装配与检测生产线监控系统的分析与设计

自动化装配与检测技术是先进制造技术的一个重要组成部分，广泛应用于电子、电气、机械、汽车以及其他高科技行业，是提高生产效率，提高产品质量，保证产品质量稳定性、减轻工人劳动强度、提升企业市场竞争能力的重要手段。装配与检测生产线监控系统采用计算机进行数据采集、数据分析和数据处理，从而达到生产监控管理功能。本文主要针对装配与检测自动化生产线的监控系统并侧重质量监控系统进行了研究、设计和实现。 本论文主要从设备与产品质量监控的理论分析、功能模块设计和监控系统实现三个方面对装配与检测生产线监控系统进行研究。 对设备的监控主要包括设备操作流程提示、操作失误提示、生产线类型设置、故障信息提示、安全提示、调度管理和数据管理。设备监控系统硬件结构由管理层、监控层和设备层三层结构组成，本文对这三层结构的功能及特点分别进行了分析。装配与检测生产线监控系统对产品质量监控理论分为两个部分：一是统计过程控制；二是测量系统分析。统计过程控制通过分析生产过程中产品的参数对装配与检测生产线的故障进行实时监控，并且对评价生产线质量能力的过程能力指数进行监控。测量系统分析通过对生产线中各测量传感器和测量仪器的测量数据进行分析，评价各测量设备的误差是否符合生产要求。 论文通过实际项目研究分析，总结出实现该类监控系统的基本模块，并实现了其中的四个模块，即数据采集模块、数据库系统模块、质量监控模块、人机界面模块。数据采集模块设计了四种与底层设备通讯的方式：串口、OPC、调用ActiveX控件和DDE。数据库系统模块完成数据的存储查询、图表的存储和查询、测试数据的存储与查询。质量监控模块设计了统计过程控制子模块、测量系统分析重复性与再现性子模块。人机界面模块提供了开发流程图的方法。 论文的最后以两个实际项目为背景，应用本论文对设备和产品质量监控的理论分析和开发的基本功能模块来快速地开发具有设备和质量监控功能的装配与检测生产线监控系统。

基于CAN总线的全数字伺服驱动系统的研究

本论文以创新课题“家用服务机器人的研究开发”为背景，对全数字电机伺服驱动系统进行了深入的研究，在此基础上提出了伺服驱动系统的总体设计方案，参与了硬件系统各子模块的设计与调试，完成了软件伺服控制，最终实现了基于CAN总线的全数字伺服驱动系统。论文结合开发的上位机测试软件进行了实验研究，取得了比较理想的实验结果。 本文以该系统为平台，对伺服驱动系统中的难点和热点问题进行了研究，针对这些问题，提出了以下系统设计和实现的新方法和新思路： 1. 将数字信号处理器DSP和现场总线CAN应用到伺服驱动系统中，采用CANopen通讯协议进行信息传输，保证了通讯功能的可靠性； 2. 在电机转速测量中，提出了一种高性能的自适应转速测量算法，与常用的算法相比，提出的算法可以在提高转速测量的准确性的同时，提高系统的响应时间； 3. 在电流测量中，应用巴特沃斯滤波器对电流信号进行滤波，以消除电流采样中的干扰，同时使用Smith预估器消除系统延时产生的影响； 4. 在电机控制算法的研究上，引进了参数模糊自整定PI控制器，该方法实现了高品质的动态和静态性能； 5. 将S/T曲线速度规划的思想引入全数字伺服驱动系统中，通过提高速度的平滑性，特别是高速启、制动状态，来提高伺服系统的整体控制性能。针对DSP芯片定点运算的限制，本文提出了一种余码补偿方案。 本论文理论与实际相结合，以自主研发的服务机器人为平台，对提出的方法进行了实验检验，实验的结果表明本文设计的软、硬件结构合理，控制精度高，响应快，可以满足生产使用的需求。

