断路器是电力系统中重要的控制和保护设备,对维护电力系统的安全、稳定和可靠运行起着重要的作用。如何使断路器高度智能化,并且更安全和可靠,是电力系统保护的发展要求,也是本论文研究的目的。 本文在深入研究了智能断路器国内外发展状况的基础上,精心设计了以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心的系统硬件。DSP是智能断路器测控单元的核心器件,它实现断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。CPLD完成状态量的监测,以及各种逻辑信号的输出。两种器件相互配合使得断路器系统更加智能化。研究了断路器测控单元的测量原理及保护算法,并进行了具体的硬件和软件模块的设计,旨在实现断路器的智能保护、远程控制和集中管理。本设计以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心。硬件设计主要包括信号调理模块设计、信号采样模块设计、保护执行模块设计、CPLD模块设计和输入输出模块设计。并且利用TMS320LF2407本身具有的CAN2.0模块,通过CAN总线实现断路器和上位机的通信,实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能。软件采用模块化设计,每一个模块相对独立,完成某个特定功能,便于维护和添加新功能,并且调试灵活方便。文中给出了主程序及各个子程序的流程图,其中子程序有数据采集子程序、FFT计算子程序、液晶显示子程序、短路瞬时保护子程序、过载长延时保护子程序、接地故障保护子程序和短路短延时保护子程序等。并且设计中充分考虑了断路器工作环境的恶劣性,分析了各种干扰的来源,并针对各种干扰采取了对应的软件和硬件的抗干扰措施。最后,为了验证全波傅氏算法能否满足电网数据处理精度的要求,利用MATLAB搭建仿真平台,对其进行了仿真。结果表明全波傅氏算法能达到系统的要求。
上传时间: 2013-04-24
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随着现代科技的迅速发展,逆变电源的应用越来越广泛。同时,各行各业对逆变电源的性能也提出了更高的要求。好的逆变电源输出波形要求不但具有高的稳态性能,还应有快的动态响应。单一的控制策略很难同时满足这两方面的要求。因此,各种控制策略取长补短、相互渗透,构成复合控制器,是一种趋势所在。 本文讨论了当今各种比较流行的数字控制策略的优缺点,重点分析了无差拍控制和重复控制这两种控制策略的控制原理,并对其控制算法做了适当改进。无差拍控制动态性能极佳,但其稳态性能不理想,尤其是在带非线性负载时输出电压波形的总谐波畸变较大;而重复控制恰恰相反,它有着很好的稳态性能,但由于周期延迟环节的存在,控制指令不是立即输出,而是滞后一个参考周期才输出,使其动态性能较差。本文采用单相全桥拓扑结构为逆变器主电路,建立了它的连续状态空间模型和离散状态空间模型,分析了它的开环输出特性,并分别阐述了改进的无差拍控制器和重复控制器参数的设计方法。 文章提出将改进的无差拍控制和重复控制这两种控制策略相结合,组成复合控制策略。利用MATLAB建立了控制系统的仿真模型,仿真实验结果证明该复合控制策略能使逆变电源获得理想的稳态和动态性能。最后介绍了以高性能数字信号处理器TMS320F2812为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设计。
上传时间: 2013-07-31
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变频电源具有低损耗和高效率等显著优点,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标,随着工业上变频电源的广泛应用,对其性能参数的检测也越来越重要,因此对变频电源设备输出电参数进行测量方面的研究具有重要的意义。 论文综述了国内外各种交流变频电参数测量系统的研究现状和应用技术,根据变频设备的工作机理和输出特性,提出了系统的总体设计方案。由于变频设备的输出范围广且变化快,并且国内大部分参数测量设备都是针对工频进行设计的,基于此本文采用高速的数字处理器和改进的算法来进行控制实现。 论文首先给出了各电参数测量的国际标准和理论基础,重点分析了如何通过希尔波特变换来实现频率的测量。为了滤除不需要的高次谐波并精确的测量频率,建立了FIR滤波器模型,通过MATLAB编程进行了数字仿真,验证了算法的正确性;利用周期法进行了其它电参数的测量实现,并在Labview 中进行了仿真,作为辅助分析软件具有快速直观的特点并有很大的通用性。 在理论分析和仿真的基础上,论文设计了基于TMS320F2812 DSP的控制系统,并结合原理图介绍了各模块运行原理;重点分析了如何利用CPLD来实现时序控制的功能,并给出了VHDL设计的程序和仿真结果。最后进行软件程序上的设计,对各部分进行了程序分析和设计,各模块结构相互关联,具有很好的扩展性和移植性。
上传时间: 2013-04-24
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图像是人类智能活动重要的信息来源之一,是人类相互交流和认识世界的主要媒体。随着信息高速公路、数字地球概念的提出,人们对图像处理技术的需求与日剧增,同时VLSI技术的发展给图像处理技术的应用提供了广阔的平台。图像处理技术是图像识别和分析的基础,所以图像处理技术对整个图像工程来说就非常重要,对图像处理技术的实现的研究也就具有重要的理论意义与实用价值,包括对传统算法的改进和硬件实现的研究。仿生算法的兴起为图像处理问题的解决提供了一条十分有效的新途径;FPGA技术的发展为图像处理的硬件实现提供了有效的平台。 @@ 本文在详细介绍邻域图像处理算法及其数据结构、遗传算法和蚁群算法基本原理的基础上,将其应用于图像增强和图像分割的图像处理问题之中,并将其用FPGA技术实现。论文中采用遗传算法自适应的确定非线性变换函数的参数对图像进行增强,在采用FPGA来实现的过程中先对系统进行模块划分,主要分为初始化模块、选择模块、适应度模块、控制模块等,然后利用VHDL语言描述各个功能模块,为了提高设计效率,利用IP核进行存储器设计,利用DSP Builder进行数学运算处理。时序控制是整个系统设计的核心,为尽量避免毛刺现象,各模块的时序控制都是采用单进程的Moore状态机实现的。在图像分割环节中,图像分割问题转换为求图像的最大熵问题,采用蚁群算法对改进的最大熵确定的适应度函数进行优化,并对基于FPGA和蚁群算法实现图像分割的各个模块设计进行了详细介绍。 @@ 对实验结果进行分析表明遗传算法和蚁群算法在数字图像处理中的使用明显改善了处理的效果,在利用FPGA实现遗传算法和蚁群算法的整个设计过程中由于充分发挥了FPGA的并行计算能力及流水线技术的应用,大大提高算法的运行速度。 @@关键词:图像处理;遗传算法;蚁群算法;FPGA
上传时间: 2013-06-03
