信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电(Software Radio)具有高度灵活性、开放性，很容易实现与现有和未来多种电台的兼容，能最大限度的满足了互联互通的要求。而基于多相滤波器组的信道化软件无线电接收技术以其固有的全概率接收、降采样速率以及其大幅提高运算速率的能力越来越受到重视。本文主要研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的软件无线电信道化中频接收技术设计与实现。 首先介绍了软件无线电的基本概念以及其发展状况，深入讨论了软件无线电的基本理论，主要介绍了设计中所用到的带通采样技术、信号的抽取技术与多相滤波技术。 然后简要介绍了信道化中频接收机的射频(Radio Frequency，RF)前端接收技术，设置宽中频超外差接收机射频前端的设计指标，给出了改进的实信号滤波器组低通型实现结构，并依此推导和建立了实信号多相滤波器组信道化中频接收机的数学模型。 最后基于EP1S80开发平台实现了实信号多相滤波器组信道化的中频接收机。给出了多相滤波器、抽取运算、FFT运算、信道划分以及复乘运算的设计方案。仿真结果表明，该接收机能够实现对中频信号的正确接收，验证了系统设计的可行性。
上传时间： 2013-05-24
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模糊控制是智能控制的重要组成部分，它能对那些不能建立精确数学模型的场合进行有效的控制；近年来，FPGA及EDA技术发展迅速。本论文就是要结合这两种先进技术，在一块FPGA芯片上实现一个双输入单输出的模糊控制器，并尝试将ADC和DAC集成在该芯片中，以简化系统设计。 首先阐述了模糊控制的理论基础，重点介绍了双输入单输出的模糊控制算法；然后在简单介绍FPGA结构和VHDL语言的基础上，采用自项向下的设计方法，应用主流EDA工具进行模糊控制各模块的设计，并对每个模块进行仿真；最后将各模块组成一完整的模糊控制器，在EDA工具上进行仿真验证和编程下载，并用一个温度控制实验验证了控制器的功能，证明该控制器满足一般控制应用的要求。 本论文是以VHDL和FPGA为代表的现代数字系统设计技术在智能控制领域应用的一个尝试，拓宽了模糊控制器的实现形式，相比于传统的以单片机为载体的模糊控制器，在系统的简单性、实时性和经济性方面都有显著的增强，是一种值得采用的方法。 由于在算法的处理上采取了一定的简化，所以损失了一定的精度。今后可以在算法上进行完善，设计出高精度的模糊控制器。
上传时间： 2013-06-07
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数字电视近年来飞速发展，它最终取代模拟电视是一个必然趋势。可编程逻辑技术以及EDA技术的升温也带来了电子系统设计的巨大变革。本论文将迅速发展的FPGA技术应用于数字电视系统中，研究探讨了数字电视前端系统中的关键设备——传输流复用器的FPGA建模和实现，以及相关的关键技术。本论文首先介绍了数字电视的发展现状和前景，概述了数字电视前端系统的组成结构与关键技术，以及可编程逻辑技术的发展和优势。然后介绍了数字电视系统中的重要标准MPEG-2以及传输流复用器的原理和系统结构，并且从理论上阐述了复用器设计的关键技术：PSI重组和PCR调整。接着详细说明了如何运用创新思路，采用独特的硬件架构在一片FPGA上实现整个复用器的软件和硬件系统的方案，并且举例说明了复用器硬件逻辑设计中所运用的几个FPGA设计技巧。最后对本文进行总结，并提出了数字电视系统中复用器设备未来发展的设想。本文中介绍的基于SOPC的硬件复用器设计方案，将系统的软件和硬件集成在一款Altera公司新推出的低成本高密度cyclone系列FPGA上，并且将FPGA设计技巧运用于复用器的硬件逻辑设计中。整个设计方案不但简化了系统设计，而且实现了稳定，高速，低成本，可扩展性强的复用器系统。
上传时间： 2013-06-02
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本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术，所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信相比，具有很强的抗干扰能力，并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂，因此在无线扩频集成电路设计中，加入信道编码是提高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上，本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15，9，4)里德-所罗门(Reed-Solomon)码，和内码-(2，1，3)卷积码构成，交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行了详细的讨论，并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明，采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下：第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状，并给出了本论文的研究内容和安排。第二章主要介绍了扩频通信的基本原理，主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类，直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码原理，信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”，详细讨论了方案中里德-所罗门(Reed-Solomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合项目实际，讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍，然后给出了扩频通信系统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。
上传时间： 2013-07-07
