在测井过程中，由于测井深度直接影响到其它测井信息的准确性，所以精确的测井深度变得越来越重要。本文针对现有绞车系统的不足(CPU为单片机决定其精度不高、缺少完善的深度校正系统等)，首次将DSP与FPGA应用到测井绞车系统中，充分利用FPGA硬件资源丰富、速度快及DSP软件设计灵活的特点，使系统硬件、软件结构更加合理，功能得到增强，性价比进一步提高，从而优化了整个系统，为今后绞车设计提供了新的方法和途径。 本文相对其它绞车系统的设计，主要特点有：设计了比较完善的深度校正模块(深度脉冲校正、根据磁记号与磁定位信号的校正、由张力等原因引起的电缆形变的校正)。将打标和测量一体化。设计了方便的通信接口(校正后的深度脉冲及DSP通过RS232与主测井仪的通信)。使用DSP作为CPU并且配合FPGA作预处理从而提高了测量深度的准确性。电路采用了可编程逻辑器件，提高了电路工作的可靠性，减小了电路板面积。另外，本文在研究电缆绞车系统的同时，对测井的地面信号处理也进行了初步的研究，主要是对趋肤效应的校正做了初步的研究。 本文所完成的是一个完整的测量与打标系统，通过室内与现场实验，得出该系统具有高精度、高智能化等优点。最后，本文对该系统的发展方向作了展望。
上传时间： 2013-05-18
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本文简单介绍了脉冲式激光测距原理、相位式激光测距的原理及相位测量技术。根据课题的要求，给出了电路系统设计方案，选择了合适测相系统电路参数，分析了调制波的噪声对系统的影响，计算出能满足系统精度要求的最低信噪比，对偶然误差、信号变化幅度大小、零点漂移和电路的相位延迟等原因引起的测量误差，提出了具体的解决措施，这些措施提高了数字检相电路的测相精度和稳定性。 根据电路系统设计方案，着重对混频电路、整形电路和自动数字检相电路进行了较为深入的分析与讨论，其中自动数字检相电路采用大规模可编程逻辑器件FPGA实现。 文中述叙了利用FPGA实现自动数字检相的原理及方法步骤，分析了FPGA实现鉴相功能的可靠性。根据设计要求，选择合适的FPGA逻辑器件和配置器件，使用QuartusⅡ软件开发可编程逻辑器件及VHDL编程，给出了用QuartusⅡ软件进行数字检相测量的系统仿真结果和混频电路、比较电路、数字检相电路的实验结果，对在没有零角度位置标志信号和没有允许计数标志信号条件下的实验结果的精度进行了分析。根据误差结果分析，提出了下一步研究改进的措施和思路。
上传时间： 2013-07-25
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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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大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标，是气象观测的常规项目，它对航海、航空、陆上交通以及军事活动等都有重要影响。目前国内能见度仪，特别是适用于海洋恶劣环境中的便携式、高精度的能见度仪较少，需要研制适合海上测量的能见度仪。 在系统阐述大气能见度检测理论依据的基础上，研究了能见度检测系统的关键技术，主要包括光源的稳定性、微弱信号的相敏检测技术及信号的抗干扰技术等。本系统由发射模块、接收模块、信号处理模块及电源模块等组成。设计了发射模块和接收模块的光学系统，并进行了发射光源的调制设计、接收模块中的光电转换电路、放大电路、带通滤波电路的设计及信号的锁相放大电路的设计等。大气能见度测量属于微弱信号检测技术，在海上更容易受到外界自然光及其它环境因素的干扰，因此滤除各种干扰，提取有用的微弱信号是本设计的核心。本文重点研究了光敏检测技术和适合于微弱信号检测的锁相放大技术，设计了以OPT101为核心的光敏检测电路，有效提高了电路的灵敏度和抗干扰，简化了设计；设计了以平衡调制解调芯片AD630为核心的锁相放大电路和由双D触发器SN74HCT74及单稳态触发器M74HC4538B1R组成的移相电路，实验证明，在较大的噪声背景下，该电路可以有效地提取出反映能见度变化的有用信号。锁相放大后的直流信号，经AD处理后输入到微处理器ARM中，经过理论运算最后得到能见度值。为了保证系统工作的稳定性，特别是海上恶劣环境，对系统进行了防盐、雾、水的设计，如对镜头进行镀膜、对PCB板进行了三防处理等。 最后进行了能见度仪样机的研制。
上传时间： 2013-04-24
