目前以IGBT为开关器件的串联谐振感应加热电源在大功率和高频下的研究是一个热点和难点,为弥补采用模拟电路搭建而成的控制系统的不足,对感应加热电源数字化控制研究是必然趋势。本文以串联谐振型感应加热电源为研究对象,采用TI公司的TMS320F2812为控制芯片实现电源控制系统的数字化。 首先分析了串联谐振型感应加热电源的负载特性和调功方式,确定了采用相控整流调功控制方式,接着分析了串联谐振逆变器在感性和容性状态下的工作过程确定了系统安全可靠的运行状态。本文设计了电源主电路参数并在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了整个系统,仿真分析了串联谐振型感应加热电源的半压启动模式及锁相环频率跟踪能力和功率调节控制。 针对感应加热电源的数字控制系统,在讨论了晶闸管相控触发和锁相环的工作原理及研究现状下详细地分析了本课题基于DSP晶闸管相控脉冲数字触发和数字锁相环(DPLL)的实现,得出它们各自的优越性,同时分析了感应加热电源的功率控制策略,得出了采用数字PI积分分离的控制方法。本文采用TI公司的TMS320F2812作为系统的控制芯片,搭建了控制系统的DSP外围硬件电路,分析了系统的运行过程并编写了整个控制系统的程序。最后对控制系统进行了试验,验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性。
上传时间: 2013-05-25
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本课题是针对陕西美泰电气有限公司的一个开发研究项目。在国内,中频大功率感应加热电源虽然有许多研究,但是在控制方式上与选取的功率元件上却有不同,特别是针对DSP控制与选取IGBT作为功率元件的相关文献较少。数字化控制将是一种趋势,而IGBT控制灵活,驱动简单,从而将逐步取代晶闸管,GTO等元件。 本课题主要以并联谐振型感应加热电源为研究对象,采用了IGBT为功率开关元件的主电路,比较了直流调功和逆变调功的优缺点,最终选择了三相全控晶闸管整流的调功方式,同时也描述了重叠时间对逆变器的影响。计算分析了整流侧和逆变侧的必要参数以及并联谐振槽路的参数,本文在MATLAB/Simulink环境下建立了10kHz/500kW并联谐振型感应加热系统的仿真模型,对整流调功、锁相环频率跟踪、逆变器的启动等仿真波形进行了重点分析并得出结论。在此理论基础上,设计了基于DSPTMS320F2812 10kHz/500kW感应加热电源的控制器,其中重点研究了闭环调功控制系统、锁相环频率跟踪系统、重叠时间、整流侧晶闸管脉冲触发产生和相序判断以及逆变器启动的全数字化控制。同时,设计了过压过流保护电路以及外围采样电路、检测电路,特别是过压保护,本文给出了一种箝位思想并对此思想进行了仿真证明了其正确性和可行性,以便使电源和IGBT更安全的工作。最后,对本文所提出的控制方案进行实验验证,证明了本文理论计算分析的正确性和控制方案的可行性。
上传时间: 2013-06-09
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不间断电源(UPS)是一种能提供优质电源并保证电源供应连续的电力电子装置。它的应用范围广泛,在很多领域,UPS已经成了标准配置。采用数字信号处理器(DSP)实现UPS的数字化控制是当前许多UPS设计者关注的问题。DSP在UPS中的应用主要集中在两个方面:一是将各种先进的控制方法用于逆变实时数字控制;二是利用DSP实现更准确更迅速的锁相环控制。 本文分析了当前逆变控制的各种方案,针对逆变的扰动及谐波周期出现的特点,采用了重复控制来提高逆变输出的稳态特性。因为重复控制具有一个周期延迟控制的特点,本文也采用了PID控制来改善逆变控制的动态性能。本文分析了目前重复控制的常用方案,在建立UPS逆变滤波电路数学模型的基础上设计了新的重复控制和PID控制结合的方案。对重复控制与PID复合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真试验证明了控制方案的有效性。 在硬件方面,设计了在线式UPS系统中DSP的接口电路,其中包括DSP供电电路,蓄电池电压过低检测电路,市电及输出电压过零检测等电路。对DSP的资源进行了分配,充分利用了DSP的外设多和速度快的特点。 在软件方面,设计了各部分的程序,其中包括主程序,软件锁相及正弦参考信号生成程序,输出有效值控制程序以及各种相关的中断及保护程序。 本文结合实际,搭建了实验线路,给出了实验线路的原理及各部分的实验电路。该实验电路可对逆变控制过程和锁相环节进行控制实验。 本文将PID控制与重复控制相结合,对逆变器输出进行控制,验证了重复控制与PID复合控制的有效性。本文还对UPS的DSP数字化控制作了研究,这些都对UPS技术的进步有积极的作用。
上传时间: 2013-05-17
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本论文在详细研究MIL-STD-1553B数据总线协议以及参考国外芯片设计的基础上,结合目前新兴的EDA技术和大规模可编程技术,提出了一种全新的基于FPGA的1553B总线接口芯片的设计方法。 从专用芯片实现的具体功能出发,结合自顶向下的设计思想,给出了总线接口的总体设计方案,考虑到电路的具体实现对结构进行模块细化。在介绍模拟收发器模块的电路设计后,重点介绍了基于FPGA的BC、RT、MT三种类型终端设计,最终通过工作方式选择信号以及其他控制信号将此三种终端结合起来以达到通用接口的功能。同时给出其设计逻辑框图、算法流程图、引脚说明以及部分模块的仿真结果。为了资源的合理利用,对其中相当部分模块进行复用。在设计过程中采用自顶向下、码型转换中的全数字锁相环、通用异步收发器UART等关键技术。本设计使用VHDL描述,在此基础之上采用专门的综合软件对设计进行了综合优化,在FPGA芯片EP1K100上得以实现。通过验证证明该设计能够完成BC/RT/MT三种模式的工作,能处理多种消息格式的传输,并具有较强的检错能力。 最后设计了总线接口芯片测试系统,选择TMS320LF2407作为主处理器,测试主要包括主处理器的自发自收验证,加入RS232串口调试过程提高测试数据的直观性。验证的结果表明本文提出的设计方案是合理的。
上传时间: 2013-06-04
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随着世界能源危机的到来,太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求,我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能,使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”,目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有: @@ 1.本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点,进行了充分的系统分析和论证。 @@ 2.采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真,包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性,对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 @@ 3.本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统,并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线,SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 @@ 4.本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法:功率扰动观察法或增量电导法;孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式,被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式,主动式采用正反馈频率偏移法;为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相,使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 @@ 5.本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图,以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 @@ 6.最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示:该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能,样机的性能比较理想。 @@关键词:太阳能光伏;并网逆变器;SPWM; DSP; ARM
上传时间: 2013-07-09
上传用户:赵安qw
本文将高效数字调制方式QAM和软件无线电技术相结合,在大规模可编程逻辑器件FPGA上对16QAM算法实现。在当今频谱资源日趋紧缺的情况下有很大现实意义。 论文对16QAM软件实现的基础理论,带通采样理论、变速率数字信号处理相关抽取内插技术做了推导和分析;深入研究了软件无线电核心技术数字下变频原理和其实现结构;对CIC、半带等高效数字滤波器原理结构和性能作了研究;16QAM调制和解调系统设计采用自项向下设计思想;采用硬件描述语言VerilogHDL在EDA工具QuartusII环境下实现代码输入;对系统调试采用了算法仿真和在系统实测调试相结合方法。 论文首先对16QAM调制解调算法进行系统级仿真,并对实现的各模块的可行性仿真验证,在此基础上,完成了调制端16QAM信号的时钟分频模块、串并转换模块、星座映射、8倍零值内插、低通滤波以及FPGA和AD9857接口等模块;解调器主要完成带通采样、16倍CIC抽取滤波,升余弦滚降滤波,以及16QAM解码等模块,实现了16QAM调制器;给出了中频信号时域测试波形和频谱图。本系统在200KHz带宽下实现了512Kbps的高速数据数率传输。论文还对增强型数字锁相环EPLL的实现结构进行了研究和性能分析。
上传时间: 2013-07-10
上传用户:kennyplds
