教育机器人硬件系统的设计与开发
这是一篇关于教育机器人,DSP控制器,快速原型,PID控制,HCTL-2032,nRF2401的论文, 主要内容为教育机器人是一种辅助教学设备,它是将智能机器人设计成一个通用的教育平台,用于相关学科教学或参加各类科技创新比赛活动。通过使用侧重点不同的教育机器人产品,学生可以比较全面地了解现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机软硬件、仿生学、人工智能等诸多领域的先进技术。在学生获得科学知识的同时,培养他们的想象力、创造力及动手能力,在教学过程中达到一种寓教于乐的效果。目前教育机器人在欧美日等国家已经得到了大力的发展,但国内的教育机器人产品还非常少,特别是应用于高等院校的教育机器人产品在国内基本上处于空白阶段。在这种背景下,本人所在的科研团队开发了一种适合国内高等院校教学的教育机器人产品。 论文依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台,在对当前国内外教育机器人研究现状全面综述的基础上,设计和开发了满足功能要求的教育机器人硬件系统,并对硬件系统的有效性进行了实验验证。本文的主要研究内容如下： 1.分析国内外教育机器人硬件系统的优势和不足,提出了教育机器人硬件系统的设计要求和需求分析,设计了教育机器人硬件系统的整体结构和开发方案,并最终完成了教育机器人硬件系统的开发工作。 2.设计并开发了教育机器人硬件系统,硬件系统由控制系统和驱动系统两个子系统组成,其中控制系统的开发包括：电源模块、处理器模块、A／D模块、无线通讯模块、传感器模块、接口模块等功能模块的开发,驱动系统的开发包括：驱动芯片的选型及DSP芯片与驱动系统的接口设计等。 3.设计并开发了底层软件程序,底层软件程序是实现硬件系统功能的保障,所以在进行硬件系统开发的同时必须编写相应的软件程序来支持硬件系统的功能。 4.开发了硬件系统与软件系统和实验系统的接口,可以实现快速原型控制和实时控制,并且通过速度控制和位置控制两个控制实验验证了快速原型控制在硬件系统上的可行性,通过正弦信号的跟随实验验证了实时控制在硬件系统上的可行性。
网络化实时控制实验软件平台的设计与开发
这是一篇关于网络化,快速原型,Matlab交互,实时控制,通用软件平台的论文, 主要内容为网络化实时控制实验系统是一个通用的自动化学科实验教学平台。与传统的实时控制实验系统不同,该系统基于网络通讯机制、快速原型控制思想搭建。软件平台是网络化实时控制实验系统的重要组成部分,但目前应用的网络化实时控制实验软件平台价格昂贵、通用性差、实验辅助功能不强,不能发挥网络化实时控制实验系统在实验教学领域的特点与优势。因此,开发教学理念先进、功能强大、性能优越、运行高效的网络化实时控制实验软件平台是实现网络化实时控制实验系统的重中之重。本文针对网络化实时控制实验系统在实验教学中存在的诸多问题,在研究现有网络化实时控制实验硬件平台的基础上,设计和开发了满足网络化通讯、可视化编程、自动代码生成、实时控制、实验教学辅助等功能的网络化实时控制实验软件平台,并对软件平台的有效性进行了实验验证。本文的主要研究内容如下： 1.针对于实时控制实验系统的发展现状,对实时控制实验系统的架构进行深入剖析,并对系统的重要组成部分——实时控制实验软件平台,进行了深入研究。结合国内外众多实时控制软件平台的优劣与特点,针对实时控制实验硬件系统,提出了基于网络化、快速原型思想的、通用实时控制软件平台的总体设计,并对其进行了需求分析、功能设计与结构设计。 2.完成总体分析设计之后,对网络化实时控制实验软件平台进行了详细设计与开发。为满足功能需求,详细设计了七大功能模块：动态可停靠人机界面模块、网络化通讯接口模块、多软件平台交互接口模块、实时数据监控模块、数据格式化存储模块、动态可扩展实验管理模块、开放式自主实验扩展模块。通过动态停靠等软件技术的支持,对各模块进行了具体开发,基本实现了设计功能。 3.对已经开发完成的软件平台进行实验验证。以欠驱动机械臂系统和双容水箱系统为控制对象,利用本文开发的网络化实时控制实验软件平台,配合硬件系统,分别进行了欠驱动机械臂起摆、平衡、轨迹跟踪,以及双容水箱的液位、流量、温度、压力、解耦等多项控制实验。实验结果表明本软件平台可以方便地辅助物理实验系统验证,具有操作友好,功能丰富,利于使用等特点,可用于高级复杂控制理论的辅助教学,在指导学生实验教学方而具有一定的创新性。
教学评估系统的设计与实现
