永磁同步电机控制是实际工业生产中一种比较常见的控制问题。采用快速控制原型的开发模式, 在MATLAB中完成永磁同步电机控制的建模、仿真, 并利用MATLAB的相关硬件支持包将仿真程序通过自动代码生成的方式转化为嵌入式可执行程序, 加载到Xilinx系列ZedBoard板卡, 实现了永磁同步电机在开闭环等状态下转速的实时控制, 实际电机和虚拟电机的转速响应波形差异很小, 闭环状态下转速误差小于0.1 °/s。采用该开发方式具有编程工作量少、人机交互简单、实时监控的特点。
永磁同步电机 快速控制原型 自动代码生成 人机交互 实时监控 permanent magnet synchronous motor rapid control prototype automatic code generation man-machine interaction real-time monitoring
1 南京信息工程大学滨江学院, 江苏 无锡 214000
2 南京航空航天大学机电学院, 南京 210000
为了解决四旋翼飞行器轨迹跟踪中状态量收敛速度慢、易发散等问题, 提出了一种双环混合有限时间控制策略。根据Newton-Euler方程推导出四旋翼的动力学模型, 再根据时间尺度原理将其分为内外两个控制环。外环采用有限时间控制策略来加快三轴位置量与偏航角的收敛速度; 内环采用快速非奇异终端滑模控制技术来实现姿态角的快速收敛。搭建了四旋翼的虚拟样机, 在三维仿真环境下模拟其轨迹跟踪控制效果。由仿真结果可知: 与其他两种常见的控制器相比, 所设计的控制器的控制精度、鲁棒性以及跟踪效果均最好, 并且能较好地满足四旋翼轨迹跟踪控制的需求。
四旋翼飞行器 有限时间控制 终端滑模控制 轨迹跟踪 虚拟样机 quadrotor aircraft finite time control terminal sliding mode control trajectory tracking virtual prototype
1 西安科技大学机械工程学院, 陕西 西安 710054
2 陕西科技控股集团有限责任公司, 陕西 西安 710000
3 西安西微智能科技有限公司, 陕西 西安 710000
图像处理算法IP核的验证是SoC和FPGA在机器视觉领域应用的关键。为了提高验证时效性, 本文基于ARM+FPGA异构平台, 联合上位机软件, 针对图像处理算法IP核设计了一种兼具泛用型、实时性和敏捷性的验证框架。验证框架通过ARM处理器与上位机建立千兆以太网通信, 实现测试激励和测试响应的实时传输, 使用FPGA以兼容多类型不同分辨率的图像为目的构建数据总线, 配置总线和处理模块, 并结合部分重配置实现待验证算法IP核的快速迭代。实验结果表明: 验证框架对于以8, 16, 24 bit位深度图像为处理对象和结果的算法IP核具有可重用性, 待验证IP核的部署速度相对全局重配置提高了25倍。与现有的FPGA验证技术相比, 具有更好的可重用性, 更短的验证周期, 并且测试激励更具有针对性, 待验证IP核的部署更加敏捷快速。
FPGA原型验证 异构架构 图像处理算法IP核 部分重配置 FPGA prototype heterogeneous architecture image processing algorithm partial reconfiguration
沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁 沈阳 110036
振动能量在自然界中广泛存在，利用智能材料收集振动能量为微电子系统供电是新能源领域的发展趋势。该文利用新型智能材料磁控形状记忆合金(MSMA)的逆效应研究设计了一种基于悬臂梁式的MSMA振动能量采集器，对采集器的各部分结构进行理论分析和系统设计，并建立了振动能量采集器的结构模型。利用ANSYS软件对磁场进行有限元分析，验证了磁场回路和磁感应强度满足采集振动能量的要求。在此基础上，研制了采集器样机，并通过搭建实验平台对采集器进行实验测试，结果表明，该悬臂梁式MSMA振动能量采集器具有较宽的振动能量采集频带，输出电压可达220 mV，为振动能量的收集利用提供了参考依据。
磁控形状记忆合金(MSMA) 振动能量采集器 悬臂梁 样机 有限元分析 magnetically controlled shape memory(MSMA) vibration energy harvester cantilever beam prototype finite element analysis
1 西安邮电大学 电子工程学院，西安 710121
2 西安科技大学 集成电路实验室，西安 710600
