基于改进CORDIC算法的正余弦编码器信号细分技术

为了获取更精确的电机位置等实时反馈信息,提高数控系统等闭环控制系统的反馈精度,主要设计了基于改进坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的正余弦编码器高分辨率信号处理方法.首先通过信号调理电路对编码器信号进行差分放大和整形滤波等处理;然后四倍频计数得到粗码信息,并通过基于改进CORDIC算法的电子学细分方法获得精插补位置信息;最后,将粗码和精码信息整合,得到高分辨率和高精度的电机角位置信息.实验结果显示,与算法优化改进前相比,该方法信号测量误差明显减少,精度较高.     

基于隧道磁阻效应的反正切转速测量方法

针对传统转速测试系统精度低、温度稳定性差、测量范围窄等问题,提出一种基于隧道磁电阻(TMR)效应的高性能转速测试系统.在没有误差校正的情况下实现了0.19°的位置检测精度,已经达到了工程应用中常见的2000线编码器精度.本方法在被测转轴上布置磁栅环,利用具有高分辨率高频响特性的隧道磁电阻传感器对磁栅微弱磁场变化进行检测,得出频率随转速变化的正余弦信号.实验分别采用定时测角法、定角测时法和反正切法计算转速,结果表明3种算法中反正切算法检测精度最高,可达1.25％,更适合于隧道磁阻转速测量系统.     

一种CORDIC算法的FPGA实现

CORDIC算法是实现快速精确的正、余弦函数计算的主要方法,在工程实际中有着广泛应用.在研究正、余弦函数运算的CORDIC算法简单状态机实现和高速全流水处理机实现的基础上,提出了一种单精度浮点数正、余弦函数运算的优化实现方案,并在ALTERA公司的FPGA上实现.结果表明,相比较单精度浮点数正、余弦函数运算的CORDIC算法简单状态机实现,该实现方案不仅计算速度快,而且硬件资源消耗增加少,达到了单精度浮点数正、余弦函数运算硬件实现上速度与资源占用的平衡.     

融合改进天牛须和正余弦的双重搜索优化算法

针对标准正余弦优化算法在搜索时存在的计算精度低、容易陷入局部最优值等缺点,借鉴天牛须算法运算简单、搜索速度较快的特点,本文提出了一种融合改进天牛须和正余弦的双重搜索优化算法(BAS-SCA).首先,在现有标准正余弦算法基础上,引入动态自适应权重机制来平衡全局搜索和局部搜索,提升收敛速度;其次,提出了一种新的转换参数模型,该参数模型通过结合指数型函数和余弦函数来替换传统的线性衰减函数;最后,为了提升正余弦的搜索精度和速度,同时尽可能跳出局部最优解,提出了改进的天牛须搜索算法,引入动态步长搜索机制将固定步长搜索改为变步长搜索,创新性地将改进的天牛须算法与改进的正余弦算法进行融合实现双重搜索优化,有效避免局部极值问题.实验表明,通过14个标准测试函数验证,所提双重搜索优化算法BAS-SCA相较于其它现有优化算法,具有更高的寻优精度和更快的收敛速度.     

基于精英混沌搜索策略的交替正余弦算法

正余弦算法是一种新的基于种群的随机寻优方法,利用正余弦函数使解震荡性地趋于全局最优解,其线性调整策略及较弱的局部搜索能力严重地影响了算法的性能.为了提高正弦余弦算法的计算精度,提出基于精英混沌搜索策略的交替正余弦算法.新算法采用基于对数曲线的非线性调整策略修改控制参数,利用精英个体的混沌搜索策略增强算法的开发能力,并将基于该策略的正余弦算法与反向学习算法交替执行增强算法的探索能力,降低算法的时间复杂度,提高算法的收敛速度.对23个基准测试函数进行仿真实验,与改进的正余弦算法以及最新的基于启发式的算法进行比较,深入的参数实验分析以及比较结果验证了所提出算法的有效性,统计分析证实了所提出算法的优越性.     

钢环反射式光栅编码器在转台伺服系统中的应用

在使用望远镜转台伺服控制系统中,精确检测转台位置和速度对实现恒星,卫星稳定跟踪非常重要,常规的增量式编码器难以满足跟踪精度要求.鉴于此,选用一种高精度的钢环反射式光栅编码器(RESM20USA413),且与ARM处理器的接口电路简单,对编码器输出信号进行了光学细分,滤波处理,并对系统进行了跟踪测试.实验结果表明:采用RESM20USA413作为直驱转台伺服系统的编码器,方位,俯仰轴的跟踪精度均在5″以下,满足系统的跟踪要求.     

