如今电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。现场可编程门阵列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护(升级)等显著优点。与单片机和DSP相比，FPGA的频率更高、速度更快，这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要。因此，在越来越多的领域中FPGA得到了日益广泛的发展和应用。 本文提出了一种采用现场可编程门阵列(FPGA)器件实现数字化变频调速控制系统的设计方案。该系统能产生三相六路正弦脉宽调制（SPWM）波形；调制频率范围为0～4KHZ，分7级控制；16位的速度控制分辨率；载波频率分8级控制，最高可达24KHZ；系统接口兼容Intel系列和Motorola系列单片机；该系统控制简单、精确，易修改，可现场编程；同时具有脉冲延时小、最小脉冲删除、过压和过流保护功能等特点，可应用于PWM变频调速系统的全数字化控制。文中对方案的实现进行了详细的论述，主要包括系统设计的理论分析，系统结构设计及在FPGA硬件上的实现，最终验证了该控制系统的可行性和有效性。 数字化设计是本系统的特点，系统最终生成的三相SPWM脉冲是基于三相正弦调制波和三角载波比较得到的。设计时，充分结合FPGA器件的结构特点，利用一种改进结构的数字控制振荡器（NCO）来产生正弦波样本，在一定程度上解决了传统NCO产生正弦波的精度和频率相互制约的问题；把分时复用数字通信原理结合到系统的设计中，设计出分时运算电路，使得系统在同步时钟下，生成三相正弦调制波而不影响系统的速度，同三角载波逻辑比较后，最终得到三相SPWM脉冲序列。
上传时间： 2013-07-05
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高速公路隧道属于特殊路段，隧道洞内外环境差别非常大，需要在隧道内设置电光照明，以消除司机的“暗适应"与“明适应’’视觉问题，保证隧道行车安全。而当前的大部分高速公路隧道照明控制系统简单，照明光源舒适度不高，未根据洞外环境亮度，综合车速车流量及洞内烟雾浓度等因素，实时调节隧道洞内照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的问题，给行车安全带来隐患，造成能源浪费，不符合设计规范和国家节能的政策要求。 本文介绍了当前隧道照明的发展及照明灯具智能控制的研究状况，针对当前隧道照明的控制系统存在的问题，给出了基于ZigBee的隧道照明无线控制系统的 架构；分析比较了当前各种隧道照明光源的特点，针对当前普遍采用的高压钠灯照明和新兴的LED灯照明做了详细的经济效益对比，根据系统使用寿命周期内的性价比，选择大功率LED作为隧道照明灯具；在分析ZigBee协议及组网流程的基础上，设计了基于ZigBee技术的簇树型隧道照明无线测控网络，系统采用CC2430无线模块作为网络节点的硬件解决方案，对网络中的协调器、路由器及终端节点的组网及其数据处理流程进行了详细设计；设计了利用ZigBee技术作为控制命令和数据传输的可调光LED灯具，满足所提出的控制系统对灯具的要求：针对隧道照明控制参数及灯具光效难以建立精确数学模型的特点，系统采用基于专家经验的隧道照明的模糊控制算法，设计了隧道照明控制程序，并嵌入到利用WinCC设计的隧道照明的控制系统中。论文最后对所设计的系统进行了测试，验证了系统的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。
上传时间： 2013-07-12
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低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来，低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案，在国内外掀起了一个新的研究热潮。电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落，而且还存在开关噪声和窄带噪声，因此在电力线通信系统中，信道编码是不可或缺的重要组成部分。 本文着重研究了在FPGA上实现OFDM系统中的信道编解码方案。其中编码端由卷积码编码器和交织器组成，解码端由Viterbi译码器和解交织器组成，同时为了与PC机进行通信，还在FPGA上做了一个RS232串行接口模块，以上所有的模块均采用硬件描述语言VerilogHDL编写。另外，峰值平均功率比(PAR)较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要考虑如何降低大峰值功率信号出现的概率。本文重点研究了三种降低PAR的方法：即信号预畸变技术、信号非畸变技术和编码技术。这三种方法各有优缺点，但是迄今为止还没有一种好方法能够彻底地解决OFDM系统中较高PAR的弊病。本论文内容安排如下：第一章介绍了课题的背景，可编程器件和OFDM技术的发展历程。第二章详细介绍了OFDM的原理以及实现OFDM所采用的一些技术细节。第三章详细介绍了本课题中信道编码的方案，包括信道编码的基本原理，组成结构以及方案中采用的卷积码和交织的原理及设计。