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《浙江工业大学》 2002年
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基于FPGA的高频疲劳试验机控制器的研制

罗剑波  
【摘要】: 高频疲劳试验机属于金属材料试验机,是一种主要用于测定金属及其合金材料在室温状态下的拉伸、压缩或拉、压交变负荷的疲劳性能试验的机器。而高频疲劳试验机控制器则是用来控制试验机按用户意图进行工作,充当了用户与试验机之间的桥梁。本论文即是以高频疲劳试验机为对象,利用现代控制理论、微机技术以及以FPGA为代表的微电子技术对目前的试验机控制器进行了改进。FPGA,即现场可编程门阵列,是一种近期出现的可编程ASIC器件。由于FPGA可以现场可编程,可以实现专用集成电路,能满足片上系统设计(SOC)的要求,使其日益成为系统的关键部件。本论文对FPGA在本系统控制器中的应用进行了研究,并研制了一种全新的基于FPGA技术之上的控制器。 第一章阐述了高频疲劳试验机及其控制器国内外发展概况,并简述了论文的选题意义以及研究内容。 第二章首先介绍了系统控制器主要硬件电路设计所采用的方法,即利用HDL(硬件描述语言)的硬件设计方法,其最大的特征是电路设计采用自上至下(Top Down)的设计方法。该方法能最大程度的提高设计效率,降低设计成本。本论文中的FPGA芯片即是以此作为设计方法的。 第三章首先介绍了模糊控制理论及技术,并分析了模糊控制技术以及常规PID的优缺点。在此基础上提出了本论文所采用的控制算法,即模糊自整定PID参数控制算法。该算法综合了上述两种方法的优点。该章最后具体设计了采用该算法的控制器,并提出了实现方案。该方案使系统实时性以及资源占用得到最大平衡。 第四章具体设计了控制算法中的PID参数模糊推理器。该模糊推理器利用FPGA来实现。用户只需通过总线传送数据至推理器,就能实时得到适合于该时的PID参数,很好的提高了控制效果。该章最后给出了模糊推理器的仿真结果。 第五章详细设计了正弦波发生器及波形幅值调节电路。本论文将正弦波发生器以及波形幅值调节的实现用一片FPGA来实现,减少了控制器体积,同时也提高了控制精度。该章最后部分给出了以上电路的仿真结果,验证了电路功能以及时序的正确性。 第六章设计了除以上电路之外的其它电路,包括各种检测电路、电机调速电路、FPGA配置电路以及主控制器电路。这些电路也是整个控制器正常工作所必需的。该章的最后部分给出了控制器的软件框图。 第七章对本论文所作的研究工作进行了简要的总结。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP273.4;TH871

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【引证文献】
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