基于查找表和SF CORDIC的高精度正余弦函数求值方法

常用查找表法和CORDIC算法在FPGA上实现正余弦函数求值.查找表法实现简单,输出延迟小,但随着计算精度的提高,存储资源需求呈指数增长;传统的CORDIC方法硬件资源消耗大,且输出时延长.论文提出一种新方法,将查找表和SF-CORDIC算法相结合,以查表所得中间向量为迭代初始向量,对剩余旋转角应用SF-CORDIC算法,迭代系数取0或1,减少了x、y通路的计算开销和舍入误差;并对z通路使用加减交替法提前生成剩余旋转角,以减少每级流水线的延迟.所需查找表的地址位数和迭代次数分别较常规查表法和CORDIC算法减少一半左右.基于FPGA完成了算法的设计、仿真与误差分析,结果表明该方法可利用较少的硬件资源和存储资源实现较高精度和较低时延的正余弦函数求值.     

麦克劳林级数法求取光电编码器转子位置算法

由于制作工艺使得光栅线数受到限制,增量式光电编码器每转一周输出的脉冲数量有限,已无法满足高精度伺服系统的控制性能要求.根据正余弦编码器输出的正弦信号,将一个周期分为八个小区间,继而根据麦克劳林近似公式,提出反向数据拟合方法直接拟合出正弦信号对应的相位值,进一步得到转子的精确位置,使得计算精度高、运行速度快,解决了电机极低速运行时角度精度低的问题.搭建了实际电路及测试平台,得到了与理论分析相一致的效果.     

基于正余弦优化算子和Levy飞行机制的和声搜索算法

针对基本和声搜索（Harmony search, HS）算法收敛速度较慢、易陷入局部最优和计算精度不高的缺点,结合正余弦优化算子、Levy飞行机制和参数动态调整策略,提出一种改进的和声搜索算法。该算法在即兴创作阶段,首先引入正余弦优化算子和微调带宽相结合的方式对和声向量进行微调操作,充分利用最优个体和当前个体的位置信息,提高算法的计算精度和收敛速度;再采用Levy飞行机制对微调带宽进行更新,避免算法陷入局部最优,提高全局搜索能力;在算法迭代过程中,对和声记忆库存储概率、基音微调概率和搜索域进行自适应动态调整,以进一步提高算法收敛性能。在10个基准函数上进行性能对比试验的结果表明,本文提出的算法具有较强的全局搜索能力,较快的收敛速度和较高的计算精度。     

基于FPGA的STA-CORDIC算法在SCME中的应用

鉴于SCME(演进型空间信道建模)过程中,基于CORDIC算法定点嵌套正余弦函数处理的重要性及其结果精度、资源消耗和延时时间之间的博弈性,提出了STA-CORDIC算法,即在传统CORDIC算法结构之外增加算法精度与迭代次数、定点比特数之间多参量误差统计分析模块,之后基于Xilinx公司Virtex-6芯片做算法FPGA实现。通过TD-LTE射频一致性测试仪表SCME模块的应用,验证了算法结果能够较好地解决上述计算精度和处理速度的最优化折中问题。     

一种永磁同步电机转子初始位置检测方法

电梯曳引机控制需要实时获取转子的机械角度,而常用的增量式编码器在首次清零信号到来前不能提供准确的转子位置信息,从而可能导致闭环控制失败;因此,转子的初始位置检测成为曳引机控制中必须解决的问题,传统的检测方法计算复杂,且定位过程中易造成转子堵转或摄动,不利于电梯系统的舒适性;为此,提出了一种利用正弦波增量式编码器的换向信号计算转子初始位置的方法,设计并实现了编码器换向信号的调理电路,研究了利用两路换向信号解算转子的初始位置信息的算法,并研发了相应的软件模块;实现了当转子保持静止时初始位置的高精度检测,满足电梯平稳启动的需求;实验结果表明,该方法不依赖电机的数学模型,运算量小,且具有较高的检测精度和通用性。     

轮履式焊接机器人十字滑块位置信号检测技术

焊接机器人的控制精度是决定焊接质量的关键因素，提高检测精度是提高控制精度的主要途径。增量式光电编码器是一种广泛应用于位置检测的传感器。针对提高增量式光电码盘位置检测的精度，详细分析了对光电码盘输出信号四倍频及判向处理的原理，并给出了相应的的电路和计数电路，实现了轮履式机器人系统闭环控制。实验结果表明该电路具有简单、可靠、精度高的特点。     

Sinusoidal model based on instantaneous frequency attractors

We propose a sinusoidal synthesis method based on instantaneous frequency (IF) attractors, which correspond to harmonic frequency trajectories. The algorithm is novel in extracting accurate sinusoidal components. Since the continuity of IF attractors is well-defined and simple to detect, the IF attractors can be extracted from audio signals without any explicit constraint or complicated algorithm; therefore, they can be directly applied to sinusoidal synthesis. Accuracy of IF attractor analysis can be further improved by time-warping analysis, which improves resolution for harmonic components whose frequencies that change rapidly. We describe the procedure for sinusoidal synthesis and precise phase estimation along with examples and also evaluate the effect of time-warping on analysis and synthesis of speech.     

