水下滑翔机器人控制系统设计与控制算法研究

水下滑翔机器人是近年来出现的一种新型的自主式水下机器人，它们独特的驱动方式决定了其大航程，低功耗、低成本、低噪声等特点，这样就使其将会在海洋监测、军事等方面有越来越广泛的应用。这种新型水下机器人在一些技术上与传统的水下机器人存在共同之处。但是，水下滑翔机器人的推进和航行方式与传统的水下机器人是截然不同的，从而造成控制、航行规划和导航等关键技术不同。因此，对水下滑翔机器人的研究工作就显得格外重要。 本文以水下滑翔机器人样机功能实现为目的，对水下滑翔机器人的控制系统软、硬件进行设计并实现。 首先简要介绍了水下滑翔机器人的系统组成，包括外形结构、内部组成与总体配置，结合水下滑翔机器人自身特点，简要介绍了其运动控制方式。 以作者工作为基础，介绍了水下滑翔机器人控制系统软、硬件的设计与实现。采用基于PC104嵌入式计算机的数字控制方案进行水下控制系统的硬件设计与系统配置；在QNX操作系统下用C语言编写控制系统软件，它是以主进程为主线，在主进程中开辟不同子进程，各进程并行处理任务的水下系统软件。按不同功能实现分为不同的功能模块，每个功能模块用不同的子进程实现。 针对水下滑翔机器人的运动控制系统和其运动控制指标，设计了俯仰、横滚和航向三个自由度的闭环控制方案，采用带死区PID的控制方法。为了验证所设计控制系统和控制方案的正确性和有效性，分别进行了野外开环运动控制试验和水池闭环控制试验，并针对实验中发现的问题进行了原因分析。 实际实验结果表明，本文设计的控制系统能够正常工作；所设计控制器的控制效果也能够令人满意，控制系统和控制方法的设计与实现是正确而且有效的。

浮力调节系统在远程AUV上的应用研究

本论文在参阅大量国内外文献的基础上，对远程AUV浮力调节系统进行了结构设计与控制方法的研究。 随着AUV技术的发展，流线型AUV应用浮力调节系统的需求越来越高，尤其对于远程航行，浮力调节和姿态调节变的尤为重要。水下机器人的浮力调节在远程AUV中的应用，将使机器人在水中的浮力随时保持零浮力状态，节约了航行中的动力消耗，而且可以调整机器人的姿态，减少水的阻力，为机器人更好的航行提供保障。 本文列举了几种典型的AUV浮力调节方法，并对其浮力调节的方式和特点进行了一定的描述。通过对这些浮力调节方法的探讨，提出了远程AUV的浮力调节方式。文中详细地介绍了此种调节方法，以远程AUV系统的的特性及其对浮力调节和姿态控制的要求，应用PID控制策略，对远程AUV设计了一个浮力调节系统。本系统选用油作为工作介质。通过向四个皮囊抽油或注油来改变排水量，从而调节浮力来改变载体的浮力、横倾和纵倾。 以远程AUV的动力学模型为对象，采用该调节方法进行了仿真验证，在matlab下仿真了浮力调节装置在远程AUV中的应用，包括浮力调节，横滚和纵倾角度的调节。结果表明在载体不同的超载或者压载不足的情况下，系统都可以取得满意的调节效果。 利用水下机器人中心的实验平台，设计了一套浮力调节装置，并在实验平台上进行了验证。通过水池实验验证了我们的想法，水下机器人的浮力状况能够得到很好的调节，能够达到预期的目标。

CAN总线及USB技术在路桥收费系统中的应用研究

本文以中国科学院沈阳自动化研究所自动化装备研究室的项目——路桥收费系统为背景。首先阐述了路桥收费系统的组成结构，重点讨论了传统的收费控制子系统的构成和功能。然后在深入分析原有系统不足的基础上，本文提出了采用CAN总线技术和USB接口技术来构建一种全新的收费控制子系统的方法。并对这种方法进行了深入的研究，设计并实现了组成系统所需的核心器件，构成了原型系统，对系统的可行性进行了验证。 CAN总线是目前在中小型测控系统中应用非常广泛的总线之一，它非常适用于收费控制子系统中。USB接口技术是近几年来兴起的新型接口技术，它为外围设备与计算机的连接提供了一种方便、快捷的方法。在我们的系统中以基于USB的新型CAN适配卡代替了以往普通的CAN适配卡，为控制计算机联入CAN网开拓了新思路。 本文详细地阐述了系统中核心器件RS232/CAN、CAN/USB协议转换卡的设计与实现及原型系统的构建和测试方法。主要内容分为系统硬件的设计与实现、系统软件的设计与实现和测试系统的设计与调试三部分。具体包括了核心器件的设计原理、电子元器件的选择、电路原理图的设计、PCB板的制作、硬件的焊接与调试及协议转换卡的固件设计、驱动程序设计、上位机测试程序设计。最后利用所设计的软硬件构建了原型系统并进行了测试。