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随着生物工程及医学影像学的发展，磁共振成像在医学诊断学方面发挥着越来越重要的角色。磁场的均匀性是大型医疗设备——核磁共振(MRI)成像的理论基础，是评价该设备的一个重要的技术参数，磁场的均匀性分析也是电磁场理论分析的一个重要方向。良好、稳定的磁场均匀性对核磁共振图像的信噪比(SNR)的提高有重要的意义，同时也是饱和压脂序列实现的唯一条件。 该课题的主要内容是在介绍磁共振成像原理与磁共振超导磁体的超导匀场线圈的形状及位置的基础上，分析各个线圈中电流的大小与空间某点磁场强度的关系。同时借鉴磁共振成像原理，设计辅助测量水膜，对空间某一特定半径的球体腔内各点的磁场强度进行自动化测量。在当前使用的被动式匀场的基础上，利用分析软件，对线圈的选择及电流的大小进行计算与优化。实验结果表明效果良好，磁场均匀度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里叶转化技术去设计一种精确、方便、快捷的匀场方法。通过计算机模拟及有限元分析的方法进行计算、优化，最终得到理想的磁场均匀度。 良好的磁场均匀性是磁共振成像的基础，是饱和压脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、弥散成像、频谱分析等一系列近几年新出现的先进序列实现的前提条件。从而为临床医学提供了一种先进的检查手段，为疾病诊治的及时性、准确性、可靠性及病灶确切位置的判断都提供了基础。 该文所介绍的磁场均匀性测量、分析方法以及在此基础上设计的匀场计算分析软件已在多台磁共振安装调试过程中得到应用，达到了预期的目的，能够满足现场调试的要求。该方法对于今后超导磁体磁共振的磁场均匀性调试，及在医学影像学方面的发展有很好的应用价值。该项技术在该领域的推广必然会提高磁场均匀性的精度，推动医学影像学及临床诊断学的发展。并能带来良好的社会效益及经济效益，具有关阔的应用前景。
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、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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音圈电机(VoiceCoilMotor，简称VCM)是特种直线电机，其工作原理与扬声器的音圈类似。其最突出的特点是体积小、重量轻，动作速度快，可以达到很高的定位精度，推力均匀。自从问世以来，广泛的应用在计算机存储设备、航天仪器(例如航天制冷机)、精密测距仪器(例如霍尔位移测量装置)、精密车床以及移动电话中。目前，生产出的VCM电机广泛应用于消费类和生产类市场，特别是高档家用电器和计算机中。 针对目前我国VCM结构设计的不足及工艺的落后，本文结合现有的加工工艺，研究永磁VCM的设计及结构优化，具体内容如下： 首先，介绍VCM工作原理，以及内磁式与外磁式、长音圈与短音圈、动圈式与动铁式、直线式与摇臂式等不同结构VCM及相应特点，阐述了力矩常数的意义及其对电机性能的影响，并详细介绍了VCM在光盘驱动器、硬盘驱动器，以及在电刷试验台(提供静压力)中的典型应用。 其次，从电机电磁场的基本理论出发，介绍有限元及其在电磁场仿真计算中的应用，并采用有限元软件ANSYS，结合实际算例，对VCM进行建模和仿真。 再次，文中详细介绍了永磁VCM的设计过程，提出了设计方法以供参考，其中包含了定量计算，包括了永磁体材料的选择、体积的计算，音圈的设计(匝数计算及选型)，以及电机整体的机械结构设计。 最后，结合设计VCM应当遵循的原则，提出了若干结构优化设计方案。在理论推导和分析的基础上，结合仿真软件ANSYS，对几种结构分别进行了电机电磁场以及电机性能的仿真分析，其中包括：采用钕铁硼永磁的单励磁结构VCM与传统铁氧体VCM的性能差异；增加极靴对VCM性能影响；增加短路环及变换结构对VCM动态响应速度的影响等。
上传时间： 2013-06-10
