逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片（DSP/MCU）为核心的电路系统，并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是，通用微处理芯片是为一般目的而设计，存在一定局限。为此，近几年来逆变器专用控制芯片（ASIC）实现技术的研究越来越受到关注，已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型，围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术，依次对专用芯片的系统功能划分，硬件算法，全系统的硬件设计及优化，流水线操作和并行化，芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型，以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程，同时给出了仿真结果，仿真表明此系统具有很好的动、静态性能，并且具有自动限流功能，提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上，制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格，完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学，详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程，概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上，进行了芯片系统功能划分，针对：DDS标准正弦波发生器，电压电流双环控制算法单元，硬件PI算法单元，SPWM产生器，三角波发生器，死区控制器，数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元，研究了它们的硬件算法，完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型，以此为基础，设计了一种应用于逆变器的，用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波，用相位累加器实现数控振荡器（DCO）功能的高精度二阶全数字锁相环（DPLL）。分析了“流水线操作”等设计优化问题，并针对逆变器控制系统中，控制系统算法呈多层结构，且层与层之间还有数据流联系，其执行顺序和数据流的走向较为复杂，不利于直接采用流水线技术进行设计的特点，提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术，有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题，分析了产生机理，并给出了常用的解决措施。
上传时间： 2013-05-28
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超声波电机(Ultrasonic motors，简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象，引入嵌入式系统理念，设计并制作了超声波电机的驱动控制系统，并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下： 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景，总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状，以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向，明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法，详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程，并总结了硬件、软件的调试过程。最后，对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心，频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器，具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节，其控制策略简单、易行，通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略，该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合，改善了模糊控制器稳态性能，使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间： 2013-07-16
