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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运动控制技术是机电一体化的核心部分,提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说,最重要的是控制各个电机轴的运动,这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的,数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上,而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说,运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能,而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用,使运动控制卡的性能得到了不断改进,集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合当前运动控制领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果,提出了基于PCI和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面: 首先,通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研,和对运动控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,提出了基于FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体设计。 其次,根据总体设计,规划了板卡的结构,详细划分并实现了FPGA各部分的功能;利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次,利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口,达到跟控制卡通信的目的,针对运动控制中的一些具体问题,如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了四轴运动控制电路,定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能齐全的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后,进行了本运动控制卡的测试,从测试和应用结果来看,该卡达到预期的要求。
上传时间: 2013-07-27
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在团簇与激光相互作用的研究中和在团簇与加速器离子束的碰撞研究中,需要对加速器束流或者激光束进行脉冲化与时序同步,同时用于测量作用产物的探测系统如飞行时间谱仪(TOF)等要求各加速电场的控制具有一定的时序匹配。在整个实验中,需要用到符合要求的多路脉冲时序信号控制器,而且要求各脉冲序列的周期、占空比、重复频率等方便可调。为此,本论文基于FPGA设计完成了一款多路脉冲时序控制电路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8,设计出了一款可以同时输出8路脉冲序列、各脉冲序列之间具有可调高精度延迟、可调脉冲宽度及占空比等。论文讨论了FPGA芯片结构及开发流程,着重讨论了较高频率脉冲电路的可编程实现方法,以及如何利用VHDL语言实现硬件电路软件化设计的技巧与方法,给出了整个系统设计的原理与实现。讨论了高精密电源的PWM技术原理及实现,并由此设计了FPGA所需电源系统。给出了配置电路设计、数据通信及接口电路的实现。开发了上层控制软件来控制各路脉冲时序及属性。 该电路工作频率200MHz,输出脉冲最小宽度可达到10ns,最大宽度可达到us甚至ms量级。可以同时提供l路同步脉冲和7路脉冲,并且7路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调,调节步长为5ns。
上传时间: 2013-06-15
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基于ADE7878芯片的谐波电能表的设计与校表流程:本文主要介绍了ADI公司最新推出的三相高精度多功能电能计量芯片ADE7878,以及其在谐波计量中的应用,重点阐述了ADE7878的功能特点,典型电路
上传时间: 2013-07-29
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HT6298A 为开关型单节或两节锂离子/锂聚合物电池充电管理芯片,非常适合于便携式设备的充电管理应用。HT6298A 集内置功率MOSFET、高精度电压和电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功
上传时间: 2013-06-22
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摘 要: 在汽车行驶及机车控制系统中对测速装置的要求是分辨能力强、高精度、尽可能短的检测时间以及抗干扰能 力强等。该文介绍了一种应用霍尔传感器A44E 获得稳定的脉冲信号,从而实现对车速进行智能测量的方案。测试 结果表明,运用该方案实现的系统能很好的达到对车轮测速的要求。 关键词: 霍尔传感器;速度测量;脉冲检测 中图分类号: E911 文献标识码: A
上传时间: 2013-07-11
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数控系统在工矿领域已得到广泛应用,计算机数控系统通过对数字化信息的处理和运算,并转化成脉冲信号,实现对步进电机的控制,进而控制数控机床动作和零件加工。随着嵌入式技术的发展,我们可以设计规模更小,成本更低,功能更特定的嵌入式系统来完成传统计算机数控系统所完成的工作。 步进电机以其精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、工作可靠、能直接接受数字信号的特点,成为数控系统中的重要执行部件。然而根据步进电机的特性,必须要采取适当而有效的升降速控制策略,特别是在多电机连动的系统中,对多个电机连动的速度控制和脉冲分配也很值得研究。在本文中作者将介绍一种三轴连动的速度控制和脉冲分配的优化算法,以及其在基于FPGA和ARM配合的高速数控雕刻机控制系统中的实现。 在本文中还可以看见,为了减小本系统中主控MCU的压力,作者还将利用FPGA来设计一个针对多电机连动的速度控制和脉冲分配优化算法的外围定制控制器。 最终实验结果表明,作者所提出的优化算法及其在本系统的实现方案,完全达到客户所提出的高速数控雕刻机控制系统的各项设计性能指标。
