ReSim:一个面向可重构处理器的仿真平台

针对可重构处理器ReMAP(reconfigurable multimedia array processor)面向视频高清编解码提出的灵活互联、计算资源密集、易于扩展的结构优化需求,提出了一个基于模块化分层设计、时钟周期精确的可重构处理器仿真平台ReSim.该仿真器基于3级软件框架层次搭建,设计了可快速仿真多种互联结...     

应用于连续时间∑Δ调制器的时钟抖动建模方法

提出了一种能够快速而精确地模拟时钟抖动的建模方法,可应用于连续时间Sigma-Delta调制器(continuous-time sigma-delta-modulator,CT-SDM)等系统的仿真与验证。相较于传统的基于离散时间的建模方法,所提出的一种基于连续时间的模型,可以灵活地应用于各种连续时间电路中,且可在保证精度的情况下,快速完成仿真。给出了关于时钟抖动的理论分析和该模型的数学理论推导,并通过搭建一个完整的连续时间Sigma-Delta调制器,验证了所提时钟抖动方法的正确性与可行性,仿真时间在数十秒内。     

模块化多电平换流器的快速数字仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑中含有大量电力电子开关元件,因而在基于器件电气物理模块的电磁暂态仿真环境中仿真速度十分缓慢.提出了一种基于简化阻抗变换矩阵的MMC快速数字仿真模型,将电气开关等效为两个状态的可控等效电阻,电容则等效为其暂态等值模型,从而构建了单个子模块的等效阻抗变换矩阵,通过等效电阻串联的方式,简化了矩阵计算,大幅降低了MMC的仿真时间.在Matlab/Simulink环境下搭建了MMC快速数字仿真模型,验证了该模型的有效性.     

基于FPGA的液晶驱动智能片上系统设计

基于FPGA的液晶驱动智能片上系统的设计方法.SOPC系统以FPGA为核心控制器,在Altera公司CycloneⅢ系列芯片EP3C25F324C8Z上,以SOPC Builder为设计环境,搭建了NiosⅡ嵌入式处理器及相应的外围驱动电路;利用FPGA丰富的逻辑资源及结合按各个功能分块的模块化设计思想,设计了SDRAM模块、FLASH模块、VGA模块、PLL模块等IP软核,并将多个模块组建到一片FPGA芯片上,实现了640×480液晶显示驱动控制.经过调试验证了基于FPGA硬件设计的正确性、可行性.     

全局信息分布式控制的自重构机器人运动研究

为了改进系统的性能,构建了同构阵列式模块化自重构机器人M．Cubes,该机器人具有12个自由度;结构简洁、紧凑,控制方便简单,可以构建任意的立方体结构,并对M-Cubes模块的基本运动进行了描述。搭建了基于自重构模块的分布式多智能体控制结构,根据系统的全局信息进行分布式控制,将控制分为三步,规划、协调和运动控制。结合模块的空间矢量进行路径规划,利用agent技术对模块间的相互作用进行协调,最后产生模块的翻转,实现模块的运动。利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境,在此平台上对模块的运动进行了仿真,给出了一个4X2X2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

动态可重构众核处理器仿真平台设计

针对众核处理器,提出了一种基于计算资源划分机制的动态可重构技术.该技术以虚拟计算群为核心,设计了基于硬件支持的动态可重构子网划分和动态可重构的Cache一致性协议以及动态在线的计算资源调度算法,并对系统级多核仿真平台Gem 5进行了扩展.同时,采用实际测试结果验证了众核处理器中动态可重构技术的有效性.结果表明,动态可重构技术可以提高众核处理器的资源利用率,实现动态可重构的Cache一致性协议以及单一矩形物理子网覆盖的子网划分机制.     

基于近似计算的精度动态可调FFT处理器

为满足多种场景对电路指标的不同需求,基于近似电路理念提出一种精度可调快速Fourier变换(FFT)处理器.首先,在蝶形节点和旋转因子乘法节点上分别提出了一种截断进位链的可配置近似蝶形计算单元和一种位宽可调的乘法模块.通过MATLAB搭建误差分析平台,详细分析了在各个蝶形节点和旋转因子节点对近似计算的敏感程度,确定了FFT处理器的5种计算模式,实现性能、功耗与精度等参数的动态调节.最终,所提设计在台积电(TSMC) 180 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下通过超大规模数字集成电路标准流程实现,性能结果由专业电子自动化设计(EDA)工具评估得到,相对于精确模式,处理器在近似模式下的最高工作频率提升约14.33%;当工作频率为60 MHz时,功耗降低约15.61%.     

