異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型、高性能交流調(diào)速技術(shù)。它利用電壓源型逆變器的工作過(guò)程，控制定子磁鏈的走或停，即調(diào)整定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角大小，從而對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。 論文首先探討了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，分析了常用的圓形磁鏈軌跡控制方法，詳細(xì)介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在分析交流異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)矩和磁鏈計(jì)算方程的基礎(chǔ)上，分析了直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大的問(wèn)題。基于占空比控制和離散占空比控制的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，由電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式和合成電壓矢量理論推導(dǎo)了直接計(jì)算占空比的方法，在不影響系統(tǒng)各方面性能指標(biāo)的情況下使降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的計(jì)算量大大減少，方便了計(jì)算和使用。兩種方法均具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占空比計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)。研究結(jié)果驗(yàn)證了這兩種方法的正確性和有效性。在第一種方法中加入了單神經(jīng)元控制器，使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能得到了提高。接著對(duì)利用空間電壓矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明此種方法能夠有效的降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使系統(tǒng)性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉(zhuǎn)矩控制硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，調(diào)試了硬件電路。編寫了相關(guān)軟件流程圖和程序清單。
標(biāo)簽： DSP 異步電動(dòng)機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在電力機(jī)車牽引、汽車工業(yè)以及家用電器等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種新型的交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制手段直接、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，正在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。雖然直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì)是矢量控制所不能實(shí)現(xiàn)的，但是直接轉(zhuǎn)矩控制依然存在一系列不能忽視的問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器，使轉(zhuǎn)矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內(nèi)，這種控制方法不可避免地帶來(lái)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大和逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定等問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測(cè)量的定子電阻來(lái)估計(jì)定子磁鏈，這樣在低速運(yùn)行時(shí)會(huì)帶來(lái)磁鏈估計(jì)的誤差。雖然在全速范圍內(nèi)估計(jì)定子磁鏈運(yùn)用低速時(shí)采用的電流-轉(zhuǎn)速模型和高速時(shí)采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉(zhuǎn)速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個(gè)新的問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制在基頻以下調(diào)速的理論和應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在基頻以上的弱磁調(diào)速范圍內(nèi)的理論和應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。 為了解決這些問(wèn)題，本文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，詳細(xì)討論了定子磁鏈估計(jì)的三種基本模型，設(shè)計(jì)了定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，使電機(jī)在全速運(yùn)行的范圍內(nèi)都能夠得到準(zhǔn)確的定子磁鏈。針對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大和逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)一個(gè)采樣周期內(nèi)非零電壓矢量作用時(shí)間占采樣周期的占空比的優(yōu)化，解決了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題；在一個(gè)采樣周期內(nèi)，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉(zhuǎn)換只有一次，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)頻率的恒定。在基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，本文設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)矩和磁鏈滑模變結(jié)構(gòu)控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器；運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)頻率的恒定。本文把傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)擴(kuò)展到基頻以上的弱磁范圍內(nèi)的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究。 為了驗(yàn)證上述各種控制系統(tǒng)的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。針對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，對(duì)定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的定子磁鏈的加權(quán)模型能夠在電機(jī)運(yùn)行的全速范圍內(nèi)準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈。針對(duì)基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，本文分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有擾動(dòng)和無(wú)擾動(dòng)、給定轉(zhuǎn)速為恒定值和不為恒定值四種情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并分別和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)均能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。針對(duì)電機(jī)運(yùn)行在基頻以上的弱磁調(diào)速情形，本文運(yùn)用三種不同的直接轉(zhuǎn)矩控制方法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)依然優(yōu)于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，依然能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。
