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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风能作为一种清洁可再生能源，发展迅速，已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。本文以863计划项目"MW级风力发电机组电控系统研制"为研究背景，介绍了1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统，研究了变流系统中逆变器的控制方法。 本文首先对风力发电进行了概述，介绍了我国和世界风电发展状况以及技术发展趋势。当今风力发电技术，大功率直驱化和双馈是两个发展方向，本课题1.2MW风力发电系统就是采用了永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式，中间省去了齿轮箱，减少了维护，具有较好的发展前景。 论文第二章首先对风轮机叶片的空气动力特性进行了分析，介绍了不同风速下风力发电机的控制策略。就直驱技术与变速箱/感应电机技术--目前风力发电领域变速恒频技术的两大发展方向作了较为详细的介绍分析。 在变流系统中，逆变并网是重要的环节，起到了将电能传输到电网的作用。文章中重点分析了三相并网逆变器的主电路结构、原理和工作方法，并进行了理论推导和公式说明。 本文对1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统的主电路参数的选择作了理论推导和计算，包括主电路直流侧电容，网侧电感，三重化升压电感，网侧滤波电容等，还确定了斩波和逆变部分所采用的开关管和六相整流所采用的二极管，并在额定正常工作情况下，分别计算斩波和逆变部分开关管的损耗和开关管的结温。 本课题采用瞬时电流法对并网逆变器进行控制。在实验中上确定了电压外环和电流内环的PI参数，顺利完成了闭环控制实验。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根据控制流程图对其控制进行了软硬件设计，实现了控制板上的信号采集、运算、故障检测、电路驱动等功能。并进行了小功率试验，得到了较好的电压电流波形，并对波形进行了详细分析，验证了本文采用方法的正确性。
上传时间： 2013-07-06
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随着永磁同步电机在许多领域得到广泛应用，对永磁同步电机的研究成为一种必然的发展趋势，具有实际的意义和价值。本文采用TI公司专用于电机控制的TMS320F240型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统的软件，并在改进的清华电机控制试验平台上进行了带机试验，结果验证了系统设计方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步电机的矢量控制理论，建立了永磁同步电机数学模型，并在此基础上讨论了永磁同步电机的矢量控制调速方案；然后，以清华电机控制试验平台为基础介绍了控制系统硬件结构，其中主要论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试。在硬件的基础上，软件采用汇编语言编程，实现了转速和电流双闭环矢量控制，并给出了系统主程序和PWM下溢中断处理程序流程图，永磁同步电机矢量控制的主要控制策略如转子相位的初始化、电流采样、速度位置采样、矢量坐标变换、sinθ、cosθ值生成、PI调节、空间电压矢量(SVPWM)模块等都是在PWM下溢中断服务子程序中完成的。为达到数值的统一，对软件中所采用的参数进行了定标。最后在基于硬件平台的基础上，对软件进行带机调试，试验表明电机能快速响应并跟踪给定转速，从而证明整个系统设计的正确性。 另外，本文还在MATLAB／SIMULINK的基础上，建立采用模糊神经网络控制器的永磁同步电机的仿真模型，仿真结果表明：该控制系统具有较好的位置响应和抗干扰能力强。 在论文的最后，对全文的工作做了总结。
上传时间： 2013-07-27
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60年代初，国际上首次将B超诊断仪应用于临床诊断，40多年来B超诊断仪的发展极为迅速。随着数字信号处理及计算机技术的发展，目前国际上先进水平的超声诊断设备几乎每一个环节都包含着数字信号处理的内容，研制全数字化的超声诊断设备已成为发展趋势。 @@ 基于FPGA及嵌入式操作系统的全数字超声诊断系统具有技术含量高、便携的特点，可用数字硬件电路来实现数据量极其庞大的超声信息的实时处理。 @@ 本文从超声诊断原理入手，在对超声诊断系统中的几个关键技术进行分析的基础上，重点研究开发超声诊断系统中数字信号处理部分的两个核心算法。以FPGA芯片为载体，在Quartus Ⅱ平台中采用Verilog HDL语言进行编程并仿真验证，分别实现了数字FIR滤波器及CORDIC坐标变换两个模块的功能。另外，采用Verilog HDL语言对应用于图像显示模块的SPI接口进行了编程设计，编译下载至FPGA中，最终实现了与ARM A8的OMPG3530板之间高速串行数据的传输。 @@ 采用在单片FPGA芯片内实现数字式超声诊断部分核心算法并与高性能ARMA8处理器相配合的数字信号处理解决方案，具有高速度、高精度、高集成度、便携的特点，为全数字化便携超声诊断设备的研制打下了基础。 @@关键词：超声诊断系统；FPGA；数字FIR滤波器；CORDIC算法；SPI总线
上传时间： 2013-07-07
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数字信息时代带来了“信息大爆炸”，使数据量大增，而数字图像数据更是如此，如果不对图像数据进行有效的压缩，那么图像信息的存储与传输将无法进行。显然，寻求一种高效的图像压缩系统具有很大的现实意义。 本文基于大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)和高速数字信号处理器(DSP)协同作业，来完成实时图像处理的系统设计。出于对系统设计上的性能和功耗方面的考虑，系统中FPGA 选用的是ALTERA公司的Cyclone系列芯片EP1C12Q240C8，DSP选用的是TI公司的55x系列芯片TMS320VC5502。该系统集图像采集、压缩、显示和存储功能于一体，其中DSP为主处理器负责图像处理，FPGA为协处理器负责系统的所有数字逻辑控制。FPGA和DSP的工作之间形成流水，并且借助于一片双口RAM(CY7C025AV-15AI)完成两者的通讯。结合FPGA和DSP自身的特点，本文提出一种新颖的信息通信方式，借助于一片双口RAM，其内部按其存储空间等分两块，利用乒乓技术完成对高速实时的图像数据缓冲。 该系统从视频采集、传输、压缩到图像存储等整个过程的工作，分别由FPGA和DSP承担。充分考虑到它们自身的优缺点，在满足系统实时性要求的同时，结构灵活，便于以后的扩展与升级。结果表明，在TMS320VC5502实现了对采集图像的JPEG压缩，效果良好且满足了实时性的要求，因此系统的功能得到了总体上的验证。 关键词：图像处理；FPGA；DSP；JPEG
