灵活转向的仿生六足爬行机器人机构。该机器人采用CPG(central pattern generator)仿生控制方法实现其在粗糙壁面上的任意方向的运动,并且通过超声波传感器的反馈信号能够实现避障功能。机器人足部采用对抓设计提高了爬行稳定性,同时CPG控制方法简单、新颖。基于Matlab软件建立了CPG控制网络,并结合反馈信号实时调节网络输出。在Webots移动机器人仿真环境下完成了机器人建模,CPG控制器程序编写,通过动态仿真验证了六足机器人机构和控制方法的合理性,机器人爬行速度约2.7 cm/s。     

双足机器人CPG控制研究

根据动物运动机制,提出了基于中枢模式发生器（central pattern generator,CPG）的双足机器人运动控制方法;采用Kimura神经元振荡器模型设计了双足机器人的CPG控制网络架构,分别用于控制双足机器人的髋关节、膝关节和踝关节。通过Matlab仿真和实体实验,验证了所设计的机器人CPG网络架构及双足机器人CPG控制方法的可行性和有效性。     

基于FPGA的模拟视频采集控制器的研究与实现

针对目前单处理芯片图像采集实时性不高和FPGA中的毛刺等问题,文中提出了一种基于FPGA的模拟视频采集控制器的解决方案.该设计将图像采集功能区从主控芯片中分离出来,利用处理速度占优势的FPGA实现图像采集,减小了对主控芯片的资源占用.同时该控制器采用模块化设计,通过对程序设计的优化,使控制器能够区别奇偶场数据,将一帧图像顺序的存入SRAM中.在控制器的输出端采用D触发器构成数据缓冲器,用于调节数据的同步输出,有效减少了毛刺信号的产生.实验结果表明该设计工作稳定、能够提高图像处理系统的实时性,具有良好的模拟视频采集效果.     

基于中枢神经模式的四足机器人步态控制

为实现四足机器人稳定的节律性行走,研究基于中枢神经模式发生器(Central pattern generator,CPG)的比例步态控制方式。构建互抑神经元组成的振荡器模型,并基于振荡器模型组建四足机器人髋关节CPG网络。通过仿真研究得到模型各参数与CPG网络输出特性之间的关系,确定一套整定后CPG网络的模型参数,提出四足机器人比例步态,通过CPG模型阈值的调整可实现不同占空比的步态。对基于CPG网络的步态反射特性进行分析。试验表明,该方法可实现稳定的四足机器人行走,且具备一定的障碍物反射能力,具有较好的环境适应性。     

基于CPG的四足机器人全方位行走控制研究

针对四足机器人全方位运动控制问题,设计了中枢模式发生器(CPG)运动控制模型。利用正弦函数构建CPG的振荡网络模型,实现了四足机器人稳定的节律直线行走、斜线和转弯行走。通过ADAMS仿真和实验,验证CPG全方位运动控制模型的可行性。     

基于FPGA的六自由度运动平台数字PID控制器的研究

介绍了一种基于FPGA的六自由度运动平台的数字PID控制器,把原来六路模拟PID控制器用一片FPGA实现,并保留计算机对其参数进行整定的灵活性.由于把PID算法用数字硬件电路单独实现,使其此模拟PID控制器及单片机程序实现数字PID控制器具有更高的可靠性和抗干扰能力,且具有极高的运算速度.该控制器在Altera公司专用印A软件Quartus II中通过了功能仿真.     

基于FPGA的CAN总线通信节点设计

以FPGA代替传统的单片机和外围扩展芯片,给出了CAN总线通信节点的详细设计方案.其中以SJA1000为CAN总线控制器、FPGA为主控制器,设计实现通信节点的硬件接口电路.基于对CAN总线控制器的功能分析,并应用Verilog语言进行软件设计,从而实现CAN节点之间的通信功能.     

基于FPGA/SOPC的预测控制器设计与实现

针对模型预测控制在微型设备及嵌入式系统应用中的实时性问题,从硬件实现控制算法的角度研究了基于FPGA(field programmable gate array)的预测控制器的设计和实现。采用基于Nios II嵌入式软核处理器的FPGA/SOPC(system on pro-grammable chip,可编程片上系统)方案,在FPGA芯片上构建SOPC系统,设计SOPC的硬件及软件系统,实现了基于FPGA的预测控制器;建立了基于FPGA和dSPACE系统的实时仿真平台,并进行了控制器实时仿真实验。实时仿真实验验证了基于FPGA的预测控制器的功能及实时性。实验结果表明基于FPGA的预测控制器提高了算法的实时性,并具有微型化等特性,能满足新应用的需求。     

基于CPG的仿人机器人运动控制方法及研究进展

对基于CPG的仿人机器人运动控制方法的仿生学基础及控制原理、特性进行了阐述,并从控制模型、控制体系、参数调节、与其它控制器的联合几个方面对该方法的研究进展进行了分析和总结,对其发展趋势进行了展望.     