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随着微处理器的发展，现代数字仪表发展迅速，功能不断增强。目前，数字仪表正朝着集成化、智能化、高精度、微功耗、高可靠性发展。人们对数字仪表的设计和性能指标也提出了更高的要求，ARM相对于单片机具有更强的处理能力和更好的处理效果，为高精度、智能化仪表的设计提供了一种新的途径。 论文首先介绍了国内外数字仪表的发展情况，并对常见的数字仪表进行了分类，分析了影响数字仪表性能的主要因素。综合数字仪表的性能特点并考虑实现成本，论文提出了一种基于ARM的五位半分辨率数字仪表设计方案，并详细介绍了仪表的总体设计思路、硬件电路设计、软件设计及数据处理方法。该设计采用LPC2148芯片为处理核心，使用VFD（真空荧光显示器）作为仪表人机界面，界面友好且无视角误差；考虑到在某些现场条件恶劣的情况下也能对数字仪表读数进行观测，采用LabVIEW7.1设计了上位机显示界面；构建了一个基于LPC2148的开发平台，基于平台设计了一款具有五位半分辨率的数字仪表，实现了电压、电流、电阻等测量功能，同时设计了温度读取、实时时钟计时、SD卡数据存储等功能，为仪表的智能化设计奠定了基础。 通过对该数字仪表运行情况进行记录，并对记录的大量数据进行分析，结果表明：所设计的数字仪表能稳定显示，其精度和显示分辨率均达到五位半精度的要求。
上传时间： 2013-07-20
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DDS（Direct Digital Synthesis直接数字频率合成技术）是广泛应用的信号生成方法，其优点是易于程控，输出频率分辨率高，同时芯片的集成度高，适合于嵌入式系统设计。针对现有的压电陶瓷电源输出波形频率、相位等不能程控、电路集成度不高、体积和功耗较大等问题，本文以ARM作为控制电路核心，引入DDS技术产生输出的波形信号，并由集成高压运放将波形信号提高至输出级的电压和功率。 在压电陶瓷电源硬件电路中采用了模块化设计，主要分为ARM控制电路、DDS系统驱动电路和波形调理电路、高压运放电路等几个部分。电源控制电路以三星公司的S3C2440控制器为核心，以触摸屏作为人机输入界面；DDS芯片选用ADI公司的AD9851，设计了DDS系统外围驱动电路，滤波和信号调理电路，并应用了将DDS与锁相环技术相结合的杂散问题解决方案；高压运放电路由两级运放电路组成，采用了电压控制型驱动原理，放大电路的核心是PA92集成高压运放，加入了补偿电路以提高系统的响应带宽，并在电源输出设置了过电流保护和快速放电的放电回路。 电源软件部分采用WINCE嵌入式系统，根据WINCE系统驱动架构设计DDS芯片的流接口程序，编写了流接口函数和配置文件，并将流驱动程序集成入WINCE系统；编写了基于EVC的触摸屏人机界面主程序，由主程序将用户输入参数转换为DDS芯片的控制字，并采用动态加载流驱动方式将控制字送入DDS芯片实现了对其输出的控制。 对电源进行了不同典型波形输出的测试实验。在实验中，测试了DDS信号波形输出的精度和分辨率、电源动态输出精度和对信号波形的跟随性和响应性能。实验表明，压电陶瓷电源输出信号波形精度较高，对波形、频率等参数改变的响应速度快，达到电源输出稳定性要求。
上传时间： 2013-04-24
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电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之 随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求也越来越高。研制一种新型的电能质量实时监测系统，有效的进行电能质量监测，对保证电网和广大用户的电气设备和各种用电器具的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量具有重要意义。 本文首先阐述了电能质量监测系统的国内外研究现状和电能质量的标准，并给出相应的测量方法；然后依据电能质量监测系统总体设计原则，详细分析了现有的各种设计方案，并比较各自的优缺点，最终提出了基于DSP和ARM的双CPU电能质量监测系统的设计方案。硬件设计方面，详细分析了主要元件的应用选型，重点研究了硬件平台的各部分组成和电路原理图。在前置采集模块中，采用ADS8364芯片设计了多通道信号采样保持和快速转换电路实现高精度的采样，利用锁相环跟踪电网频率实现硬件同步；同时充分发挥DSP的信号处理能力和ARM处理器的协调管理能力，设计了以DSP和ARM为核心的电路板。软件设计方面，ARM部分构建了嵌入式Linux开发环境；DSP部分给出了程序设计流程图；应用程序中移植了嵌入式数据库sqlite，且设计了基于Qt/Embedded的人机交互界面。
上传时间： 2013-06-03
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