上传时间： 2013-06-11
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近几年来，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术引起了人们的广泛注意，根据这项新技术，很多相关协议被提出来。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口满足IEEE 802.16标准的宽带无线通信系统，IEEE标准在2004年定义了空中接口的物理层(PHY)，即802.16d协议。该协议规定数据传输采用突发模式，调制方式采用OFDM技术，传输速率较高且实现方便、成本低廉，已经成为首先推广应用的商业化标准。 本文主要对IEEE802.16d OFDM系统物理层进行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上实现了基带算法。 首先讨论了OFDM基本原理及其关键技术。根据IEEE802.16d OFDM系统的物理层发送端流程搭建了基带仿真链路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系统在有无循环前缀(CP)、多径数目不同等情况下的性能变化。由于同步算法和信道估计算法计算量都很大，为了找到适合采用FPGA实现的算法，分析了同步误差和不同信道估计算法对接收信号的影响，并结合计算量的大小提出了一种新的联合同步算法，以及得出了LS信道估计算法最适合802.16d系统的结论。 其次，完成了基带发射机和接收机的FPGA硬件电路实现。为了使系统的时钟频率更高，采用了流水线的结构。设计中采用编写Verilog程序和使用IP核相结合的办法，实现了新的联合同步算法，并且通过简化结构，避免了信道估计算法中的繁琐除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc软件平台对程序进行设计、综合和仿真，并将仿真结果和MATLAB软件计算结果相对比。结果表明，采用16位数据总线可达到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式对基带系统进行了验证。通过串口通信从功能上表明该系统确实可行。 关键词：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估计；基带系统
上传时间： 2013-07-31
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随着通信技术的发展，视频传输系统因具有方便、实时、准确等特点已成为现代工业管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纤传输以大容量、保密性能好、抗干扰能力强、传输距离等优点越来越受人们的关注。本论文以FPGA为核心芯片，结合数字化技术和时分复用技术，提出了一种无压缩多路数字视频光纤传输系统设计方案，并详细分析方案的设计过程。 系统分A/D转换、D/A转换和FPGA数据处理三大模块化进行设计，FPGA数据处理模块实现了程序的配置下载、IO口的控制功能、各时钟分频、锁相功能和多路数字信号的复接解复接仿真，同时完成了视频信号的A/D转换和数字视频信号的D/A转换功能，最终实现了八路视频信号在一根光纤上实时传输的功能。接收视频图像轮廓清晰、没有不规则的闪烁、没有波浪状等条纹或横条出现，基本满足视频监控系统的图像质量指标要求。各路视频信号的输入输出电接口、阻抗和收发光接口均符合国家标准，系统具高集成度、灵活性等特点，能广泛应用于各场合的视频监控系统和安全防范系统中。 关键词：FPGA，光纤传输，视频信号
上传时间： 2013-06-05
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随着图像处理技术的不断发展，图像处理技术在国民经济和社会生活的各个方面都得到了广泛的运用。与此同时，人们对图像处理的要求也越来越高。传统的数字图像处理器件主要有专用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和数字信号处理器（Digital Signal Process）。进入20世纪以来，伴随着半导体技术的发展，现场可编程门阵列FPGA以其应用灵活、集成度高、功能强大、设计周期短、开发成本低的特点，越来越多地被应用在图像处理领域。大量实践证明，FPGA的并行处理能力与流水线作业能显著地提高图像处理的速度，因此基于FPGA的图像处理系统有着广阔的发展前景。 本文研究的是一个在嵌入式视频监控系统下的图像预处理子系统。首先实现了一个通用可重复配置的图像处理算法研究硬件平台，完成图像的采集、接收、处理、存储、输出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重复配置性，所以该架构的硬件平台可以很方便的升级和重复配置。其次在该平台上，本文使用Verilog HDL硬件语言在FPGA芯片上实现了多种图像预处理算法。在实现过程中，为了充分发挥FPGA在并行处理方面的强大功能，本文对算法做了一定的改进，使其尽量能使用并行处理的方式来完成。实验结果表明，本图像预处理系统能在毫秒级高速地完成多种图像算法，完全能够满足视频监控系统50帧/秒的输出要求。 最后根据视频监控系统在实际运用中出现的噪声类型多样化的情况，我们设计了一种基于反馈理论的图像处理效果控制模块。该模块能通过对处理后图像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA对下一幅图像的噪声采用更有针对性的图像处理方法。
上传时间： 2013-05-20
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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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