基于PowerPC的高端信号处理系统研究

大运算量的科学计算以及高速实时信号处理靠传统的单处理机系统已无法完成，必须通过并行处理技术实现，特别是新一代的雷达信号处理系统功能强且结构和信号处理方式都很复杂，对实时性、运算精度、动态范围和数据吞吐量提出了更高要求，采用每秒几十亿至几百亿次浮点运算速度的大规模实时并行处理系统势在必行。 本论文对高端信号处理系统进行了较为深入的研究，在此基础上设计并实现了基于PowerPC的信号处理系统，以该系统为平台，研究了系统设计中的难点和热点问题，并提出了一些实现信号处理系统中关键技术的新方法。 通过对信号处理系统结构的研究，本文提出了基于SMP-Cluster架构的总体设计方案，设计并实现了SMP架构的PowerPC信号处理节点板，符合PICMG 2.16标准的千兆以网交换板，千兆高速背板和机箱管理模块。对信号处理硬件系统进行了设计、焊接、组装和调试；设计、编写了信号处理中的相关软件系统；移植了实时操作系统，编写了底层驱动。 本文在系统的研究开发过程中，对其中的关键技术运用了一些有一定创新性的设计和实现方法： 1、针对雷达信号处理特点，提出了基于SMP-Cluster架构信号处理系统，使系统扩展性和并行性大大提高； 2、采用PowerPC作为信号处理器，相比DSP，数据吞吐量、处理速度有一定的提高； 3、采用仿真分析方法，结合Cadence PCB工具，解决了高速背板的信号完整性和电源完整性等问题，使背板工作频率能达到3.125G； 4、采用机箱智能管理和热切换，来加强系统的可靠性、机箱管理。 实验表明，本论文所设计和实现的系统能满足海量运算需求，具有高可靠性 高冗余性、强扩展性和可管理性。

链式可变形模块化机器人控制系统研究

随着机器人技术的不断发展，机器人的能力不断提高，其应用的领域和范围正在不断扩展。各式各样的机器人正逐步走入各行各业和社会的各个领域，并在其中发挥着越来越重要的作用，特别是在科学考察、军事侦察、灾难救援等对人类来讲极度危险的领域。它所具有的优势越来越受到世界各国普遍关注和重视，日益成为各国的战略必争装备和竞争核心技术。 应用于危险环境的机器人在作业时往往面对极为复杂的非结构环境。传统的机器人受其自身的机械结构限制，一般不能够适应这种多变的地形。具有改变自身构形能力的机器人的出现，解决了这一问题。国外自80年代开始研究可重构机器人。可重构机器人一般是由多个模块组成，通过模块的数量以及相对位置的变化，使机器人形成新的构形。由于这种机器人在变形时要消耗大量的时间，同时需要计算能力较强的控制单元，因此很难应用于实际作业。 本文叙述了灾难救援机器人的研究和发展现状，并提出了一种新颖的用于灾难救援和军事侦察的可变形机器人。该机器人由三模块组成，通过模块间的关节运动改变自身构形。三模块可变形机器人采用了基于CAN总线的集中式控制系统。本文在论述了机器人控制系统的硬件平台构建后，给出了基于此硬件平台的软件实现。 本文在对三模块可变形机器人的变形机理进行分析和计算的基础上，提出了“协同变形法”改善了机器人的变形过程，使其更为合理。通过协同变形实验验证了改进后变形方法的合理性和优越性；通过转弯实验验证了可变形机器人的机动性能；通过整体变形实验和通过性实验验证了控制系统的可行性以及机器人极强的通过能力。变形机器人基于该控制系统能够完成前进、后退、转向以及变形等运动，运动平滑，系统响应迅速。最后，本文对可变形机器人的发展和后继研究工作进行了展望。