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工业生产过程往往具有非线性、不确定性,难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为的重要分支,人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力,已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中,神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力,可以处理那些难以用模型和规则描述的过程,将神经元与PID结合,应用到实际的控制中,可以在线调整PID的参数,使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。 目前,人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究,这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面,创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计,并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。 首先,对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析;其次,利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器,针对特定的被控对象,对其进行仿真实验,获得比较理想的系统输出;然后,研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现,对控制器进行VHDL语言分层设计,使用Altera公司的软件QuartusⅡ6.1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明,基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。 本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理,使本文的设计不仅利用的硬件资源少,而且也有很快的运行速度,同时也改善了传统控制器的控制性能。
上传时间: 2013-04-24
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详细的描述了主控制器与SD卡之间,用SPI总线相互握手及通讯的标准和方法。
上传时间: 2013-07-09
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温湿度是影响粮食储藏的重要参数,两者之间是相互关联的,温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变,且极易产生连锁反应,从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此,粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统,该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯;控制电路基于FPGA进行设计,主要负责采集湿度信息,计算温湿度偏差及其变化率,通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制,单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信,使上位机能够实时记录,显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测,使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路,易于系统扩展和升级,内部集成了信号处理、控制、检测电路,减少了系统的体积,缩短了开发周期,大大增强了系统的可靠性;配合功率驱动、电源等外围电路,完成信号采集、处理和控制等功能,节省了开发成本,使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度,集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路,其输出为频率脉冲信号,与湿度值成线性关系,该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数,这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换,进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样,通过了调试,已达到预期效果。
上传时间: 2013-06-16
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近年来,随着多媒体技术的迅猛发展,电子、计算机、通讯和娱乐之间的相互融合、渗透越来越多,而数字音频技术则是应用最为广泛的技术之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)编解码算法作为数字音频的解决方案,在便携式多媒体产品中得到了广泛流行。 在已有的便携式MP3系统实现方案中,低速处理器与专用硬件结合的SOC设计方案结合了硬件实现方式和软件实现方式的优点,具有成本低、升级容易、功能丰富等特点。IMDCT(反向改进离散余弦变换)是编解码算法中一个运算量大调用频率高的运算步骤,因此适于硬件实现,以降低处理器的开销和功耗,来提高整个系统的性能。 本文首先阐述了MP3音频编解码标准和流程,以及IMDCT常用的各种实现算法。在此基础上选择了适于硬件实现的递归循环实现方法,并在已有算法的基础上进行了改进,减小了所需硬件资源需求并保持了运算速度。接着提出了模块总体设计方案,结合算法进行了实现结构的优化,并在EDA环境下具体实现,用硬件描述语言设计、综合、仿真,且下载到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中,在减小硬件资源的同时快速地实现了IMDCT,经验证功能正确。
上传时间: 2013-05-31
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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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本文的主要研究内容是利用FPGA平台实现以太网络接口。 首先,对论文的大致内容和组织结构做了简要介绍,并且比较分析了目前比较流行的网络接口实现的三种方法,并以此为基础提出了本文中重点介绍的基于FPGA 的网络接口实现方法。 其次,介绍采用以FPGA 做为主控芯片控制8019AS 网络控制芯片来实现从网络上接收数据帧的功能。FPGA 需要在上电时完成对于8019AS的初始化设置。在接收和发送数据报文时,对相应的寄存器进行控制和操作以完成网络数据帧的接收。对FPGA 与8019AS 之间的接口实现进行了详细的描述。 最后,介绍了在FPGA 内部对于接收到的网络数据帧进行TCP/IP协议分析的具体过程和实现方法。分别详细介绍了接收模块、发送模块以及其中子模块具体功能和实现方法。说明了模块之间相互触发的具体关系。现有的网络接口一般是采用MCU 或者ARM 等专用控制芯片来实现的,而此次课题以FPGA 作为主控芯片来实现网络接口以及部分TCP/IP 协议分析是一个创意。而且由于FPGA 多管脚可以灵活配置,也使得系统的可扩展性有了很大的提高。
上传时间: 2013-06-09
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