基于FPGA的模糊自整定PID控制器的研究

提出了一种基于VHDL描述、FPGA实现的模糊自整定PID控制器设计方法。首先，借助Matlab系统仿真工具，优化得出模糊自整定PID参数的模糊推理规则和控制器算法结构。然后，进行控制器的VHDL分层设汁，作为单一控制器芯片，重点编程实现和时序仿真：模糊逻辑推理、模糊自整定PID算法、数据缓存和I／O接口控制。最后，在一个具体的FPGA芯片上实现该控制器，并在此基础上进行系统实验。实验结果表明：FPGA作为单一控制器实现模糊自整定PID控制编程规范、时序验证方便、系统修改灵活，且基本无须改动硬件，是实现单片或小系统智能控制策略的一种新的有效途径。     

基于FPGA的气动柔性手指的神经网络控制器设计

研究了气动柔性手指智能控制策略的硬件实现，设计了气动柔性手指的神经网络控制器。气动柔性手指神经网络控制器是在已经对气动柔性手指进行运动学和动力学分析的前提下，使用MATLAB对神经网络进行试训，依据训练所得的权值和阈值，在现场可编程门阵列集成环境下，基于超高速集成电路硬件描述语言完成的。该控制器适用于具有复杂智能控制策略且对实时性要求高的多手指控制系统。     

基于结构改进Smith预估单神经元PSD的长时延NCS研究

针对长时延网络控制系统（NCS）中存在时延和被控对象等问题,提出了一种新型结构改进Smith预估单神经元PSD控制器.新型控制器由结构改进Smith预估器和单神经元PSD控制器组成,结构改进Smith预估器通过对传统Smith预估器模型结构上的改进,避免了建立网络时延的预估模型,无需对网络时延进行在线测量、估计或辨识,补偿了网络时延对系统的性能带来的影响;单神经元PSD控制器解决了结构改进Smith预估器的模型失配问题,通过Matlab环境下的TrueTime工具箱对NCS进行仿真实验,并对传统PID控制方法、结构改进Smith预估PID控制方法和结构改进Smith预估单神经元PSD控制方法进行了仿真比较.研究结果表明,该新型控制器有效地补偿了网络时延对NCS的性能带来的影响,在模型失配情况下具有良好的鲁棒性和适应性,是对长时延NCS-种可行且有效的控制方法.     

基于FPGA和USB2.0的高速数据采集系统

介绍一种由FPGA和EZ - USB FX2系列芯片CY7C68013搭建的基于USB2.O接口的高速数据采集系统,FPGA作为主控制器对A/D转换芯片及USB接口芯片进行控制,从而实现高速采样.设计了FPGA对A/D转换芯片ADS2807的控制与对USB从属FIFO写操作的实现.测试结果表明该系统具有数据传输准确、速度快等特点,系统所能达到稳定的最高传输速度为20M B/s,小巧、便携的设计特别适用于移动的作业现场.     

基于PCI总线的电子内窥镜数字图像的实时采集和显示

介绍了一种基于PCI总线的电子内窥镜图像实时采集和显示系统的实现，主要讨论了该系统的实现原理、硬件结构、软件设计和采用FPGA实现传输控制的设计。系统采用AMCC S5933作为PCI总线控制器，FPGA进行传输控制，图像采集频率可达33MHz，有效地解决了图像数据的实时传输和存储，为内窥镜图像信号的实时处理提供了方便。     

基于FPGA的模糊控制自动垂直泊车系统设计

设计了一种基于FPGA的模糊控制自动垂直泊车系统,结合垂直泊车的实际情况、自动泊车系统的组成搭建了基于FPGA的PID模糊控制自动垂直泊车系统的硬件结构,采用超声波传感器采集周围环境数据,应用 PID模糊控制器对采集的信息进行分析处理.经测试,设计的系统在模型车航向角-34°~34°内,能够实现自主无碰撞泊车,达到了预期效果.     

Multi-axis motion controller for robotic applications implemented on an FPGA

This paper presents the design of a field-programmable gate array (FPGA)-based motion controller for robotic applications. In contrast to digital signal processor and microprocessor implementations, the control period of this system is fixed. Foregoing implementations on FPGA require microprocessor-based platforms for data interchange tasks consuming a large amount of resources; consequently, they could not be implemented on low logic density devices, or they use IP cores which limits the implementation of the system to only certain device families. This new motion controller architecture integrates control and communication modules in a single chip which permits an increase to the number of axis according to the system requirements. The proposed design presents a low consumption of logic resources; therefore, a considerable cost saving per axis is achieved. The system test has been carried out with a three-degree of freedom selective compliant assembly robot arm robot and a standard PC as master device. The digital filter parameters have been tuned by using a crossover frequency method. Step and profiled motion responses obtained show very good performance.     

基于Linux的嵌入式间歇染色机控制器研究

针对传统间歇式染色机控制器的人机界面不友好、控制功能单一、联网功能不足等缺点,提出了基于嵌入式技术的染色机控制器方案.该方案以嵌入式Linux作为控制器的操作系统,选用ARM芯片作为组合式控制器的CPU,并根据控制柜要求设计了外围电路,采用QT设计了控制器界面并实现了触摸屏显示.现场运行结果表明,该控制器在人机界面、控...     

基于FPGA的EVA手套力学测试外骨骼手的控制系统

介绍了基于FPGA的EVA(舱外活动)手套力学特性测试外骨骼手的低端控制系统。该系统采用FPGA为主控制器,接收上位机DSP的控制指令,通过对码盘信号的采集和处理读取实时的电机转速和位置信号,从而实现对直流电机的速度闭环控制。由于使用了FPGA,并嵌入了NIOS处理器,使系统变得非常灵活、稳定和高效。     

基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器实现磁悬浮飞轮主动振动控制

为了抑制磁悬浮飞轮的振动,分析了磁悬浮飞轮的振动源.针对磁悬浮飞轮最主要的振动源-不平衡振动,给出了一种基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器的磁悬浮飞轮主动振动控制实现方案.介绍了所采用的主动振动控制方法、数字控制器的硬件组成和功能原理,并讨论了DSP中主动振动控制算法的实现和FPGA中多任务管理及外设控制等.实验结果显示,采用本方法进行主动振动控制后,磁悬浮飞轮的不平衡振动衰减至3.2%,表明本实现方案对飞轮转子不平衡振动取得了很好的抑制效果,对于增加磁悬浮飞轮姿态控制的稳定性,提高对地观测分辨率具有重要意义与应用价值.