随着电力电子变流技术的不断发展，各种先进的控制技术层出不穷。控制器也从过去的模拟电路时代逐渐进入到全数字控制时代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在实现复杂算法时往往难以满足系统要求的快速性与实时性的要求，FPGA的出现为解决这个问题提供了一个新的方向。 本文首先对三相PWM整流器系统进行了研究。在查阅大量国内外文献资料的基础上，对整流器及其控制器的国内外发展现状及研究趋势做了详细的研究，并对课题研究的意义有了更深入的认识。接下来对三相电压型整流器的拓扑结构、数学模型、整流器的控制技术进行了分析。文中所采用的滞环电流控制算法具有结构简单，电流响应速度快，不依赖系统参数，系统鲁棒性好的特点。运用matlab仿真软件，对该控制方法进行了仿真。然后对FPGA的发展历程、应用、分类、开发工具、语言等内容进行了介绍。最后对滞环控制算法进行了模块划分，将其划分为PI算法模块，限幅与指令电流生成模块，滞环比较模块，PWM脉冲生成及死区保护模块，AD控制及数据储存模块，并在Quartus II软件环境下，使用VHDL语言通过编程实现模块化设计。实践证明，采用FPGA来实现PWM整流器控制算法是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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串行数字接口SDI是目前使用最广泛的数字视频接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267标准制定的，己经被世界上众多数字视频设备生产厂家普遍采纳并作为标准视频接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换矩阵和数字光端机等场合。 以往的SDI接口在实现方法上有成本高、灵活性低等缺点，针对这些不足，本文在研究串行数字接口工作原理的基础上，提出了一种基于FPGA的标清串行数字接口(SD-SDI)的设计方案，并使用SOPC Builder构成一个Nios II处理器系统，将SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA内部，从而提高系统的集成度，使之具有视频数据处理速度快、实时性强、性价比高的特点。具体研究内容包括： 1.在分析SDI接口的硬件结构和工作原理的基础上，提出了串行数字接口的嵌入式系统设计方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片内部配置以及驱动电路、均衡电路、电源电路等硬件电路设计。 2.采用软逻辑方法实现SDI接口的传输功能，进行了具体的模块化设计与仿真。 3.引入Nios II嵌入式软核处理器对数据进行处理，设计了视频图像数据的采集程序。 该传输系统以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8为核心芯片，通过发送和接收电路的共同作用，能够完成标清数字视频信号的传输，初步确立了以SDI接口为数据源的视频信号传输系统的整体模式和框架。
上传时间： 2013-04-24
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现代家庭中单相供电的用电设备如电脑、电视机、冰箱等都具有非线性特性，都会产生谐波污染电网。本文针对这一现象研究了单相并联电压型有源电力滤波器（APF），设计了一个APF控制系统来产生与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，并使补偿电流实时地跟踪谐波电流，从而消除谐波电流达到净化电网。 本文对提出的APF控制系统从模拟和数字两个方面进行了深入的研究。 首先，设计了APF的主电路结构，确定了系统中电感电容等元件参数，并根据仿真结果系统地分析了参数变化对系统补偿效果的影响，然后根据补偿效果选择最佳的参数值。 其次，针对控制系统要求，选用适合系统的电流电压PI双环控制系统，通过参数优化后得到了控制器的最优参数，使控制效果达到最优。并从理论上详细分析了无差拍控制算法。 最后，利用滞环比较原理制作了10KHz的三角波发生器，用于PWM调制电路。在对硬件描述语言以及FPGA设计流程深入理解的基础上，利用Verilog语言实现了双环PI控制器和PWM发生电路的数字化，使得有源电力滤波器补偿精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非线性负载。
上传时间： 2013-07-27
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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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根据交通部公布的数据，交通事故呈逐年上升趋势，交通事故不仅给公民的财产造成了损失，而且给公民的人身安全也会造成威胁。因此如何更好地避免交通事故成为一个焦点课题，汽车安全系统更是成为汽车生产商和研究机构的研究热点。 当前汽车安全系统有两大种类：一是被动式安全系统。例如：安全带，安全气囊等。二是主动式安全系统。主动安全系统又分为主动被动式和主动自动式。前者有ABS等。后者有汽车自动防撞系统和倒车雷达等。 本文采用激光测距系统，开发一种汽车在高速公路上行驶的主动式防撞系统，本文的重点是开发测距预警系统，采用专门的激光测距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片，对前车进行有效的监控，根据检测得到的数据，实时提出建议和报警，提醒驾驶员减速或者采取制动措施，从而达到预防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下几个方面： 1) 在比较分析激光、雷达和毫米波等测距方法的基础上，根据市场需求及潜在用户分析，确定采用激光脉冲测距方式。针对激光脉冲测距存在的技术难题，提出以FPGA作为系统核心控制模块的测距系统设计方案。 2) 根据对车载动态测距系统测量精度、测量频率和测量范围的基本要求，结合脉冲激光测距的特点，提出采用多头脉冲激光测距和多周期脉冲测量的技术方案。该方案可有效提高系统测距精度和测量范围，降低系统成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多头脉冲激光测距系统的各功能模块的详细设计、功能仿真、综合优化及板级测试实验。实验表明，各主要功能模块基本达到预期设计要求，为测距系统的后期开发奠定了基础。 4) 完成了激光测距传感器外围光电转换电路、电源转换电路及通讯接口的设计、制作、安装及实验室调试。 5) 最后对论文研究工作进行了总结，提出了系统的不足之处和进一步研究工作的方向。
上传时间： 2013-05-27
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-25
