随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的示波器、信号发生器、逻辑分析仪和频谱分析仪等测量仪器已经应用到各个领域并且发挥着重要作用，但这些仪器昂贵的价格阻碍了它们的普遍使用。 本文针对电子测量仪器技术发展和普及的情况，结合用FPGA实现数字信号处理的优势，研究一种基于FPGA的辅助性独立电予测量仪器的软件系统。这种仪器可以作为数模混合电路测试和验证的工具，用来观察模拟信号波形、数字信号时序波形、模拟信号的幅度频谱，也可以用来产生DDS信号。在硬件选择上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平台来实现单片DSP系统，这种芯片成本低廉、工作速度快、技术兼容性好；在软件设计上，采用基于FPGA的可编程数字逻辑设计方法，这种方法具有开发难度小、功能扩展简单等优点。设计中采用的关键技术包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL设计、数据采集、数据存储、数据处理以及数据波形的实时显示。对这些技术的研究探讨不仅有理论研究价值，在科学实验和产品设计中同样具有重要的实用价值。系统的设计以低资源、高性能为目标，设计中采用了科学的模块划分、设计与集成的方法，在保持原四种信号处理功能不变的前提下，尽量多的节约各种FPGA资源，为实现低成本的辅助电子测量仪器提供了可能。
上传时间： 2013-06-05
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现场总线技术是当前自动化技术中的一个热点，但目前国际上常用的多种现场总线协议均由世界级厂商提出和垄断。CAN总线是公认的最具发展前景的现场总线之一，其应用层协议有国外公司的CANopen和DeviceNet，由广州致远电子推出的现场总线iCAN协议以其简洁方便的特点受到广泛关注，尤其得到国内用户的积极相应。为了在高校的现场总线教学中推广具有我们国家自主知识产权的现场总线应用，需要为学生提供一套功能完善、综合性强的基于iCAN协议现场总线技术的实验室教学系统。本课题正是针对这一问题而构建基于现场总线iCAN协议的综合测试系统，力求使学生通过该系统的学习掌握现场总线iCAN协议相关知识，为将来快速进入相关工作岗位打下基础。 本文首先介绍基于现场总线iCAN协议综合测试系统的研究背景、目的及其意义，详细介绍了现场总线技术和CAN总线的相关知识，对iCAN协议进行了详细的介绍和分析。所设计的基于现场总线iCAN协议的综合测试系统由基本系统和扩展系统两部分构成。基本测试系统设计面向基本的标准实验设备，利用广州致远的iCAN系列功能模块构成；扩展系统设计面向测试系统的综合性设计，实现iCAN网络与其它控制网络如PLC网络的互连，并通过CANET-100转换器实现iCAN总线与上位PC机的通信。测试系统的上位监控界面设计采用工业组态软件MCGS完成，MCGS与总线的数据交互采用OPC方式实现。通过OPC实现iCAN网络与MCGS间的数据传输。在完成基于现场总线iCAN协议综合测试系统的基础上，本文还进一步讨论了如何采用基于DSPTMS320LF2407A主控芯片设计iCAN综合数据采集卡，叙述了其整体设计思想， 给出了具体的硬件和软件设计以及如何实现对iCAN协议的解析。本文的最后通过设计三个实际的实验例子，进一步展示了系统的构成和功能。 综上所述，该测试系统由基本测试系统和综合测试系统构成，并提供iCAN综合数据采集卡的设计方法和三个实验例程，可为学生提供分层学习、综合学习以及设计开发平台，实践证明该系统具有良好的新颖性和实用性。本课题研究的测试系统模式同样适用于其它工业现场总线测试系统。 关键词：CAN总线，iCAN协议，DSP，PLC，组态软件
上传时间： 2013-04-24
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本文设计的变频调速恒压供水系统由上位机、PLC、变频器、压力变送器等组成。本系统包含三台水泵电动机，采用通用变频器来实现对三相水泵电动机组的软启动和变频调速，运行切换采用“先开先停”的原则。压力变送器检测当前水压信号，送入PLC与设定值经PID比较运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机组的转速来改变供水量，最终保持管网压力恒定在设定值附近。把模糊控制算法引入到控制系统中，从而改善了系统的静动态特性。 模糊控制是一种不依赖于被控过程数学模型的仿人思维的控制技术。它可以利用领域专家的操作经验或知识建立被控系统的模糊规则，有较好的知识表达能力。但传统的模糊控制同PID算法一样，均为“事后调节”，因而对大迟延对象的控制效果不是很理想。预测控制的核心是不仅注意过去及现在的目标值，而且注意将来的目标值，使受控量和目标值的偏差尽可能地小，从而提高系统的控制性能。预测控制和模糊控制是各自独立发展起来的两类控制方法，在二者充分发展的基础上，提出将预测的思想和模糊的思想结合起来，形成一种新的控制方法——模糊预测控制FPC。 