高效视频编码(HEVC)标准在提升编码性能的同时，对系统带宽提出了更高的要求。传统电互连方式存在带宽小和时延大的问题，而光互连的高带宽和低功耗为片上资源数据通信提出了新的解决方案。然而由于工艺水平的限制，集成光器件无法在现场可编程门阵列（FPGA）芯片内部实现。采用片外光器件模拟片上光互连系统可以达到原型验证的目的。文章基于BEE4开发平台在单片上采用电互连方式进行数据通信，在Xilinx V6系列芯片间通过接入4通道小型可插拔+（QSFP+）光模块搭建光通信链路，构建光通信网络，实现了光电混合互连网络原型系统。以分辨率176×144的标准测试序列akiyo_qcif_176×144.yuv为例进行测试，实验结果表明，以光链路替代片间电通信能够正确实现，且板间传输时间仅为电互连的一半，综合频率为51.327 MHz。
现场可编程门阵列 光电混合互连 原型系统 高效视频编码 FPGA photoelectric hybrid interconnection prototype system HEVC
强激光与粒子束
2020, 32(5): 052002
1 沈阳理工大学 机械工程学院, 沈阳 110159
2 泰州市翔达消防器材有限公司, 江苏 泰州 225300
3 中国科学院 沈阳自动化研究所 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 沈阳 110016
针对野外复杂路面对轮腿复合式移动平台的运动性能和越障性能的需求, 应用ADAMS软件建立了移动平台的简化虚拟样机模型, 并在各个关节处添加对应约束、驱动力以及扭杆弹簧, 并建立仿真环境。通过动力学仿真分析, 观察移动平台车轮及扭杆弹簧的加速度、垂向力以及位移变化等因素, 验证了该移动平台对野外复杂路面的适应能力以及越障能力。
移动平台 野外复杂路面 虚拟样机模型 越障 mobile platform complex road surface in the field ADAMS automatic dynamic analysis of mechanical systems ( virtual prototype model obstacle surmounting
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 温州大学 数理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325053
由于具有较大的光学吸收系数与低廉的材料成本, 硫化亚锡(SnS)在新型薄膜太阳能电池中展现出巨大的应用前景。为了实现SnS薄膜的可控制备, 进而研究其光伏特性, 首先, 利用脉冲电沉积法在不同工艺条件下制备了一系列SnS薄膜; 然后, 通过X射线衍射(XRD)技术与扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的晶体结构与表面形貌进行表征, 结合紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果, 研究两种不同开启脉冲电压对SnS薄膜禁带宽度的影响。同时, 采用莫特-肖特基方程定量计算了SnS薄膜的导电类型与掺杂浓度。在此基础上, 设计了基于Au/SnS/CdS/ITO异质结的原型光伏器件。在AM1.5标准太阳光照射下, 原型器件开路电压为111 mV, 短路电流密度为20.81 μA/cm2。为未来低成本、高性能的薄膜太阳能电池吸收层材料研究提供了理论基础和实验依据。
硫化亚锡 薄膜 脉冲电沉积法 光伏原型器件 tin(Ⅱ) sulfide thin film pulse electro-deposition method photovoltaic prototype device
1 沈阳理工大学 机械工程学院, 沈阳 11015
2 沈阳理工大学 机械工程学院, 沈阳 110159
针对空间曲柄摇杆机构的优点, 研究分析了将其应用到扑翼飞行器驱动机构上的可行性。基于传统图解法, 建立驱动机构的数学模型, 综合考虑安装方便和结构紧凑, 确定机构尺寸的大小。建立虚拟样机进行仿真分析, 验证理论设计的正确性。结果表明, 该结构可以作为扑翼飞行器的驱动机构。
扑翼飞行器 空间曲柄 摇杆机构 虚拟样机 仿真分析 flapping wing aircraft space crank rocker mechanism virtual prototype simulation analysis
1 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
巨型高峰值功率激光装置的总体规模与性能是一个国家在强激光技术研究与应用领域综合实力的集中体现。简要介绍了装置基本结构、关键科学技术与工程问题以及总体设计要素, 回顾了两台中国二代巨型高峰值功率激光装置的基本状态与技术特点, 展望了未来中国高峰值功率激光技术与工程发展的基本趋势。
激光技术 惯性约束聚变 高能量密度物理 原型装置 主机装置 兆焦耳级聚变科学激光装置