微小型爬壁机器人机构与控制方法的研究

近十年来人们对专用爬壁机器人领域的研究越来越感兴趣。如清洗高层建筑、石油气罐的喷漆喷砂、核工业设施的检测维护、援助消防和营救工作以及危险环境的远程监控等都急需一种自动化设备。爬壁机器人, 因其可以吸附墙壁表面和携带适当的传感器或工具，是这些工作的最佳候选。 本文中设计了一种反恐侦察爬壁机器人系统。在反恐侦察中，将微小型爬壁机器人上安装无线摄像头、麦克风等装置，代替侦察人员探测狭小空间内部的敌情，不但能提高侦察的准确度，还能增强安全性，减小人员伤亡。针对这一应用背景，国家863 计划提供资金开展了反恐侦察爬壁机器人样机系统的研制项目。 这种侦察爬壁机器人样机采用了两足式结构和欠驱动机构设计，使得机器人具有灵活的运动能力和多种运动方式。该机器人可以壁面爬行、穿越管道和跨越交叉面。两个有力的吸盘足依靠真空泵抽取吸盘内气体来实现吸附墙面。欠驱动机构减少了电机数量，使得机器人尺寸、重量和功耗都较小，但却对控制增加了挑战。机器人运动学方程被求出，这有助于我们理解其运动机理。 机器人上有无线遥控和无线视频传输系统分别负责接收指令和采集图像信息。针对该爬壁机器人在体积，重量，功耗和速度上的要求，本文提出了以TI公司的TMS320F2812DSP 为控制芯片的嵌入式控制系统的设计方案, 控制器的主要功能是实现多电机实时控制，搭建高效可靠的人机通讯和机器人运动规划。层次较高的操作指令采用有限状态机理论实现跟踪机器人运动状态。 电机的伺服控制，是整个控制系统设计中最基本、最重要的部分。对此本文提出了梯形速度规划和PID 控制策略，经过参数优化，基本达到了控制精度的要求。 最后，通过实验验证了机器人高效的能力，表明侦察爬壁机器人样机系统具备了执行反恐侦察的基本功能。

反恐防暴机器人机构与控制的研究

西方国家早在20世纪60年代就开始采用防暴机器人处理爆炸物。自从9.11事件后，国际社会恐怖活动更是愈演愈烈，许多国家相继对此给予了高度重视。反恐防暴机器人可应用于核工业、军事、燃化、铁路、公安、武警等部门，代替人在危险、恶劣、有害环境中执行探查、排除或销毁爆炸物、消防、抢救人质以及与恐怖分子对抗等任务。本项目依托课题由最初的“危险作业机器人”到现在的“反恐防暴机器人的产业化研究”，由国家“863”计划资金滚动支持。就现有的反恐防暴机器人，存在速度较慢或机动灵活性不强或可靠性不高等不足，现研究出一种新型反恐防暴机器人，目的是在保证适应一定的非结构环境的前提下（适用所有的非结构环境的移动机构设计是不可取的，也是不现实的），提高机器人本体转向性能和移动速度，降低功耗，机构简单化，同时在硬件与软件设计时采取一些相应的措施，提高其在实际应用环境中的可靠性和抗干扰能力。首先，通过对以往反恐防暴机器人在非结构环境中采用的复合移动机构对比分析研究，提出了一种新型的轮-履带-腿复合移动机构，应用在”灵豹”机器人上。它的特色是移动机构继承了“灵蜥”系列反恐防暴机器人轮与履带移动方式自动切换功能，并且针对“灵蜥”系列机器人轮式移动时，四轮滑动转向灵活性不高、功耗大的问题，提出了三轮式移动机构，在狭小移动空间有着广泛的应用。并对该机器人本体做了运动学分析和稳定性分析，论证了该机构的可行性。其次，根据课题项目研究的需要，在控制方面，主要完成了“灵狐”小型反恐防暴机器人的系统构建与功能实现。通过从事“灵蜥”系列机器人项目开发，积累了一些移动机构设计与分析以及控制系统一些问题解决的实际经验，在“灵狐”控制系统设计过程中，由于采用单片机作为微控制单元，因此着重考虑了提高系统可靠性与抗干扰能力。在“灵狐”机器人样机试验中取得了好的效果，均达到预期目标。