基于DSP的烟支重量控制系统的研究与开发

目前，烟草科技发展的一个重要方向是在改造进口烟机控制设备的基础上，实现烟机核心控制技术的自主知识产权，同时利用当前最新的软件技术和硬件技术不断提高烟机控制技术的发展，促进我国烟机的自动化水平。 本文依托于中科院沈阳自动化研究所自动化装备研究室的项目——PASSIM卷接机组改造。烟支的重量控制是卷接机组决定烟支质量的关键部分，鉴于旧式的PASSIM卷接机组的重量控制系统MAID-N存在着以下不足：没有紧头跟踪功能，体积很大，接口关系复杂，数据传输效率低，电路维修率高，精度较低。因此对重量控制系统的改造采用DSP芯片作为整个系统的核心处理器，缩小了系统体积，提高了系统运行速度和控制精度。基于DSP的烟支重量控制系统实时采集烟支重量信号、计算烟支重量、坏烟剔除，同时还增加了紧头跟踪控制功能。 本文首先介绍了烟支重量控制系统的原理，包括重量控制信号的产生，影响重量控制精度的因素和烟支重量信号的梳理分析。接着介绍了DSP技术，着重于其在烟支重量控制系统中的应用和系统设计中用到的DSP芯片TMS320F2812的结构和外设资源。然后介绍了系统设计流程，包括硬件和软件部分的设计。硬件电路主要是输入信号的滤波处理电路和电机执行部分的硬件设计。软件部分的设计包括基于F2812的AD模块实现过采样算法，烟支重量控制算法实现，紧头跟踪算法设计。软件部分还介绍了系统的通讯设计。最后对新系统在现场运行的情况进行了数据采集，分析表明系统控制精度满足要求。

汽车变速箱性能试验台控制系统设计与实现

在变速箱的柔性装配线中，变速箱性能试验台是其中最为核心的设备。本系统是针对目前变速箱性能试验台的自动化程度不高而设计开发的，它具有控制灵活，操作简单的特点。这为变速箱的精确性能测试提供了可靠的保证，而且本系统对其他检测设备的设计也具有一定的借鉴意义。 传统的变速箱性能试验台的设计方案存在着测试项目少、机械结构复杂，传动效率低，能量损耗大，转矩不易控制、工作可靠性差等缺点，无法满足现代变速箱行业的发展需求。针对此种状况，在理论分析的基础上，我们设计了本套方案，该试验台具有结构简单，节能效果好的特点，是一套理想的选择方案。 本文首先从整体上介绍了系统的整体设计方案，我们采用了以PLC为核心，以组态软件为人机界面的上、下位计算机控制系统的设计方案。并详细描述了硬件设备的组成。从理论上证明了以直流电动机模拟发动机的可行性及优点，然后介绍了不同工况下用直流电动机模拟汽车负载的方法。详细论述了各个传感器的选择依据并对PLC的选择进行了分析。最后阐述系统软件的设计与实现，整个系统的软件分为PLC控制软件和上位机的组态软件。PLC软件主要实现系统的控制功能，它由主程序、模拟量的采集处理子程序、故障判断子程序、运行状态监控子程序和液压系统控制子程序构成。上位组态软件共有试验型号、数据处理、系统控制和数据库管理4个部分组成，主要实现屏幕显示、参数编辑和曲线绘制等功能，曲线的绘制采用了最小二乘法的曲线拟合方法。

装配制造执行系统计划调度研究及仿真

摘 要 随着全球市场竞争更加激烈，上层计划管理系统（MRPII/ERP）受市场影响越来越大，计划的适应性问题愈来愈突出，明显感到计划跟不上变化。因此，解决生产计划的适应性以及增加底层生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，已经成为一个重要的研究课题。制造执行系统（MES），作为上层计划和底层控制的桥梁，能够通过传递信息，使得从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化。依赖准确的数据对工厂活动进行指导、启动、响应和报告。车间级计划与调度管理系统是整个（MES）系统的核心技术，是现代生产管理的关键问题之一。 本文结合陕西法士特齿轮有限公司装配制造执行系统的研究和开发，对装配生产线多品种变批量调度问题进行了深入的研究，给出了不同类型产品装配调度算法，及面向装配制造企业调度优化模型和变批量调度问题的算法。以先进的MES管理理念为依托，设计和开发齿轮装配线制造执行系统。并通过仿真软件对装配生产线进行仿真，进行初步资源优化。这些研究具有重要的理论意义和实用价值。 首先，本文阐述了MES产生及发展，分析了制造执行系统研究现状，并对装配制造车间计划调度优化问题研究。提出面向装配制造系统生产调度模型，给出了变批量生产调度问题的启发式算法。 其次，提出了装配制造执行系统功能模型。结合装配生产线的特点，针对装配车间管理，设计符合企业生产线运作与管理的制造执行系统，分析该系统的总体结构模型，并具体阐述了计划和调度模块设计的具体步骤，以及对一些问题的处理方法。并设计实现了齿轮MES的核心功能。 最后，讨论了计算机仿真技术在制造企业车间中的应用发展，以eM-Plant为平台，开发了装配生产线数字化仿真系统，并对装配车间生产线的资源优化设计作了分析，提出适合实际生产的策略。