本文将FPC技术应用于供水系统，设计出自调整修正因子模糊PID控制器，克服了传统PID控制设计中的参数调整困难的问题。模糊PID控制是在大误差范围内采用模糊控制，以提高动态响应速度；在小误差范围内采用PID控制，引入积分控制作用以消除静态误差，提高控制精度。本设计通过变频调速实现恒水压控制，并针对系统的时滞特点采用Smith预估控制器进行补偿。利用Matlab对其模型进行仿真，仿真结果与传统控制算法相比较，该算法具有鲁棒性好，实现简单，易于在线调整等优点，系统响应曲线没有超调，系统的建立时间比较短，抗干扰能力强。 通过对上位机和PLC之间通信的分析和研究，完成了上、下位机的通信设置，给出了上位机监控程序编写方法，通过通信模块实现了对供水系统的远程监控及故障报警。 所开发的系统将FPC与PLC相结合，克服了传统的调节器的缺点，充分发挥了PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点，提高了控制的精确度。实验结果表明，该系统能对异步电动机转速实现精确控制，实用性强，具有一定的推广价值。
上传时间： 2013-05-19
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船舶自动操舵仪又称自动舵，用来保持船舶在给定航向或航迹上航行，是船舶操纵的关键设备。船舶自动舵尚没有专用的故障诊断系统，当前的维修方法不能满足快速保障和应急保障的需要。本文结合某型自动舵微机通道故障诊断科研项目，重点论述某型自动舵数字控制系统的故障诊断设计与实现，研究了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统和基于支持向量机的船舶自动舵模拟电路故障诊断方法。 对某型自动舵充分调研，在了解系统软、硬件的总体技术要求和指标的基础上，建立检测对象的数学模型和物理模型。确定故障检测的对象特点，为系统故障仿真、参数辨识做好准备，并为后续的故障检测、诊断方法研究提供了参考。 结合某型自动舵数字控制系统实际情况，确定其故障诊断系统采用分层递阶结构。系统底层为基于嵌入式微处理器的信号检测单元，负责获取微机通道的总线控制权以及信号预处理；系统中间层为通讯子系统，负责对底层多个检测单元信息集中传送；系统顶层为故障诊断和显示子系统，负责对微机通道的信息进行综合评价，得出最终诊断结论。 船舶自动舵系统结构繁杂，很多故障很难用精确的公式将它表示出来，提出了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统，提高了自动舵故障诊断准确性。该系统将模糊数学、模糊诊断原理及专家经验相结合，采用模糊产生式知识表示法，确定模糊关系矩阵及语义距离，设计相关硬件平台，实现了船舶自动舵故障诊断模糊专家系统的各个功能模块。 为解决船舶自动舵模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题，提出了基于支持向量机的故障诊断方法。该方法通过电路仿真分析，给出了各故障模式下电压频率响应，提取具有代表性的故障特征，建立了以支持向量机为基础的模拟电路故障诊断模型。实验结果证明，该方法可有效诊断模拟电路中的元件故障，且对于元件容差引起的故障诊断模型的不确定性具有较强的鲁棒性，满足非线性电路的故障诊断要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。 太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。 首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。 其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。 再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。
上传时间： 2013-05-18
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目前，能源危机与环境污染已经备受关注，被各个国家提上纪事日程。在众多的新能源中，风能以它可再生、清洁、无污染等特点受到人们的青睐。在风力发电技术上也从独立型逐渐向并网型转变，因此并网技术已成为主流。由于变速恒频具有发电量大，对风电场风速的变化适应性好具有较高的叶尖速比等优点，所以变速恒频必然会取代恒速恒频。实现变速恒频的风力发电机组有很多种，其中永磁同步直驱式风力发电机由于不需要齿轮箱，因而改善风能转换效率，减小维护，降低了噪音，提高可靠性，本文以永磁同步直驱式发电系统为研究对象。 本文针对永磁同步直驱式发电双PWM变换器系统，首先在对变速恒频理论研究的基础上，对风力机的数学模型进行了分析，完成了对风力机的最大风力跟踪模拟仿真。由于发电机发出的电随着风速的不断变化，因此就靠控制变换器来实现恒压恒频的电压并送入电网。其次在对永磁同步发电机和变换器的数学模型研究的基础上提出了对整流侧和电网侧变换器分开控制，控制整流器来控制发电机的转速，控制逆变器来实现稳压和恒频的向电网输送电压。并对逆变器侧的直流电容和电感选值给出了范围，在这些理论基础上对逆变器进行了MATLAB/SIMULINK仿真，给出了仿真结果。在前面理论分析的基础上，针对逆变器部分做了硬件和软件的设计。选用智能功率模块(IPM)作为逆变器，采用霍尔电压、电流传感器实现了对电压电流的采样，控制器选用TMS320F2407A，并制作了对采样信号处理电路板、PWM信号处理电路板和传感器电路板，编写了程序。