移动机器人动作序列器的设计与实现

移动机器人是当前机器人领域的研究重点之一，吸引了许多学者的注意。移动机器人有着巨大的应用潜力。各式各样的机器人开始逐步进入社会各个领域，并在其中发挥着越来越重要的作用，特别是在科技探险、军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险领域，其具有的优势越来越受到各国的重视。 移动机器人的研究涉有到人工知能、控制理论、传感器技术和计算机科学等多门学科。随着移动机器人功能越来越强、复杂度越来越高，对其控制系统的软件体系结构的研究也日益受到重视，并提出了许多不同的体系结构。 论文综述了移动机器人研究和应用的现状，以及移动机器人的几个关键技术。在第二章中给出了单兵可携带移动机器人的硬件平台。第三章，在对已有三种移动机器人软件体系结构分析比较的基础上，设计了针对于特定移动机器人的控制系统结构。该设计主要基于已有三层体系结构，在设计过程中引入了面向对象技术和软件设计模式的思想；在设计其序列层时，采用XML作为序列的描述语言，简化序列层的实现，并提高序列层的可扩展性。在命令（行为）的设计上采用多线程技术，一个命令对应一个线程。序列层通过序列脚本激活或禁止控制层中命令。第四章，说明了系统的实现以及在实现中所使用的软件设计模式。

ARM嵌入式系统在纳米操作系统中的应用研究

近年来，随着微纳米科技的迅速发展，机电产品有望向更微观化、高性能化发展，这将促进材料、制造、电子、生物医学、信息等领域新的科学技术出现，在新的科学技术层次上为可持续发展的理论提供物质和技术保障。微纳米科技最终目标是研究和发现微纳尺度物质所具有的新颖的物理、化学和生物学现象与特性。并以此为基础来设计、制作、组装成新的材料、组件或系统，实现与之相应的特定功能，促进新的科学技术发展与变革，这无疑具有十分重要的科学意义和经济价值。而实现这个目标的使能技术便是微纳米尺度下观测、操作和装配的科学方法与相关的技术和装备，因此开展微纳米操作研究具有特别重要的意义。微纳米操作是微纳米制造科学技术的重要内容之一，使用探针模式的机器人化微纳操作方法，实现在微纳米尺度物体的可控操作，对促进我国微纳米科学技术发展具有特别重要的意义。 目前已有的基于探针的纳米技术装置如SPM (Scanning Probe Microscope)是基于探针模式的纳米观测基本装置。在此基础上研究发展的基于探针的纳米操作已成为纳米科技研究的新领域，是目前世界上各国正在大力开发的前沿研究课题。但目前市场上的SPM等纳米观测设备缺乏驱动控制与信息交互功能和开放界面，限制了用户在此基础上开发纳米操作、装配等功能的能力，因而研究具有信息交互能力的、可进行在线操作控制与宏-微-纳观信息交互的纳米操作监控系统，进而发展成具有自动化/机器人化功能的纳米作业系统队纳米科学技术发展、纳米制造的实现无疑具有重要意义。本论文的科研内容是以面向纳米制造的机器人化系统为研究背景，在自主技术的基础上，开展应用ARM嵌入式系统构成纳米作业系统的实时控制器研究。实时多任务的操作控制系统是纳米作业系统的核心技术，可以实时进行基于探针的传感信息采集、状态反馈控制、形貌观测数据生成、作业运动轨迹生成、位置反馈控制等功能的数据处理与实现。本论文重点介绍以SAMSUNG公司的ARM9处理器芯片S3C2410为嵌入式控制器系统的核心，在移植嵌入式Linux作为操作系统的基础上，开发具有实时数据采集与控制指令、通信功能的人机交互界面。基于ARM的实时控制器的研究为探针模式的纳米观测与操作系统开发提供了关键技术，可以提供开放的AFM系统，促进操作型纳米系统的研究与实现，可以保证纳米观测与操作控制的实时性，可以为纳米作业控制方法提供方便的编程、开发功能。本论文主要研究了面向纳米作业的基于ARM嵌入式实时控制器硬件结构及软件系统的研究与开发过程。首先介绍嵌入式系统的基本概念和特点；其次介绍基于SPM模式的纳米操作系统性能与技术特点；第三，根据纳米作业系统的技术功能要求，详细介绍了具有实时多任务管理功能的硬件系统的设计，重点解决核心板和扩展板各部分功能模块的设计；第四，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发模式及开发过程；最后，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发，主要工作是完成SPM纳米操作系统中的ARM开发平台的功能接口模块的调试及Linux系统下多线程技术在本系统中的应用。本次毕业设计已完成ARM开发平台在整个SPM纳米操作系统中要实现的各个功能模块，结合SPM纳米操作系统的实时性问题，进行了ARM开发平台的系统软件架构分析和利用多线程技术的以太网通信实验，在一定程度上提高了纳米操作系统中的实时性和成像质量。