足底驱动型下肢康复机器人的运动学建模与轨迹跟踪控制研究

为简单、精确地实现对一种由高速开关阀和气动人工肌肉作为驱动控制单元的足底驱动型下肢康复机器人的轨迹跟踪控制,提出了一种基于MATLAB/Simulink的仿真控制模型.基于模块化思想,将该机器人控制系统划分为系统输入模块、位置逆解模块、单支链驱动控制模块和位置正解模块.首先对该机器人进行结构分析,在此基础上推导出其运动学正逆解模型,为位置正逆解模块提供理论依据.然后,建立人体下肢运动学模型,带入关节角度数据得到足底运动轨迹,在此基础上用傅里叶级数拟合得到足心和背伸/跖屈角对时间的函数表达式,作为系统的输入模块.最后,采用关节空间控制方法结合各子模块构造出下肢康复机器人控制仿真模型,特别地,采用了实验的方法验证了单支链驱动控制模块的准确性.在此基础上,在MATLAB/Simulink模块中对所建立的系统仿真控制模型进行了仿真.结果表明,所建立的控制模型能够精确地跟踪期望的运动轨迹,从而验证了控制模型和控制方案的精确性和可行性,为实现该机器人的轨迹跟踪控制提供了有效手段.     

基于Java 3D的自重构机器人的仿真与控制

针对同构阵列式模块化自重构机器人的特点,结合Aagent技术,对自重构模块的组成进行了分析,并提出一种能够准确描述该类机器人的拓扑结构、运动、位置及模块间连接关系的特征向量矩阵;对自重构模块的翻转、平移运动和元模块的构成及运动形式进行了描述,搭建了分布式多智能体的控制结构;结合模块的空间矢量进行路径规划,利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境,在此平台上对模块的运动进行了仿真,给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

适用于可重构网络安全处理器的链式多通道分组DMA

为了提高可重构网络安全处理器中CPU、密码模块和网卡等各功能部件之间的数据传输效率，提出了一种链式多通道分组直接存储器存取(direct memory access, DMA)传输方式，设计了链式多通道分组DMA的硬件架构，使用65 nm CMOS工艺标准单元库对链式多通道分组DMA进行了ASIC实现并搭建了仿真验证平台，结果表明使用链式多通道DMA的可重构网络安全处理器内部通信性能明显提升.     

模块化多电平换流器电磁暂态建模研究

模块化多电平换流器的桥臂由数百个子模块串联而成,因而换流器中包含大量的开关器件.开关器件过多造成仿真工作量大、仿真速度慢等问题.基于模块化多电平换流器的戴维南等效建模方法,推导元件的等值计算模型,改进元件等值计算中的历史电压源递推公式,省略了元件的历史电压源计算过程中支路电压的中间计算,提高仿真速度.基于改进后的公式重新构建模块化多电平换流器电磁暂态仿真模型,在PSCAD/EMTDC软件中搭建双端MMC-HVDC系统,对比两个系统的仿真结果,验证了建模方法的精确度和快速性.     

基于Matlab的无刷直流电动机驱动系统仿真建模

基于Matlab/Simulink工具搭建无刷直流电机驱动系统仿真平台,分别建立直流无刷电机的本体模型和驱动控制模型,详细介绍了系统中各个子模块的搭建方式和实际功能,为分析驱动控制算法和策略可行性提供有效的仿真环境。通过实验仿真曲线特征和变化规律,实现了驱动系统各项性能评价指标和PID参数整定的验证,模型参数也为实际电机控制系统的设计和调试提供支撑。系统模型具有很好的灵活性和通用性,在此基础上通过简单的替换和修改就可以搭建和仿真使用其他控制算法和控制策略的仿真模型,为模糊控制、模糊PID控制和再生制动控制策略建立仿真环境提供参考,减少验证过程中的工作量。     

基于商空间理论的可重构机床粒计算方法研究

为提高制造系统的快速结构配置规划响应速度,提出了基于商空间理论的可重构机床粒计算方法,实现了体系结构组元模型在系统配置规划中的快速粒度分解、组合,建立了功能分解与结构匹配的商空间模型,全面表达了可重构机床在配置规划中粒度分解的相关特征和目标任务的相关变化,实现了可重构机床的模块快速优化分解.     

基于STC89C516的室内环境监测系统的设计

提出了一种基于单片机的室内环境监测系统的设计方法.系统以STC89C516为核心处理器,包括环境参数测量模块、时钟模块、电源模块、显示模块以及控制与报警模块等.给出了主要模块的硬件设计,介绍了系统的软件结构.实验结果表明:该系统稳定性强、成本低、易于扩展,有一定的实用性.     