Adaptive digital demodulation of sinusoidal encoder signal for positioning control of spiral servo track writing

An adaptive digital demodulation method for a sinusoidal encoder signal is proposed for fast and accurate analysis of spiral servo track writing (SSTW). The proposed methods combine adaptive signal correction and digital interpolation. In addition, digital phase-shifted sinusoid (PSS) interpolation is proposed in order to acquire precise position information. The adaptive signal correction method compensates for a fast-motion non-ideal encoder signal. The digital PSS can be simply implemented and can resolve the switching noise of conventional analog methods. The proposed adaptive digital demodulation scheme can be simply digitalized and can improve the position control in SSTW. From the simulation and experimental results, we have validated the proposed methods, which show noticeable improvement in terms of the Lissajous error and the position error signal.     

基于机器视觉的编码器光栅装配偏心调整技术

编码器光栅装配的过程中, 光栅实际回转中心与编码器主体轴的回转中心很难重合, 这样会影响编码器的输出信号的精度。为了解决编码器光栅与主轴的偏心问题, 提出一种基于机器视觉的光栅偏心自动调整系统。对光栅表面图像进行分析处理, 对边界跟踪提取及基于Hough变换圆弧检测等算法进行研究。根据光栅装配要求搭建了偏心计算系统的硬件系统。对光栅图像进行预处理及形态学操作, 在分析提取光栅基圆部分圆弧边界的基础上, 通过Hough变换的圆弧检测原理还原出光栅基圆并标定其圆心。介绍了系统通过多幅光栅基圆圆心拟合回转圆, 确定光栅偏心位置。实验结果表明, 基于机器视觉的编码器光栅偏心计算方法成功计算出光栅与主轴的偏心位置, 为光栅偏心调节奠定了基础。采用光栅偏心计算系统在编码器光栅的装配作业中具有很好的可行性。     

A cycle regression analysis algorithm for extracting cycles from time-series data

A cycle regression analysis algorithm for extracting cycles from time-series data is introduced and compared against the periodogram method. Results indicate that cycle regression analysis is superior to the periodogram method. The algorithm permits the simultaneous estimation of all parameters, instead of one cycle at a time, and does not require equally spaced data. Cycle regression analysis appears to be particularly well suited to any time-series data which contain sinusoidal cycles that are related in an additive manner.     

一种面向识别的无监督特征学习算法

特征抽取是图像识别的关键环节,准确的特征表达能够产生更准确的分类效果。采用软阈值编码器和正交匹配追踪(OMP)算法正交化视觉词典的方法,以提高单级计算结构的识别率,并进一步构造两级计算结构,获取图像更准确的特征,以提高图像的识别率。实验表明,采用软阈值编码器和OMP算法能提高单级计算结构提取特征的能力,提高大样本数据集中图像的识别率。两级计算结构能够提高自选数据集中图像的识别率。采用OMP算法能提高VOC2012数据中图像的识别率。在自选数据集上,两级计算结构优于单级计算结构,与NIN结构相比表现出优势,与卷积神经网络CNN相当,说明两级计算结构在自选数据集上有很好的适应性。     

一种基于PLC控制的步进电机防失步运行策略

从步进电机运行过程中的失步分析入手,提出了一种防止失步的对策：步进电机半闭环控制系统,给出了系统设计时,编码器的选择方法与选用原则,以及位置比较算法策略与软件控制逻辑。     

基于GRU自编码器的船舶航线提取

船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)数据中蕴含着大量的船舶行为相关信息,从中提取出有效的航线,在海事监管、船只勘查等方面具有广泛应用。本文提出一种基于GRU自编码器(gate recuurent unit auto-encoder,GRU-AE)的船舶航线提取方法,首先采用GRU编码器将原始轨迹数据编码为统一格式的深度特征信息,其次利用DBSCAN (density-based spatial clustering of applications with noise)算法对深度特征信息进行聚类,最后将深度特征类簇中心通过解码器反演生成相应的船舶航线,从而实现在海量AIS数据中挖掘船舶轨迹规律。以波士顿港口为例,分析一年时间内10万多条AIS的船舶航行数据,实验表明本方法可对不同长度轨迹数据进行聚类及其航线提取,并可支撑船舶轨迹异常检测、路径规划、位置预测等研究,具有较好的应用适应性。