上传时间: 2013-07-02
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建立在数据率转换技术之上的宽带数字侦察接收机要求能够实现高截获概率、高灵敏度、近乎实时的信号处理能力。双信号数据率转换技术是宽带数字侦察接收机关键技术之一,是解决宽带数字接收机中前端高速ADC采样的高速数据流与后端DSP处理速度之间瓶颈问题的可行方案。测频技术以及带通滤波,即宽带数字下变频技术,是实现数据率转换系统的关键技术。本文首先介绍了宽带数字侦察接收关键技术之一的数据率转换技术,着重研究了快速、高精度双信号测频算法以及实验系统硬件实现。论文主要工作如下: (1)分析了现代电子侦察环境下的信号特征,指出宽带数字接收机必须满足宽监视带宽、流水作业以及近实时的响应时间。给出了一种频率引导式的数字接收机方案,简要介绍这种接收机的关键技术——快速、高精度频率估计以及高效的数据率转换。 (2)介绍了FFT技术在测频算法中的应用,比较了FFT专用芯片及其优点和缺点,指出为了满足实时处理要求,必须选用FPGA设计FFT模块。 (3)在分析常规的插值算法基础上,提出了一种单信号的快速插值频率估计方法,只需三个FFT变换系数的实部构造频率修正项,计算量低。该方法具有精度高、测频速率快的特点。 (4)基于DFT理论和自相关理论,提出了结合FFT和自相关的双信号频率估计算法。该方法先用DFT估计其中一个信号的频率和幅度,以此频率对信号解调并对消该频率成分,最后利用自相关理论估计出另一个信号的频率。 (5)基于DFT理论和FFT技术,研究了信号平方与FFT结合的双信号频率估计算法。根据信号中两频率分量的幅度比,只需一次一维平方信号谱峰搜索,就可以得到双信号的和频与差频分量的估计值,并利用插值技术提高测频精度。该算法能够精确地估计频率间隔小的双信号频率,且容易地扩展到复信号,FPGA硬件实现容易。 (6)基于现代谱分析理论,研究了基于AR(2)模型的双信号频率估计算法。方法在利用AR(2)模型系数估计双正弦信号频率之和的同时,利用FFT快速测频算法估计其中强信号分量的频率值。算法仿真验证和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估计双信号频率。 (7)给出了基于频谱重心算法的雷达双信号频率估计的FPGA硬件实现架构,并进行了时序仿真。 (8)讨论了双信号带宽匹配接收系统的硬件设计方案,给出了快速测频及带宽估计模块设计。
上传时间: 2013-06-02
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现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术,用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲,保证足够的最大作用距离,而接收时,采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时,数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用,为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。 本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下,成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42μs以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM),非线性调频信号(NLFM)和Taylor四相码信号,且技术指标完全满足实用系统的设计要求。 本文完成的主要工作和创新之处有:(1)基于双通道模数转换器AD10242设计高精度数据采集电路,为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生,以实现高精度采样。 (2)根据协议和脉压系统的工作要求,以基于FPGAEP1K100QC208完成系统控制,使整个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM,实现数据暂存,以匹配采样速率和脉压系统频率。 (3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统,以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP共享外部总线,且各DSP以链路口互连,进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP,将脉压结果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208为核心,设计输出板电路,完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出,并产生模拟输出。 (5)调试并改进处理板和输出板。
上传时间: 2013-06-11
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自适应滤波器的硬件实现一直是自适应信号处理领域研究的热点。随着电子技术的发展,数字系统功能越来越强大,对器件的响应速度也提出更高的要求。 本文针对用通用DSP 芯片实现的自适应滤波器处理速度低和用HDL语言编写底层代码用FPGA实现的自适应滤波器开发效率低的缺点,提出了一种基于DSP Builder系统建模的设计方法。以随机2FSK信号作为研究对象,首先在matlab上编写了LMS去噪自适应滤波器的点M文件,改变自适应参数,进行了一系列的仿真,对算法迭代步长、滤波器的阶数与收敛速度和滤波精度进行了研究,得出了最佳自适应参数,即迭代步长μ=0.0057,滤波器阶数m=8,为硬件实现提供了参考。 然后,利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8阶2FSK信号去噪自适应滤波器的模型,结合多种EDA工具,在EPFlOKl00EQC208-1器件上设计出了最高数据处理速度为36.63MHz的8阶LMS自适应滤波器,其速度是文献[3]通过编写底层VHDL代码设计的8阶自适应滤波器数据处理速度7倍多,是文献[50]采用DSP通用处理器TMS320C54X设计的8阶自适应滤波器处理速度25倍多,开发效率和器件性能都得到了大大地提高,这种全新的设计理念与设计方法是EDA技术的前沿与发展方向。 最后,采用异步FIFO技术,设计了高速采样自适应滤波系统,完成了对双通道AD器件AD9238与自适应滤波器的高速匹配控制,在QuartusⅡ上进行了仿真,给出了系统硬件实现的原理框图,并将采样滤波控制器与异步FIF0集成到同一芯片上,既能有效降低高频可能引起的干扰又降低了系统的成本。
上传时间: 2013-06-01
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