基于Internet的嵌入式智能控制器的研究

论文摘要

计算机和网络技术的发展,引发了控制领域深刻的技术变革。控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用最为广泛的局域网技术,在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。为适应这一趋势,本课题基于FPGA平台和高级控制算法开发了嵌入式智能控制器。采用这类智能控制器,将极大地提高系统数字化、信息化、网络化水平。主要研究工作包括以下几个方面:（1）对嵌入式系统的应用、特点、技术发展及在控制工程中常用的控制策略的发展进行详细的阐述和分析。通过对智能控制策略的分析,为嵌入式控制器的设计和智能控制算法的实现提供了坚实的基础。（2）对软硬件协同设计方法进行了详细的阐述和分析。通过对Xilinx公司的FPGA设计工具以及相关IP的研究,搭建以FPGA为核心的智能控制器的控制系统平台,为嵌入式应用软件程序的运行提供了硬件平台。（3）对Xilinx公司集成开发平台中的TCP/IP协议栈XilLib Net进行分析、改写并应用到平台的网络功能上,完成网络控制模块的驱动以及嵌入式Web服务器程序的编制,采用C语言编写单神经元控制算法源代码,使用EDK中的mb-gcc,mb-as,mb-ld进行编译、汇编和调试,将目标代码下载到嵌入式控制器中,最终完成嵌入式智能控制器的设计并实现通过Internet的远程监控。（4）使用设计完成的嵌入式智能控制器对三容水箱液位系统进行控制,结果表明,本文设计的嵌入式智能控制器能够比较准确地控制液位的平衡,与传统PID控制器相比具有更好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 嵌入式智能仪表远程监控系统的概念及特点
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 主要特点
• 1.3 嵌入式智能仪表远程监控系统的研究意义
• 1.4 嵌入式智能仪表远程监控系统的研究现状及关键问题
• 1.4.1 国内外研究现状及技术特点
• 1.4.2 嵌入式智能控制器设计的关键问题
• 1.5 本文的研究思路与结构
• 1.5.1 本文的研究思路
• 1.5.2 本文的结构安排
• 第二章 智能控制器的基础研究
• 2.1 引言
• 2.2 PID控制理论
• 2.3 单神经元自适应控制器的实现
• 2.3.1 神经元的数学模型
• 2.3.2 单神经元自适应控制器及学习算法
• 2.4 基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应控制
• 2.5 单神经元自适应控制器稳定性分析
• 2.6 系统仿真分析及参数整定
• 第三章 嵌入式控制器的系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统设计原则
• 3.3 基于 SOPC的软硬件协同设计方法
• 3.4 基于 FPGA的 SOPC设计技术
• 3.4.1 FPGA器件
• 3.4.2 MicroBlaze处理器软核
• 3.4.3 CoreConnect总线构架
• 3.4.4 SOPC技术
• 3.5 支持 SOPC软硬件协同设计的工具
• 3.6 系统开发流程
• 3.6.1 EDK概述
• 3.6.2 EDK开发流程
• 第四章 嵌入式控制器的硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统开发平台
• 4.3 系统总体设计
• 4.4 系统硬件结构
• 4.5 系统常用 IP核
• 4.5.1 通用输入输出模块
• 4.5.2 外部存储器控制器
• 4.5.3 中断控制器
• 4.5.4 UART控制器
• 4.6 用户自定义的 IP核
• 4.6.1 用户IP核的实现方法
• 4.6.2 LCD核的设计实现
• 4.6.3 LCD核的使用
• 4.7 以太网控制器及相关 IP核
• 4.8 FPGA的引脚约束与地址分配
• 4.9 数据采集系统的硬件实现
• 第五章 嵌入式控制器的软件实现
• 5.1 引言
• 5.2 网络控制器驱动程序
• 5.2.1 硬件初始化
• 5.2.2 发送数据包流程
• 5.2.3 接收数据包流程
• 5.3 TCP/IP协议
• 5.4 Xilinx协议栈 LibXil Net
• 5.4.1 数据链路层协议
• 5.4.2 网络层协议软件设计
• 5.4.3 传输层协议软件设计
• 5.5 LibXil Net的应用编程接口
• 5.6 嵌入式 Web服务器的实现
• 5.6.1 HTTP协议
• 5.6.2 HTTP协议的实现
• 5.7 嵌入式 Web服务器实现技术
• 5.7.1 HTML表单
• 5.7.2 CGI
• 5.8 嵌入式 Web服务器测试
• 5.9 现场通讯
• 第六章 单神经元控制器在液位控制中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 控制系统结构
• 6.3 实验结果与分析
• 6.4 结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