標(biāo)簽： 異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩 控制理論
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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多電平逆變器在大容量、高壓場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。在多電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法具有調(diào)制比大、能夠優(yōu)化輸出電壓波形、易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)、母線電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。 本文首先對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展前景和多電平逆變器控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述。在分析兩電平逆變器工作原理的基礎(chǔ)上對(duì)三電平逆變器進(jìn)行了研究，綜合比較了三電平逆變電路三種典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)；介紹了二極管箝位型三電平逆變器，分析了二極管箝位型三電平逆變器相對(duì)于傳統(tǒng)兩電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了課題研究的重要意義。其次，本文以中點(diǎn)箝位式三電平逆變器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，著重分析了三電平空間電壓矢量調(diào)制基本原理，提出了一種將最近的三個(gè)矢量合成參考矢量的空間矢量脈寬調(diào)制算法，給出大扇區(qū)和小三角形區(qū)域判斷規(guī)則以及合成參考電壓矢量的相應(yīng)輸出作用順序，并優(yōu)化了開(kāi)關(guān)矢量的作用順序，利于實(shí)現(xiàn)對(duì)中點(diǎn)電壓的控制，使算法易于實(shí)現(xiàn)。再次，論文分析了三電平逆變器直流側(cè)電容電壓不平衡產(chǎn)生的原因，分析了大、中、小矢量對(duì)中點(diǎn)電位的影響，提出了能夠影響中點(diǎn)電位波動(dòng)的關(guān)鍵矢量，并通過(guò)分配成對(duì)小矢量的作用時(shí)間實(shí)現(xiàn)了對(duì)中點(diǎn)電位的控制。最后，采用MATLAB軟件對(duì)所推導(dǎo)的三電平逆變器SVPWM調(diào)制算法進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果證明了算法的可行性。
上傳時(shí)間： 2013-08-01
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本文以電機(jī)控制DSPTMS320LF2407為核心，結(jié)合相關(guān)外圍電路，運(yùn)用新型SVPWM控制方法，設(shè)計(jì)電梯專用變頻器。為了達(dá)到電梯專用變頻器大轉(zhuǎn)矩、高性能的要求，在硬件上提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和高精度性；在軟件上采用新型SVPWM控制方法，以消除死區(qū)的負(fù)面影響，另外單神經(jīng)元PID控制器應(yīng)用于速度環(huán)，對(duì)速度的調(diào)節(jié)作用有明顯改善。通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，改善電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，使電梯控制系統(tǒng)的性能得到提高。 系統(tǒng)主電路主要由三部分組成：整流部分、中間濾波部分和逆變部分，分別用6RI75G-160整流橋模塊、電解電容電路和7MBP50RA120IPM模塊實(shí)現(xiàn)。并設(shè)計(jì)有起動(dòng)時(shí)防止沖擊電流的保護(hù)電路，以及防止過(guò)壓、欠壓的保護(hù)電路。其中，對(duì)逆變模塊IPM的驅(qū)動(dòng)控制是控制電路的核心，也是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要部分。控制電路以DSP為核心，由IPM驅(qū)動(dòng)隔離控制電路、轉(zhuǎn)速位置檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、電源電路、顯示電路和鍵盤電路組成。對(duì)IPM驅(qū)動(dòng)、隔離、控制的效果，直接影響系統(tǒng)的性能，反映了變頻器的性能，所以這部分是改善變頻器性能的關(guān)鍵部分。另外，本課題擬定的被控對(duì)象是永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)，要對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SVPWM控制，依賴于轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測(cè)，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)正確的矢量變換，準(zhǔn)確的輸出PWM脈沖，使合成矢量的方向與磁場(chǎng)方向保持實(shí)時(shí)的垂直，達(dá)到良好的控制性能，因此，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是提高變頻器性能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)采用的控制方式是SVPWM控制。本文從SVPWM原理入手，分析了死區(qū)時(shí)間對(duì)SVPWM控制的負(fù)面作用，采用了一種新型SVPWM控制方法，它將SVPWM的180度導(dǎo)通型和120度導(dǎo)通型結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到既可以消除死區(qū)影響，又可以提高電源利用率的目的。另外，在速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，采用單神經(jīng)元PID控制器，通過(guò)反復(fù)的仿真證明，在調(diào)速比不是很大的情況下，其對(duì)速度環(huán)的調(diào)節(jié)作用明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)基本上達(dá)到高性能的控制要求，適合于電梯控制系統(tǒng)。
上傳時(shí)間： 2013-05-21
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任意波形發(fā)生器已成為現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一，代表了信號(hào)源的發(fā)展方向。直接數(shù)字頻率合成(DDS)是二十世紀(jì)七十年代初提出的一種全數(shù)字的頻率合成技術(shù)，其查表合成波形的方法可以滿足產(chǎn)生任意波形的要求。由于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)具有高集成度、高速度、可實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)器功能的特性，能有效地實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)，極大的提高函數(shù)發(fā)生器的性能，降低生產(chǎn)成本。 本文首先介紹了函數(shù)波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地?cái)⑹隽擞肍PGA完成DDS模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程，接著分析了整個(gè)設(shè)計(jì)中應(yīng)處理的問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)原理就功能上進(jìn)行了劃分，將整個(gè)儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后就這三個(gè)部分分別詳細(xì)地進(jìn)行了闡述。 在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，本設(shè)計(jì)選用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用了三星公司的上S3C2440作為控制芯片。本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計(jì)和與控制芯片的接口設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，本文利用Altera的設(shè)計(jì)工具QuartusⅡ并結(jié)合Verilog—HDL語(yǔ)言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問(wèn)題。論文最后給出了系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果，并對(duì)誤差進(jìn)行了一定分析，結(jié)果表明，可輸出步進(jìn)為0.01Hz，頻率范圍0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、鋸齒波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的要求，并證明了采用軟硬件結(jié)合，利用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的方法是可行的。