第四章详细讨论了编码方案如何在FPGA上实现，包括可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构特点，开发流程，以及串口通信接口、编解码器的FPGA设计。第五章详细介绍了如何降低OFDM系统中的峰值平均功率比。最后，在第六章总结全文，并对课题中需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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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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在工业过程中，许多对象具有滞后特性，由于纯滞后的存在，使得系统的超调量变大，调节时间变长。因此滞后过程被公认为较难控制的对象，而且纯滞后占整个动态过程的时间越长，难控的程度越大。所以大纯滞后对象的控制一直是困扰自动控制和计算机应用领域的一大难题。而这类对象又广泛存在于石油、化工、酿造、制药、冶金等工业生产过程中。因此对该问题的研究具有重大的实际意义。 传统的PID配合Smith预估补偿器的控制方法，对模型误差反映比较灵敏，当存在建模误差或干扰时，控制效果并不能取得令人满意的效果。近年来随着模糊控制、神经网络控制等智能控制研究的不断深入，有些学者将它们与Smith预估控制、PID控制及预测控制等相结合，提出了针对不确定大滞后系统的新的控制方法。虽然有些控制方案效果不错，但系统的复杂程度和调试难度也随之增加。因此设计简单、快速、可靠的控制器，仍是一个重大课题。 本文首先介绍了大滞后过程的控制特点，概述了常用的大滞后过程的控制方法及其优缺点。接着概要地介绍了嵌入式系统的优点、发展历史、现状及前景。并针对性地介绍了ARM控制器的概况以及它的应用领域。然后本文针对大滞后对象提出了自抗扰控制器与Smith预估补偿器相结合的设计方案。通过仿真对比了本方案、PID配合Smith预估补偿器及单一的自抗扰控制器的控制效果，表明自抗扰控制器与Smith预估补偿器的结合有效地改善了大滞后对象的控制效果，增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。为验证该控制方案的实际控制效果，我们以PCT-II型过程控制实验装置中的具有大滞后特性的盘管内部的温度为被控对象，以JX44BO开发板作为主要的控制平台设计并完成大滞后控制实验。所以接下来本文介绍了实现这个嵌入式温度大滞后控制系统所涉及到的硬件平台、系统框图以及实验内容。然后本文介绍了嵌入式控制平台的控制界面以及各个主要功能的程序的实现，以及远程客户端程序在以太网通讯方面的程序实现和远程客户端程序的操作界面。最后本文给出了本次实验的参数设置以及最终的实验结果。实验结果表明在实际应用中本文所提出的方案对于大滞后对象具有较好的控制效果。
上传时间： 2013-06-11
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随着计算机、通信、电子技术的进步，嵌入式系统和以太网技术的融合将成为嵌入式技术未来的重要发展方向。基于ARM的嵌入式系统由于具有低功耗、高性能、低成本、可以进行多任务操作等优点，在控制领域得到了越来越广泛的应用。 本选题来自中山大学与北京航天五院合作研制的流体网络系统地面原理样机控制器设计项目。论文研究的主要目的是利用基于ARM920T内核的嵌入式微处理器AT91RM9200融合多传感器设计一种可以在地面实验室环境中可靠运行的数据采集与温度控制系统。 本文从嵌入式测控系统的硬件实现和软件设计两方面进行分析。在硬件设计上，主控制板以Atmel公司生产的AT91RM9200 CPU为核心，主要包括串口模块、存储模块、以太网接口模块、基于SPI串行接口设计的数据采集模块（A/D）、基于I2C接口设计的PID控制信号输出模块（D/A）和采用PIO接口设计的开关控制输出模块等电路，其中后三个模块承担了流体网络回路的传感器数据采集，关键点的温度控制和多路电磁阀的开关控制等任务，后文将重点介绍。在软件设计方面，主要分两个方面进行讨论，分别为主控制器上基于嵌入式Linux系统的软件和上位机采用Visual C++编写的监控软件。主控制器软件采用多线程进行设计，包括主线程、服务器子线程和数据采集子线程，三个线程同时运行，提高了系统的运行效率。上位机和主控制器通过接入以太网中，然后由服务器线程和上位机客户端利用socket套接字实现通信。同时上位机软件也提供形象美观的图形用户界面，配合主控制器实现特定的温度、流量和压力监控。 本论文设计的嵌入式测控系统充分利用了AT91RM9200内嵌的的强大功能模块，包括SPI接口模块和I2C接口模块等，可广泛应用于控制领域。对该系统的一些研究成果和设计方法具有一定的先进性和良好的实用性，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-06-30
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该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.