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电力变压器是电力系统的重要设备之一，其安全运行对于保障电力系统的安全可靠运行意义重大。对变压器绕组进行状态检测和故障诊断，及时发现变压器的事故隐患，避免事故的发生，对提高变压器运行的安全可靠性，具有十分重要的意义。 本文分变压器绕组变形检测基础、嵌入式系统设计基础、硬件设计和软件设计四个部分。前两个部分主要介绍基础的背景知识:首先简要介绍了变压器绕组变形的几种测试方法与比较，重点介绍了频响法的诊断原理与模型；然后介绍了嵌入式系统的概念与组成，特别是Linux在ARM上的相关移植。后面的两个部分则在前面的理论基础上分别从硬件和软件介绍了如何实现基于嵌入式系统的变压器绕组变形测试仪:在硬件部分中，利用S3C2410A自带的USB控制器、LCD控制器、SD卡控制器，简化了系统设计，并针对系统需要设计了扫频信号发生器、数据高速采集与缓存等模块；在软件部分中，介绍了ARM基于Linux操作系统的I/O口、USB、LCD驱动的编写，以及相关应用程序的编写包括数据采集部分程序、LCD、串口通讯程序等，同时本文充分考虑了通讯环节可能引起的延迟问题以及提高系统资源利用效率等因素，提出了将系统设计成多进程的思路，并实现之。
上传时间： 2013-04-24
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基于TLC5615C的信号发生器（汇编）第一排四个键：分别对应四种波形； 第二排：所有键功能一样，点一下，周期变大一点，连续点啊点，周期继续变大（死）-_-.....； 第三排：与第二
上传时间： 2013-06-18
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音频管理组件(Audio Management Unit，AMU)是先进客舱娱乐与服务系统(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的组成部分，应用于飞机上音频资源的管理与控制。飞机运营对航空机载电子系统准确性、复杂性和安全性的高要求，使得其维修维护工作极大地依赖于自动测试设备(Automatic Testing Equipment，ATE)。本课题来源于实际工程项目， FPGA技术具备多种优点，将其与民航测试设备结合研制一个用于检测AMU故障的自动测试系统，该系统将对AMU自动完成部件维修手册(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所规定的全部功能、性能方面的综合测试。 本文首先概述音频管理组件、自动测试系统及其在民航领域的应用，并阐述了课题的背景、研究目标和相关技术要求；文章对可编程逻辑器件CPLD/FPGA的结构原理、硬件描述语言VHDL的特点以及MAXL+plusⅡ软件的设计流程进行了说明，重点阐述了基于FPGA的DDS信号发生器以及数据采集卡的设计实现、并着重阐述了ARINC429总线的传输规范，和基于FPGA的ARINC429总线接口的设计与实现。在ARINC429接口设计中采用自顶向下，多层次系统设计的方法，用VHDL语言进行描述。在发送器中利用了FPGA内部的分布式RAM创建异步FIFO，节约了FPGA的内部资源和提高了数据传输速度；在接收器中采用了提高抗干扰性的优化设计。测试结果表明基于FPGA的设计实现ARINC429总线数据通信的要求，使用方便，可靠性好，能够克服HS-3282芯片中的数据格式固定，使用不够灵活方便，价格昂贵的缺点。
上传时间： 2013-08-06
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变电站电压无功综合控制是通过自动调节有载变压器的分接头和投切并联补偿电容器组来实现的，它是确保电压质量和无功平衡、提高供电网可靠性和经济性的重要措施。采用九区图控制策略的电压无功综合控制，实际运行时存在着频繁调节变压器分接头和投切电容器组的缺陷，甚至可能会出现震荡现象。 本文针对上述不足，根据有功功率和无功功率的负荷预测曲线，以降损收益最大为适配值函数，以电压约束、电气极限约束和控制约束为约束条件，提出了一种改进的禁忌搜索算法。引入最低收益阈值来限制调节次数的增加，在此基础上建议了一种确定最佳调整次数的方法。还建议了一种有约束线性最小二乘算法，基于变电站内的量测数据以及变压器的参数来估计系统电压和系统阻抗参数。算例结果表明建议的方法是可行的，并且具有可以有效地减少调节次数的特点。基于ARM的LPC2292微控制器和嵌入式实时操作系统(μC/OS-II)，采用ADS1.2开发工具进行编程，实现了变电站内电压无功综合控制功能。软件模块开发主要包括：嵌入式实时操作系统(μC/OS-II)和图形用户界面GUI移植，数据读取任务，数据处理任务，电压无功控制任务，基于GPRS/CDMA的通讯任务、键盘扫描和液晶显示任务等。采用信号发生器产生电能信号，采用继电器的动作模拟变压器分接头档位的调节和电容器组的投切，构建了一个变电站内的电压无功控制模拟测试台，对提出的设计方案进行了全面的功能测试，测试结果表明提出的设计方案是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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从制成世界上第一台激光器开始，激光优异的单色性、方向性和高亮度特点引起了各界的关注。激光测距技术是目前应用较为广泛的一种激光技术，它与一般测距方法相比，具有操作方便，精度高和昼夜可用的优点。目前激光测距技术分成脉冲式和连续式两种类型，连续式测距系统随着近年来激光技术的发展逐渐引起人们的关注，在民用领域，尤其是在一些对数据的实时性要求不很高的系统中得到普遍应用。 小型化、智能化、高精度、对人眼安全是激光测距的发展方向，但是目前的测距仪普遍存在元器件较多、功耗相对较高、灵活性不够、适应能力不强、抗干扰能力不强等缺点，不利于整机的一体化和小型化设计。 基于上述局限性，本文提出一种新的思想，将数字信号处理技术应用到连续式相位激光测距技术中，具体是利用DDS(直接数字频率合成)技术产生用于调制激光器的正弦信号，利用FPGA与DSP技术实现高速数字化处理。该方法不仅克服了上面所述的缺点，而且还具有以下的优点：可以通过软件的方法改变调制频率，大大简化了测相电路，提高了使用的方便性：解决了激光连续测距中频率输出不稳定和相位抖动的问题，使测距仪的稳定性更高；采用DSP处理芯片对信号进行处理，处理速度更快，提高了实时性；采用FFT技术测相，不仅精度高，而且随着微电子技术的不断发展，精度还有上升的空间。 本文从理论和实验上验证了该测距方案的可行性。在采用实时取样补偿技术的情况下，该测距方案的测距精度可达到毫米量级，该测距方案设计新颖，系统受环境因素影响较小，可在恶劣环境下进行短距离(一般小于15米)的测量。实验结果表明，该设计方案基本上达到预期的指标要求。