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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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随着现代电力系统向大容量、高电压方向发展，广泛用于大型发电机组测量和保护用的大电流互感器的研制就变得很紧迫。考虑到大电流互感器具有大电流、强电磁干扰和多相运行等特点，在设计大电流互感器时，必须采取有效的屏蔽措施，屏蔽来自邻相的杂散磁通。传统的屏蔽方案是采用金属屏蔽罩，尽管有效，但设备笨重。本文中，作者对有外层屏蔽绕组的大电流互感器进行了各种研究。 大电流互感器采用绕组屏蔽方式后，如何优化设计屏蔽绕组，使屏蔽绕组能够充分有效地屏蔽杂散磁通对环形铁心的影响呢?针对上述的问题，本文作者主要完成如下几个方面的工作： 1、首先对国内外大电流互感器的发展与研究现状进行了叙述，并成功设计了15000/5A大电流互感器。 2、对精典的电磁场理论和场路耦合法的数学理论进行了深入的研究，建立了大电流互感器的三维场路耦合有限元分析的数学模型和仿真模型。应用有限元软件ANSYS建立三维有限元仿真模型和基于场路耦合原理的外部耦合电路。 3、理论分析了杂散磁通对电流互感器铁心的影响；重点分析了绕组屏蔽杂散磁通理论；通过等值电流法，得到无论三相还是多相电流互感器条件下，中间相的电流互感器所受到的杂散磁通是最为严重的，为大电流互感器的有效保护提供了科学依据。 4、为了得到最优化屏蔽绕组，对屏蔽绕组的匝数采用离散化替代连续性，再考虑屏蔽绕组在环形铁心上的位置，共提出了多种优化方案；根据三维场路耦合有限元分析模型，精确计算出屏蔽绕组中的电流、电流分布、环形铁心中的磁感应强度分布和外层绕组的局部最高温升，通过比较多种计算结果，得到大电流互感器屏蔽绕组的最优化方案。 5、最后建立了大电流互感器的等效磁势法和降流回路法两种试验方案模型，通过比较试验方案仿真计算结果和出厂试验结果，证明了仿真计算结果是正确的，可靠的。 通过对屏蔽绕组进行优化设计后，有效地削弱了杂散磁通，使得大电流互感器轻型化、小型化，节约了大量的铜材料，使得其运输更加方便。
上传时间： 2013-04-24
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开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点，在很多领域都显示出强大的竞争力，但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势，而且降低了系统高速运行的可靠性，增加了成本，探索实用的无位置传感器检测转子位置的方案成为开关磁阻电机驱动系统(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的热点。SRM高度非线性的电磁特性决定了在精确的数学模型基础上实现无位置传感器控制十分困难，而人工神经网络的出现为解决这个问题提供了新的思路。径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)神经网络是一种映射能力极强的前向型神经网络，具有收敛速度快、全局逼近能力强等优点。本文提出一种利用自适应RBF神经网络对SRM进行控制的新方法，所采用的RBF神经网络以电机绕组的相电流、磁链作为输入，转子位置作为输出，通过离线和在线相结合的方法对网络进行训练，建立SRM电流、磁链与转子位置之间的非线性映射，从而实现SRM的无位置传感器控制。 常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好，但当被控对象具有高度非线性和不确定性时，仅靠PID调节效果不好。对于SRM，它的电磁关系高度非线性，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。论文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的SRM单神经元PID自适应控制新方法。该方法针对开关磁阻电机的非线性，利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成开关磁阻电机的单神经元自适应控制器，不但结构简单，而且能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。同时构造了一个RBF网络对系统进行在线辨识，建立其在线参考模型，由单神经元控制器完成控制器参数的自学习，从而实现控制器参数的在线调整，能取得更好的控制效果。 仿真及实验结果表明，自适应RBF神经网络能够实现电机的准确换相，从而实现了电机的无位置传感器控制；基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应控制能够达到在线辨识在线控制的目的，控制精度高，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用领域广阔的电机，其传统的理论分析与设计方法已比较成熟。它的进一步推广应用，在很大程度上有赖于对控制策略的研究。实践中，使用通用变压变频(VVVF)变频器来驱动没有阻尼绕组的永磁同步电动机开环运行时，有时电机的运行频率超过某一频率，系统就会变得不稳定，甚至导致系统失步。本文研究了无位置传感器的永磁同步电机的速度控制问题。 论文提出了一种将推广卡尔曼滤波(EKF)原理应用于永磁同步电机无位置传感器调速系统的方法。对永磁同步电机的数学模型和卡尔曼滤波原理作了详细的分析，在dq转子同步坐标系中应用推广卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转角和转速进行实时在线估计。所选取的滤波算法只需测量电流和逆变器直流母线电压，具有不改造电机、可靠性高和经济耐用的优点。利用在线估计出的转速和电流实现转速电流双闭环的永磁同步电机矢量控制。同时还提出了基于磁饱和原理的永磁转子初始位置的检测方法。针对转子磁场定向方式及矢量控制方案，采用了空间矢量脉宽调制方法对系统进行控制，此方法可以输出任意给定位置的电压矢量，在不增加功率管开关频率和不增加系统复杂性的前提下，明显提高电机的调速性能。 在Matlab6.5环境下进行的系统仿真实验表明，所提出的位置估计算法和控制方法具有优良的转角跟踪特性和速度控制性能，同时系统具有较强的抗负载扰动性能和较好的鲁棒性。实验结果表明本文的方法达到了预期的效果。
上传时间： 2013-04-24
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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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