標(biāo)簽： FPGA 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬(wàn)門至上千萬(wàn)門的單片F(xiàn)PGA芯片。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上是國(guó)外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘分布質(zhì)量變的越來(lái)越重要，時(shí)鐘延遲和時(shí)鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延遲，減小時(shí)鐘偏差，主要有利用延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)。雖然用模擬的方法實(shí)現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時(shí)鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時(shí)間、設(shè)計(jì)難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對(duì)全數(shù)字延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)電路進(jìn)行分析研究和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時(shí)間里，從對(duì)電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計(jì)、晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和仿真以及最后對(duì)設(shè)計(jì)好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過(guò)比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開(kāi)發(fā)自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文先簡(jiǎn)要介紹FPGA及其時(shí)鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對(duì)比了DLL和PLL兩種時(shí)鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細(xì)論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計(jì)考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)DLL整體電路進(jìn)行整體仿真分析，驗(yàn)證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，用Verilog-XL對(duì)部分電路進(jìn)行數(shù)字仿真，Spectre對(duì)進(jìn)行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計(jì)采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫(kù)建模，設(shè)計(jì)出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動(dòng)時(shí)間為28ps，在輸入100MHz時(shí)鐘時(shí)的功耗為200MW，達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時(shí)鐘分頻等時(shí)鐘頻率合成功能。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 延時(shí)
上傳時(shí)間： 2013-06-10
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隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電子、機(jī)械、醫(yī)療、測(cè)控及航天等各個(gè)領(lǐng)域，而電子測(cè)量技術(shù)要用到各種形式的高質(zhì)量信號(hào)源，因此任意波形發(fā)生器的研制就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技術(shù)進(jìn)行任意波形發(fā)生器研制的。要求可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波與鋸齒波等常規(guī)波形，而且能夠產(chǎn)生任意波形，從而滿足研究的需要。具體工作如下： (一)介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于任意波形發(fā)生器研究的發(fā)展情況，闡述頻率合成技術(shù)的各種方式與技術(shù)對(duì)比情況，并選定直接數(shù)字頻率合成技術(shù)進(jìn)行研制。 (二)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)構(gòu)成與功能實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)部件進(jìn)行逐一細(xì)述。選用單片機(jī)作為控制模塊，使用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS功能作為技術(shù)核心，并對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)與接口技術(shù)進(jìn)行分析。 (三)講述DDS的工作原理、工作特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)使用相位累加器與波形ROM等模塊，實(shí)現(xiàn)DDS功能。同時(shí)輔以使能模塊與行列式鍵盤，實(shí)現(xiàn)各種波形的靈活輸出。 (四)給出系統(tǒng)產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)影響頻譜純度的雜散與噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。
標(biāo)簽： FPGA 任意波形發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開(kāi)發(fā)周期短和開(kāi)發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大，要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文首先首先分析了軟件無(wú)線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀，針對(duì)存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問(wèn)題，提出了中頻軟件無(wú)線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)，在深入分析軟件無(wú)線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，著重研究和完成了中頻軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)：數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中，在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn)，其頻率分辨率高，靈活，易于實(shí)現(xiàn)；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，F(xiàn)IR濾波器組成。