这是一篇关于教学评估系统,对象-关系映射,快速原型,系统建模的论文, 主要内容为北京信息职业技术学院在2006就形成了比较完善的教学评估体系。但是,由于教学评估工作所涉及的范围较广,人员较多,评估的结果数据量大,使得教学质量评估工作的总体工作量非常大。如果完全采用人工处理方式,不能达到结果数据处理的及时性和准确性,不利于教学质量评估工作的顺利开展。 学院已经实现了三校区的网络办公和信息共享。因此,应该充分利用学校现有的校园网络和计算机技术,建立网络教学评估系统,从而实现评估的网络化、经常化和规范化。并且发展计算机技术对数据的整理和分析的突出优势,将教学评估结果的数据分析过程也全部采用计算机来完成。 本文在上述背景下,提出“教学评估系统的开发与实现”的课题。深入分析了北京信息职业技术学院教学评估体系,实现了教学评估系统的数据收集,确定了评估结果数据有效性的考量标准。设计实现了教学评估系统的功能、体系结构和开发模式,实现了在MVC架构下,采用Struts2.0+Spring2.0+Hibernate3.1框架开发本系统,同时实践了对象-映射在本系统中的实现过程。 利用UML统一建模语言对系统进行建模,开发出系统的类图、用例图、顺序图和活动图。并将此种建模方式与快速原型建模方式作比较,分析两者的优缺点,提出对系统建模过程的新看法。 系统开发过程中,充分利用辅助开发工具,进行系统建模、建立概念模型和物理模型、对象-关系映射和逆向工程等辅助开发。同时,探讨利用辅助开发工具进行软件开发的好处和对开发效率的提高程度。 最终完成教学评估系统的系统模型、文档编写、编码和测试工作,成功开发教学评估系统,使之正常运行,并能胜任教学评估工作,担负起学院教学评估工作的重任。
教学评估系统的设计与实现
这是一篇关于教学评估系统,对象-关系映射,快速原型,系统建模的论文, 主要内容为北京信息职业技术学院在2006就形成了比较完善的教学评估体系。但是,由于教学评估工作所涉及的范围较广,人员较多,评估的结果数据量大,使得教学质量评估工作的总体工作量非常大。如果完全采用人工处理方式,不能达到结果数据处理的及时性和准确性,不利于教学质量评估工作的顺利开展。 学院已经实现了三校区的网络办公和信息共享。因此,应该充分利用学校现有的校园网络和计算机技术,建立网络教学评估系统,从而实现评估的网络化、经常化和规范化。并且发展计算机技术对数据的整理和分析的突出优势,将教学评估结果的数据分析过程也全部采用计算机来完成。 本文在上述背景下,提出“教学评估系统的开发与实现”的课题。深入分析了北京信息职业技术学院教学评估体系,实现了教学评估系统的数据收集,确定了评估结果数据有效性的考量标准。设计实现了教学评估系统的功能、体系结构和开发模式,实现了在MVC架构下,采用Struts2.0+Spring2.0+Hibernate3.1框架开发本系统,同时实践了对象-映射在本系统中的实现过程。 利用UML统一建模语言对系统进行建模,开发出系统的类图、用例图、顺序图和活动图。并将此种建模方式与快速原型建模方式作比较,分析两者的优缺点,提出对系统建模过程的新看法。 系统开发过程中,充分利用辅助开发工具,进行系统建模、建立概念模型和物理模型、对象-关系映射和逆向工程等辅助开发。同时,探讨利用辅助开发工具进行软件开发的好处和对开发效率的提高程度。 最终完成教学评估系统的系统模型、文档编写、编码和测试工作,成功开发教学评估系统,使之正常运行,并能胜任教学评估工作,担负起学院教学评估工作的重任。
网络化嵌入式实时控制器的设计与开发
这是一篇关于嵌入式系统,快速原型,实时操作系统,RTAI,双CPU通信的论文, 主要内容为目前,控制理论研究者对于复杂对象控制方法的研究大多是通过仿真验证或理论分析,缺乏物理实验系统的验证。因此,为复杂对象控制方法的研究提供一个易于实验的物理实验系统是具有重要意义的。近年来,东北大学自动化研究中心致力于控制理论实验平台的研究与开发,并把快速原型控制器的研究作为整个实验系统研究的核心。本文以此为背景,分析了国内外快速原型控制器的现状,针对高端产品成本高、体积大不适合小型移动实验平台,而小型低端产品功能较弱、不支持网络通信等问题提出了网络化嵌入式实时控制器。本文基于快速原型技术,硬件采用ARM+DSP的双处理器架构,软件上通过RTAI(Real-Time Application Interface)实时化方案实现了嵌入式实时操作系统,完成了对网络化嵌入式实时控制器的设计与开发,最后通过具体实验对该控制器在控制理论实验系统中的各项功能及性能进行了验证,证明了该控制器能够满足快速原型实验系统要求,实现了网络化、低成本、低功耗和体积小的特点。 本文的主要工作内容如下： 1.分析了国内外实时控制器研究和发展现状,总结现有控制器的优缺点,从而提出网络化嵌入式实时控制器的方案。从控制理论实验系统的角度出发,提出快速原型控制器的开发步骤,并依此进行了网络化嵌入式实时控制器的系统总体架构设计、硬件功能结构设计和软件功能结构设计。 2.设计与开发了网络化嵌入式实时控制器硬件系统,包括ARM主控板、DSP数据采集板和电机驱动板的设计与开发。ARM主控板主要实现实时系统运行、数字IO、用户信息交互、网络接口等功能；DSP数据采集板,主要实现模拟信号采集与输出、数字脉冲信号捕获与计数、PWM信号输出等功能。二者通过SPI接口实现双处理器通信。电机驱动板,实现直流电机的PWM驱动电路和DA转换电路。 3.设计与开发了网络化嵌入式控制器的软件系统,包括ARM端与DSP端的软件开发与实现。ARM端软件系统主要通过实现嵌入式实时操作来运行实时代码程序,并基于网络以服务器-客户端模式实现主机与控制器之间实时数据交互。DSP底层软件主要实现对数据采集板各个功能模块的数据采集和处理,以及对驱动板提供驱动信号输出。SPI通信程序实现ARM与DSP的数据通信。 4.通过实验对网络化嵌入式实时控制器的各项功能进行了验证,并对实验结果进行分析和总结。
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