上传时间： 2013-07-03
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开关磁阻电机驱动系统(SRD)是一种新型交流驱动系统,以结构简单、坚固耐用、成本低廉、控制参数多、控制方法灵活、可得到各种所需的机械特性,而备受瞩目,应用日益广泛.并且SRD在宽广的调速范围内均具有较高的效率,这一点是其它调速系统所不可比拟的.但开关磁阻电机(SRM)的振动与噪声比较大,这影响了SRD在许多领域的应用.本文针对上述问题进行了研究,提出了一种新型齿极结构,可有效降低开关磁阻电机的振动与噪声.通过电磁场有限元计算可看出,在新型齿极结构下,导致开关磁阻电机振动与噪声的径向力大为减小,尤其是当转子极相对定子极位于关断位置时,径向力大幅度地减小,并改善了径向力沿定子圆周的分布,使其波动减小,从而减小了定子铁心的变形与振动,进而降低了开关磁阻电机的噪声.静态转矩因转子极开槽也略微减小,但对电机的效率影响不大.开关磁阻电机因磁路的饱和导致参数的非线性,又因在不同控制方式下是变结构的.这使得开关磁阻电机的控制非常困难.经典的线性控制方法如PI、PID等方法用于开关磁阻电机的控制,效果不好.其它的控制方法如滑模变结构控制、状态空间控制方法等可取得较好的控制效果但大都比较复杂,实现起来比较困难.而智能控制方法如模糊控制本身为一种非线性控制方法,对于非线性、变结构、时变的被控对象均可取得较好的控制效果且不需知道被控对象的数学模型,这对于很难精确建模的开关磁阻电机来说尤其适用.同时,模糊控制实现比较容易.但对于变参数、变结构的开关磁阻电机来说固定参数的模糊控制在不同条件下其控制效果难以达到最优.为取得最优的控制效果,该文采用带修正因子的自组织模糊控制器,采用单纯形加速优化算法通过在线调整参数,达到了较好的控制效果.仿真结果证明了这一点.
上传时间： 2013-05-16
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在实际工程中，往往有大量分布广泛的现场数据需要远程采集传输。数据采集传输系统已经在实现自动化过程中发挥了重大作用。但还存在采集通道少、速率低、数据传输方式不灵活，操作复杂，对测试环境要求较高等问题。如何建立起新一代灵活、高效、高速、多通道、实用性强、覆盖面广、适应复杂监测环境的数据采集传输系统成为一个重要的工程问题。 随着社会的发展和进步，环境和生态的恶化越来越明显，日益威胁着人类的生存和发展。环境监测是环境保护的重要组成部分和基础性工作。国家环保部于2008年制定了《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》。本文在分析数据采集传输系统研究现状和发展趋势的基础上，依照该标准，研究了一种多种信号标准兼容，多种采集通道可选的环境监测用数据采集传输系统。课题来源于济南大陆机电有限公司委托科研项目(项目编号：W0624)。本文主要进行了以下工作： (1)分析研究数据采集传输系统的重要意义。调研数据采集传输系统的研究现状和发展趋势。分析环境监测用数据采集传输系统的特点。 (2)以国家环境保护部制定的《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》为依据，分析了环境监测用数据采集传输系统的特殊功能需求，制定了系统技术参数。为解决系统核心板与功能板架构存在的接口防震性差，系统不稳定等问题，提出功能主板与扩展接口板的系统架构。选用ARM9处理器S3C2440和嵌入式linux操作系统。 (3)以开发达到环保标准的数据采集传输系统为目标，进行了系统硬件设计制作。分析了系统的地址空间。详细分析了系统的扩展接口分配和地址空间分配，避免了总线等硬件资源的冲突。基于系统功能主板的总线扩展接口和GPIO扩展接口扩展了开关量采集单元、开关量输出单元、串口单元、模拟量采集单元、人机交互单元等功能单元等电路。设计制作了印制电路板。 (4)研究嵌入式linux开发过程，分析嵌入式linux驱动与应用程序架构。构建了交叉的嵌入式linux开发环境。对环境监测用数据采集传输系统的特定功能单元进行软件开发。主要进行了总线操作、模拟量采集、RS-232串口数据传输、GPRS数据传输、智能仪表的RS-485通讯等驱动应用程序开发。
上传时间： 2013-07-10
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