上传时间： 2013-06-08
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近年来，在钢铁材质质量检测的研究领域，电磁无损检测方法以其非破坏性和简便快速的优点取得了大量成果，然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题.如用传统检测平台检测钢铁件硬度的检测精度和速度都不够理想。 基于上述情况，论文将先进的SOPC技术应用到钢铁件的电磁无损检测中。SOPC技术将处理器、存储器、IO接口、各种外围设备等系统设计需要的部件集成到一个可编程逻辑器件上，构建成一个可编程的片上系统。 论文详细论述了基于FPGA的电磁无损检测试验装置的理论基础，并在此基础上给出了总体设计方案。全文着重叙述了系统的模拟部分，系统配置以及软件部分的整个设计过程。利用QuartusⅡ自定义外设和Avalon总线多主并行处理的特点，采用Vefilog HDL，语言实现激励信号发生器和高速数据采集器，使得信号激励和信号采集在同一片芯片中实现，从而提高了信号及信号处理的精确度。由于电磁检测对多种参数的敏感反应，必须抑制由此引入的多种因素的干扰，利用FIR数字滤波和相关方法从众多的干扰信号中提取出有效信号的幅度和相位，同时利用NiosⅡC2H功能对滤波模块进行硬件加速处理，大大提高了信号处理的速度。利用最小二乘法建立回归方程模型进行无损检测。最后运用此电磁无损检测系统对轴承钢的硬度进行了定性测试，取得了较好的检测结果。 试验结果表明，将SOPC技术应用到电磁无损检测系统中，系统的检测速度和检测精度都有所提高，并使得整个系统在规模、可靠性、性能指标、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现了优化。
上传时间： 2013-06-04
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随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行，不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是从保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以经常监测和限制都是极为迫切的。谐波测量是谐波治理的重要前提条件，也是分析解决谐波治理问题的基本问题。国内外已有各种谐波检测的研究，形成了多种谐波检测方法，基于快速傅立叶变化的FFT是当前谐波检测中应用最为广泛的一种谐波检测方法。特别是经过技术补偿后的FFT算法，在谐波检测中具有更好的性能。但该方法在实现上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司产品)，其实时性不强，影响了检测性能。随着微电子技术和数字信号处理技术的发展，基于FPGA的数字信号处理具有高速、开发简便、易于形成ASIC等优势而得到了广泛的应用。论文在分析谐波测量方法的基础上，提出了基于FPGA实现电网谐波测量系统。以嵌入式处理器NiosⅡ为核心，实现了电网谐波分析的周期图功率谱分析方法。在整个系统硬件设计的基础上，主要完成了基-28点、16点、32的FFT模块、完成了求模运算模块以及输出显示模块。通过比较仿真得到的方波、正弦信号的谱结构与实际系统输出的谱结构，验证了该实现方法的正确性。
上传时间： 2013-06-30
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现场可编程门阵列器件(FPGA)是一种新型集成电路，可以将众多的控制功能模块集成为一体，具有集成度高、实用性强、高性价比、便于开发等优点，因而具有广泛的应用前景。单相全桥逆变器是逆变器的一种基本拓扑结构，对它的研究可以为三相逆变器研究提供参考，因此对单相全桥逆变器的分析有着重要的意义。 本文研制了一种基于FPGA的SPWM数字控制器，并将其应用于单相逆变器进行了试验研究。主要研究内容包括：SPWM数字控制系统软件设计以及逆变器硬件电路设计，并对试验中发现的问题进行了深入分析，提出了相应的解决方案和减小波形失真的措施。在硬件设计方面，首先对双极性／单极性正弦脉宽调制技术进行分析，选用适合高频设计的双极性调制。其次，详细分析死区效应，采用通过判断输出电压电流之间的相位角预测桥臂电流极性方向，超前补偿波形失真的方案。最后，采用电压反馈实时检测技术，对PWM进行动态调整。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了DDS标准正弦波发生器、三角波发生器、SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、电流极性判断(零点判断模块和延时模块)和反馈等模块的设计。针对仿真和实验中的毛刺现象，分析其产生机理，给出常用的解决措施，改进了系统性能。
上传时间： 2013-07-06
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