随着计算机技术和通信技术的迅速发展,数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用,视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时,FPGA单片规模的不断扩大,在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实,因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合,设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统,系统利用时分复用和无损压缩技术,采用串行数字视频传输的方式,可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时,确定了基于FPGA的设计方案,采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换,在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码,利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法,用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块,利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据,光纤线路码采用CIMT码,设计了编解码模块,解码过程中,利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步,在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真,并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作,实验证明,系统工作稳定,图像清晰,实时传输效果好,可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现,利用FPGA的并行处理优势,大大提高了系统的处理速度,使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间: 2013-06-27
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逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片(DSP/MCU)为核心的电路系统,并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是,通用微处理芯片是为一般目的而设计,存在一定局限。为此,近几年来逆变器专用控制芯片(ASIC)实现技术的研究越来越受到关注,已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型,围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术,依次对专用芯片的系统功能划分,硬件算法,全系统的硬件设计及优化,流水线操作和并行化,芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型,以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程,同时给出了仿真结果,仿真表明此系统具有很好的动、静态性能,并且具有自动限流功能,提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上,制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格,完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学,详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程,概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程,以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上,进行了芯片系统功能划分,针对:DDS标准正弦波发生器,电压电流双环控制算法单元,硬件PI算法单元,SPWM产生器,三角波发生器,死区控制器,数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元,研究了它们的硬件算法,完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型,以此为基础,设计了一种应用于逆变器的,用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波,用相位累加器实现数控振荡器(DCO)功能的高精度二阶全数字锁相环(DPLL)。分析了“流水线操作”等设计优化问题,并针对逆变器控制系统中,控制系统算法呈多层结构,且层与层之间还有数据流联系,其执行顺序和数据流的走向较为复杂,不利于直接采用流水线技术进行设计的特点,提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术,有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题,分析了产生机理,并给出了常用的解决措施。
上传时间: 2013-05-28
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随着微电子技术的发展,可编程逻辑器件取得了迅速的发展,其功能日益强大,FPGA内部可用逻辑资源飞速增长,近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计,集成了存储器、锁相环(PLL)、硬件乘法器、DSP模块等,通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言,可以实现特定的信号处理算法,如FFT、FIR等算法,为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类,FPGA和DSP份协作发挥各自的长处,对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现,DSP则用来处理经过预处理后的图像数据,来运行算法结构复杂,乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果:(1)研究了FPGA的工作原理及应用,完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试,工作正常。(2)完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计,并调试成功,应用到FPGA的调试下载配置中,取得了良好的实验与经济效果。(3)充分利用FPGA的设计开发软件与工具,完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现,并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片,经过试验调试,达到要求。(4)研究了PCI接口通讯的实现方式,选用PCI9054芯片实现通讯,完成PCI接口电路设计,经过调试,实现了中断、DMA等方式,满足了数据传输的要求。(5)学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构,完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间: 2013-07-16
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随着世界能源危机的到来,太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求,我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能,使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”,目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有: 1.本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点,进行了充分的系统分析和论证。 2.采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真,包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性,对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 3.本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统,并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线,SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 4.本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法:功率扰动观察法或增量电导法;孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式,被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式,主动式采用正反馈频率偏移法;为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相,使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 5.本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图,以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 6.最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示:该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能,样机的性能比较理想。
上传时间: 2013-07-10
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