7000米载人潜水器动力定位系统研究

深海载人潜水器可以运载科学家和工程技术人员，以及各种仪器设备进入深海现场，进行各种海洋资源调查、科学考察和海底调查等作业任务。近十五年来，深海载人潜水器为促进海洋资源调查、海洋生物基因、海洋地质勘探等与海洋相关研究领域的发展作出了显著贡献。未来，深海载人潜水器还将在与海洋相关研究领域，以及海洋资源开发与争夺过程中发挥更加重要的作用。随着海洋高技术的发展，人类对海洋的研究更加深入和精细，在众多作业任务中，将逐渐要求深海载人潜水器具有动力定位能力。精确的动力定位能力，可以有效提高载人潜水器的作业能力和效率，降低操作人员的作业强度。影响深海载人潜水器动力定位系统性能的因素有很多，主要包括状态感知系统的测量精度、作业系统作业过程中产生的扰动、复杂海洋环境产生的复杂外力干扰、以及推进子系统的控制分配和故障容错能力等。 本文以“十五”期间国家863计划重大专项“7000米载人潜水器”为研究背景，结合7000米载人潜水器动力定位能力的实际应用需求，深入研究了7000米载人潜水器动力定位系统，实现高精度、高稳定性的动力定位。重点研究能有效提高7000米载人潜水器水平位置和线速度测量精度的导航方法；研究适合存在复杂外界干扰和自身不确定性条件下，多输入多输出的载人潜水器智能控制方法；研究具有推进器故障容错能力的动态控制分配策略。本文研究内容主要包括： （1） 根据7000米载人潜水器的传感器配置情况，研究基于多普勒速度计程仪和光纤罗经的载人潜水器导航问题。提出基于“当前”加速度统计模型和潜水器运动方程的Kalman Filter导航方法，这种导航方法可以在线准确地估计出多普勒速度计程仪的速度测量偏差比例因子，以及多普勒速度计程仪和光纤罗经间的航向角安装偏差。通过仿真实验和湖上试验数据验证实验，验证了该导航方法的正确性和有效性。 （2） 基于潜水器6自由度空间动力学模型，设计了基于径向基神经网络直接自适应控制策略的7000米载人潜水器动力定位控制器。基于Lyapunov稳定性理论，证明了存在有界外界干扰和有界神经网络逼近误差条件下，7000米载人潜水器控制系统的闭环稳定性。通过7000米载人潜水器动力学模型的仿真实验和水下机器人实验平台的水池实验，进一步验证了该控制系统的正确性、有效性和稳定性。 （3） 提出了采用动态模糊神经网络在线学习算法，解决基于径向基神经网络载人潜水器直接自适应控制方法的网络结构设计困难问题。改进了用于机械手运动控制的动态模糊神经网络在线学习算法的结构学习部分，使其更适用于载人潜水器的控制。基于Lyapunov稳定性理论，证明了基于动态模糊神经网络直接自适应控制策略的载人潜水器控制系统的闭环稳定性，并进行了仿真实验。 （4） 基于推进器配置情况，建立了7000米载人潜水器的动态控制分配模型，设计了推进器故障容错处理策略。针对完全固定推进器配置的潜水器系统，提出了基于伪逆矩阵分配和定点分配策略相结合的混合动态控制分配算法。针对存在可动态配置的回转推进器，提出基于SQP算法的动态非线性优化控制分配策略，设计了优化算法的代价函数。通过仿真实验和7000米载人潜水器半物理仿真平台实验，验证了本文研究的潜水器动态控制分配算法的正确性和有效性。

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。