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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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随着技术的飞速发展，电力电子装置如变频设备、变流设备等容量日益扩大，数量日益增多。由于非线性器件的广泛使用，使得电网中的谐波污染日益严重，给电力系统和各类用电设备带来危害，轻则增加能耗，缩短设备使用寿命，重则造成用电事故，影响安全生产，电力谐波已经成为电力系统的公害。除了传统的滤波方法，例如，无源滤波、改变系统的拓补结构来抑制谐波外，人们已广泛应用有源滤波器(APF)来消除注入电网的谐波，而实现有源滤波策略的前提就是能够实时、精确地检测出谐波电流。谐波检测是谐波研究中的一个重要的分支，是解决其他相关谐波问题的基础，因此进行谐波检测的研究具有重要的理论意义和实用价值。设计一种精度高、实时性好且适用范围宽的谐波电流检测方法是国内外众多学者致力研究的目标。 本文主要从谐波检测理论和实现方法上探讨了高精度、高实时性谐波检测数字系统的相关问题。论文中阐述了电力系统谐波的相关概念和产生原理，并分析了电力谐波的特点，对国内外各种谐波检测方法进行了分析和研究。在检测理论上，本文采用FFT理论来计算谐波含量，研究了Radix-2 FFT在谐波检测中的应用，综述了可编程元器件的发展过程、工艺发展及目前的应用情况，并介绍了一种主流硬件描述语言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200为硬件平台，以ISE6.0为软件平台，利用VHDL语言描述的方式实现了512点16Bit的快速傅立叶变换系统，并进行了仿真、综合等工作。仿真结果表明其计算结果达到了一定的精度，运行速度可以满足一般实时信号处理的要求。
上传时间： 2013-06-02
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随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用,例如广播电视的数字化、网络视频、监视监控系统等. 视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体时代占据着重要的位置.设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义. 本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,提出了本次设计的目标: 完成基于PCI总线的高分辨率图像采集卡设计.然后简单介绍了本次设计用到的基本理论:数据采集理论,特别说明了采样和量化的定义与区别,以及量化的几种方式和量化与AD技术之间的关系. 图像采集系统的基本构成,是以数字信号处理器为核心,控制外围的A/D、D/A转换器和外围存储器.本文对比了当下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作为数字处理核心的优缺点,并根据系统实际需要,选用FPGA作为数字信号处理器.然后列举了几款常用A/D视频芯片,还介绍了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系统的整体设计方案. 图像采集卡的硬件设计分为A/D前端模拟通道设计和FPGA数字信号传输及外围电路设计.本文重点介绍了A/D芯片外围电路连接和使用方法,对PCI总线和它的控制电路也做了详细阐述.对图像采集卡的PCB布局布线也有详细说明. 图像采集卡FPGA内部程序构成也是本文的一个重点.本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,数据暂存模块,即SDRAM读写控制模块,数据处理模块和数据传输模块,即PCI控制模块.重点在于对的SDRAM的连续读写控制和各个模块间的协调工作.说明了.A/D采集数据从接收到存储详细过程,以及对SDRAM读写状态机和PCI总线的操控. 最后介绍了硬件调试和FPGA程序验证结果.详细说明了以Modelsim为平台的前端功能仿真和后端时序仿真,以及以SignalTapⅡ为平台,程序下载到FPGA中进行的实时验证.结果表明整个图像采集系统基本达到了系统设计中所给出的性能指标,证明了整个系统设计的正确性和合理性.
上传时间： 2013-04-24
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数字存储示波器（DSO）上世纪八十年代开始出现，由于当时它的带宽和分辨率较低，实时性较差，没有具备模拟示波器的某些特点，因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及半导体存储器（RAM）的发展，数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高，在工程测量中，越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。 本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz，分辨率为8Bits，实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析，提出了FPGA＋ARM架构的技术方案。然后，本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块，包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计，数据处理模块软件的设计，以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。 本文在分析了传统DSO架构的基础上，提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上，国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500，利用其双边沿采样模式（DES）实现对单通道1GHz的采样速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元，提高了系统的集成度和稳定性。其中，FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取，处理单元完成对数据正弦内插的计算，而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成，不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源，而且降低了整机成本，也减少了电路规模。 最后，利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试，并分析了数据中的坏数据产生的原因，提出了解决方案, 并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
上传时间： 2013-07-07
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