上传时间： 2013-06-17
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作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
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任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。 在实现过程中，本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具QuartusⅡ并结合Verilog—HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，可输出步进为0.01Hz，频率范围0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通过实验结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现任意波形发生器的方法是可行的。
上传时间： 2013-08-03
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对一些信号的监测尤其是对电压、电流、温度等模拟量的监测有着很广泛的应用，通过监测到的数据，可以对系统相关设置进行及时调整，为人们的生产生活带来便利与保证。 系统采用Actel公司先进的模数混合FPGA以及Actel公司的SOPC设计解决方案，单芯片实现以CortexMI处理器为核心的片上监测系统。它可以完成对电压、电流、温度等模拟量的监测，系统模拟模块将采集到的数据ADC后送给处理器Cortex-MI进行处理，通过串行口，以太网口和OLED，实现与PC主机交互，板上实时显示以及远程主机检测功能。借助于Actel的先进的新型fusion模数混合FPGA器件，单芯片实现可直接对外部模拟信号进行处理的数模混合系统，简化了设计；对电压，电流，温度等模拟量的测控在日常生活中有很重要的意义，该系统在智能家电，电源监控以及微控制器等领域有广泛的应用前景。 本文研究的主要内容包括： 1.对现有嵌入式设计方法进行比较，确定系统设计目标并选择SOPC方案设计系统； 2.系统硬件平台设计； 3.系统软件设计。
上传时间： 2013-06-14
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随着科学技术的快速发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。通用串行总线USB作为一种新型的微机总线接口规范，以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而被广泛地应用于数据采集系统中。现场可编程门阵列最大的特点是结构灵活，开发周期较短，适合于实时信号处理，已被广泛应用于通信、数据采集、图像处理等诸多领域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述优点，设计了一种基于USB2.0技术和FPGA技术相结合的高速数据采集系统。 @@ 首先，对数据采集基本理论及系统相关技术进行了简单地介绍。 @@ 其次，对以ADC转换器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)为控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，简称FX2)为主的数据采集系统进行了硬件设计和分析，并在此设计的基础上给出相应的原理图、PCB。硬件设计主要包括FPGA与ADC和FX2之间的接口电路设计以及硬件逻辑设计。 @@ 再次，根据系统需求，对系统软件部分进行了设计，分三部分：一是为满足FX2在USB上的最大传输速率而编写的固件程序；二是在PC机中的WindowsXP系统下利用GPD编写USB设备驱动程序；三是充分了解FX2的主要功能特点，并编写出应用程序。 @@ 最后，对系统的软硬件进行了调试，给出了调试结果和分析，对出现的问题给出了解决方案。结果表明，系统符合设计要求。 @@关键词：USB2.0；FPGA；SOPC；数据采集；固件；
上传时间： 2013-06-21
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