水轮发电机组动态全过程仿真模块化建模研究

提出了面向水轮发电机组各物理子系统的模块化动态全过程仿真模型.开发了同步发电机、励磁系统、AVR、水轮机及其调速系统模块化模型库,针对各模块的特点和仿真速度及精度的要求,可采用不同的仿真算法和计算步长.该模型库适用于水轮发电机组的快速电磁暂态和中长期的机电暂态过程研究,可用于大中型水电站动态全过程仿真.用户可根据仿真的需要,采用“搭积木”的方式,方便地构造水轮发电机组动态仿真模型.将该模型的计算结果与精确的联立解法及PSASP运行结果进行了比较,说明了该模型的有效性.采用这种方法,可大大简化大中型水电站仿真模型的开发及维护工作.     

自重构自修复机械系统的模块设计与描述

设计开发了一种新型的点阵晶格型雌雄同体的自重构自修复模块化机械系统.该系统每个模块(第I代)由1个中心体和6个可独立旋转的带有2个孔和2个可自由伸缩轴的面组成,相邻两模块的轴插入对应孔中,完成对接动作.每个模块由1个电动机通过减速器、锥形齿轮、同步带轮、离合装置驱动6个面转动和每个面上轴的伸缩.仿真结果表明,该模块结构设计紧凑,能快速对接、脱离,可实现系统的自重构.     

混合型自重构机器人的结构设计及运动描述

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人.该机器人由多个相同的呈三棱柱状的主从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电动机及齿轮传动装置,每个从模块包括2个从驱动电动机及齿轮-齿条传动装置.根据齿轮、齿条不同运动速度,分析了该自重构机器人相邻2个基本模块中从模块的轴插入主模块的孔中完成对接动作的过程.基于基本模块的几何特征,描述了该自重构机器人的基本空间构型,最后仿真实现了该机器人从直线型变形为正六边形的过程.仿真结果表明,混合型自重构机器人基本模块结构设计紧凑,能对接和脱离,实现机器人的变形过程.     

类Exechon并联机构模块可重构概念设计与运动学分析

可重构与模块化设计是实现并联机构多功能、提升装备加工柔性的关键技术.受商用Exechon并联机构模块优异性能的设计启发,在其变异机构Exe-Variant的基础上,应用机构变异思想提出两种类Exechon并联机构模块——Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ.基于可锁定关节、模块化支链以及可重构并联机构的设计思路,依次开展Exechon、Exe-Variant、Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ等4种类Exechon并联机构的模块化、可重构概念设计.针对以上并联机构模块进行运动学分析:运用螺旋理论分析类Exechon并联机构的系统螺旋系,构建类Exechon并联机构的系统全雅克比矩阵,依次分析机构自由度和奇异性;通过矢量闭环方程推导其逆运动学模型和动平台连带运动;以"分层切片"的工作空间搜索方法预估其工作空间.运动学对比分析表明:对类Exechon并联机构模块开展的可重构设计,保留了并联机构的自由度类型和结构奇异性特征,并显著改善了部分类Exechon并联机构的逆运动学连带运动的复杂程度以及动平台可达工作空间的分布.最后,借助3D打印技术制作了Exe-Ⅰ并联机构模块的原理样机,运动学精度实验结果与理论分析结果吻合较好,数据的绝对误差在±0.4 mm以内,并且其相对误差不大于实验值的3.2%,验证了运动学分析的正确性.本文提出的可重构与模块化概念设计,可为类Exechon并联机构模块的高效可重构设计及其工程应用提供关键技术支撑.     

自重构机器人的硬件设计及自重构规划研究

设计了一种新型的单转动自由度正立方体均一阵列式三维自重构机器人模块结构,不但可以构成稳定的空间填充结构,而且能够实现多种重构运动形式.介绍了具体的机构原理和模块的构形表达及运动描述方法,提出了一种基于正立方体子单元结构的集中式分层规划方法,每个子单元由8个模块构成,内置离线规划的模块运动序列数据库,并通过自重构仿真实验,验证了该方法具有搜索空间小,求解复杂度低,规划效率高等特点,在规划串式结构的自重构问题时是可行的.     

缠绕机工艺参数调控系统模块化设计研究

为适应航空航天等领域复材结构件生产批量小、工艺方法多变、质量高等要求,提出基于模块化思想的工艺参数调控系统设计方法.首先详细分析缠绕机工艺中各关键参数的功能实现要求,并对相应实现装置进行模块划分,给出工艺参数调控系统的模块化设计依据和组合方法;进而对各模块的结构和机械接口进行具体设计;最后进行了试验验证,结果证明整个工艺参数调控系统可以对缠绕张力和温度进行精确快速的控制.