對(duì)積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對(duì)內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn)，極大地節(jié)約了資源，提高了運(yùn)行速率。對(duì)FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān)，只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法，既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時(shí)處理。對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時(shí)序仿真測(cè)試，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無(wú)線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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便攜式B型超聲診斷儀具有無(wú)創(chuàng)傷、簡(jiǎn)便易行、相對(duì)價(jià)廉等優(yōu)勢(shì)，在臨床中越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。它將超聲波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合在一起。開(kāi)展該課題的研究對(duì)提高臨床診斷能力和促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 便攜式B型超聲診斷儀由人機(jī)交互系統(tǒng)、探頭、成像系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)構(gòu)成。其基本工作過(guò)程是：首先人機(jī)交互系統(tǒng)接收到用戶通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的命令，然后成像系統(tǒng)根據(jù)命令控制探頭發(fā)射超聲波，并對(duì)回波信號(hào)處理、合成圖像，最后通過(guò)顯示系統(tǒng)完成圖像的顯示。 成像系統(tǒng)作為便攜式B型超聲診斷儀的核心對(duì)圖像質(zhì)量有決定性影響，但以前研制的便攜式B型超聲診斷儀的成像系統(tǒng)在三個(gè)方面存在不足：第一、采用的是單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制精度不高，導(dǎo)致成像系統(tǒng)采樣不精確；第二、采用的數(shù)字掃描變換算法太粗糙，影響超聲圖像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列單片機(jī)，測(cè)量速度太慢，同時(shí)也不便于系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)展。 針對(duì)以上不足，提出了基于FPGA的B型超聲成像系統(tǒng)解決方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)更勻速，提高了采樣精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字掃描變換，提高了圖像分辨率；人機(jī)交互系統(tǒng)采用S3C2410-AL作為CPU，改善了測(cè)量速度和系統(tǒng)的擴(kuò)展性。 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、制作，軟件的編寫、調(diào)試，結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的便攜式B型超聲成像系統(tǒng)圖像分辨率高、測(cè)量速度快、體積小、操作方便。本文所設(shè)計(jì)的便攜式B型超聲診斷儀可在野外作業(yè)和搶險(xiǎn)（諸如地震、抗洪）中發(fā)揮作用，同時(shí)也可在鄉(xiāng)村診所中完成對(duì)相關(guān)疾病的診斷工作。
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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隨著3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的展開(kāi)，移動(dòng)用戶數(shù)量逐漸增加，用戶和運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和覆蓋要求也越來(lái)越高。而在實(shí)際工作中，基站成本在網(wǎng)絡(luò)投資中占有很大比例，并且基站選址是建網(wǎng)的主要難題之一。同基站相比，直放站以其性價(jià)比高、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上有著大量的應(yīng)用。目前，直放站已成為提高運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、解決網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)或弱區(qū)問(wèn)題、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的主要手段之一。但由于傳統(tǒng)的模擬直放站受周邊環(huán)境因素影響較大、抗干擾能力較差、傳輸距離受限、功放效率低，同時(shí)設(shè)備間沒(méi)有統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范，無(wú)法滿足系統(tǒng)廠商與直放站廠商的兼容，所以移動(dòng)通信市場(chǎng)迫切需要通過(guò)數(shù)字化來(lái)解決這些問(wèn)題。 本文正是以設(shè)計(jì)新型數(shù)字化直放站為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻系統(tǒng)為研究重心，圍繞數(shù)字中頻的相關(guān)技術(shù)而展開(kāi)研究。 文章介紹了數(shù)字直放站的研究背景和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了數(shù)字直放站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及總體實(shí)現(xiàn)框圖，并對(duì)數(shù)字直放站數(shù)字中頻部分進(jìn)行了詳細(xì)的模塊劃分。針對(duì)其中的數(shù)字上下變頻模塊設(shè)計(jì)所涉及到的相關(guān)技術(shù)作詳細(xì)介紹，涉及到的理論主要有信號(hào)采樣理論、整數(shù)倍內(nèi)插和抽取理論等，在理論基礎(chǔ)上闡述了一些具體模塊的高效實(shí)現(xiàn)方案，最終利用FPGA實(shí)現(xiàn)了數(shù)字變頻模塊的設(shè)計(jì)。 在數(shù)字直放站系統(tǒng)中，降低峰均比是提高功放工作效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文首先概述了降低峰均比的三類算法，然后針對(duì)目前常用的幾種算法進(jìn)行了仿真分析，最后在綜合考慮降低峰均比效果與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的二次限幅算法。通過(guò)仿真驗(yàn)證算法的有效性后，針對(duì)其中的噪聲整形濾波器提出了“先分解，再合成”的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式，并指出其中間級(jí)窄帶濾波器采用內(nèi)插級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)，最后整個(gè)算法在FPGA上實(shí)現(xiàn)。 在軟件無(wú)線電思想的指導(dǎo)下，本文利用系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方法完成了WCDMA數(shù)字直放站中頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。遵照3GPP等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，完成了系統(tǒng)的仿真測(cè)試和實(shí)物測(cè)試。最后得出結(jié)論：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了WCDMA數(shù)字直放站數(shù)字中頻的基本功能，并可保證在現(xiàn)有硬件不變的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)不同載波間平滑過(guò)渡、不同制式間輕松升級(jí)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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