隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩(wěn)態(tài)性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯(lián)電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優(yōu)勢。通過比較PI控制和狀態(tài)反饋控制，選取全狀態(tài)反饋來達到對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統(tǒng)閉環(huán)期望極點設計了控制系統(tǒng)。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網輸入對狀態(tài)估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統(tǒng)基于狀態(tài)空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩(wěn)態(tài)指標，對狀態(tài)反饋后的系統(tǒng)設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統(tǒng)模型，進行了仿真；并對動靜態(tài)性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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高壓直流電源廣泛應用于醫(yī)用X射線機，工業(yè)靜電除塵器等設備。傳統(tǒng)的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動態(tài)性能差，這些缺點限制了它的進一步應用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點，已成為高壓大功率電源的發(fā)展趨勢。本文對應用在高輸出電壓大功率場合的開關電源進行研究，對主電路拓撲、控制策略、工藝結構等方面做出詳細討論，提出實現方案。 高壓變壓器由于匝比很大，呈現出較大的寄生參數，如漏感和分布電容，若直接應用在PWM變換器中，漏感的存在會產生較高的電壓尖峰，損壞功率器件，分布電容的存在會使變換器有較大的環(huán)流，降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓撲，它可以利用高壓變壓器中漏感和分布電容作為諧振元件，減少了元件的數量，從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略，可以工作在電感電流連續(xù)模式(CCM)和電感電流斷續(xù)模式(DCM)，本文對這兩種工作模式進行詳細討論。針對CCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，用基波近似法推導出變換器的穩(wěn)態(tài)模型，給出一種詳盡的設計方法，可以保證所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，減小電流應力和開關頻率的變化范圍，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為41kV，功率為23kW的高頻高壓電源，實驗結果驗證了分析與設計的正確性。 針對DCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，該變換器可以實現零電流開關，有效地減小IGBT拖尾電流造成的關斷損耗。論文通過電路狀態(tài)方程推導出變換器的電壓傳輸比特性，在此基礎上對主電路參數進行設計，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為66kV，功率為72kW的高頻高壓電源，實驗結果表明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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變頻電源具有低損耗和高效率等顯著優(yōu)點，其性能的優(yōu)劣直接關系到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性指標，隨著工業(yè)上變頻電源的廣泛應用，對其性能參數的檢測也越來越重要，因此對變頻電源設備輸出電參數進行測量方面的研究具有重要的意義。 論文綜述了國內外各種交流變頻電參數測量系統(tǒng)的研究現狀和應用技術，根據變頻設備的工作機理和輸出特性，提出了系統(tǒng)的總體設計方案。由于變頻設備的輸出范圍廣且變化快，并且國內大部分參數測量設備都是針對工頻進行設計的，基于此本文采用高速的數字處理器和改進的算法來進行控制實現。 論文首先給出了各電參數測量的國際標準和理論基礎，重點分析了如何通過希爾波特變換來實現頻率的測量。為了濾除不需要的高次諧波并精確的測量頻率，建立了FIR濾波器模型，通過MATLAB編程進行了數字仿真，驗證了算法的正確性；利用周期法進行了其它電參數的測量實現，并在Labview 中進行了仿真，作為輔助分析軟件具有快速直觀的特點并有很大的通用性。 在理論分析和仿真的基礎上，論文設計了基于TMS320F2812 DSP的控制系統(tǒng)，并結合原理圖介紹了各模塊運行原理；重點分析了如何利用CPLD來實現時序控制的功能，并給出了VHDL設計的程序和仿真結果。最后進行軟件程序上的設計，對各部分進行了程序分析和設計，各模塊結構相互關聯(lián)，具有很好的擴展性和移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統(tǒng)中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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RFID被列為本世紀十大重要技術項目之一，經濟部技術處為國內科技研發(fā)推動之火車頭，92年度起即開始透過工研院系統(tǒng)中心推動高頻 RFID的研發(fā)計劃，研發(fā)內容包括IC芯片、天線、讀取機(Reader)等重
標簽： RFID
上傳時間： 2013-08-04
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伴隨高速DSP技術的廣泛應用，實時快速可靠地進行數字信號處理成為用戶追求的目標。同時，由于可編程器件在速度和集成度方面的飛速提高，使得利用硬件實現數字信號實時快速可靠處理有了新的途徑。 FIR濾波器是數字信號處理中常用部件，它的最大優(yōu)點在于：設計任何幅頻特性時，可以具有嚴格的線性相位，這一點對數字信號的實時處理非常關鍵。 FPGA是常用的可編程器件，它所具有的查找表結構非常適用于實現實時快速可靠的FIR濾波器，在加上VHDL語言靈活的描述方法以及與硬件無關的特點，使得使用VHDL語言基于FPGA芯片實現FIR濾波器成為研究的方向。 本文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究，并設計了一個16階的FIR低通濾波器。所做的主要工作為： 1.以FIR數字濾波器的基本理論為依據，使用分布式算法作為濾波器的硬件實現算法，并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點，采用多塊查找表的方式減小硬件規(guī)模。 2.在設計中采用了自頂向下的層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個模塊，利用VHDL語言的描述方法進行了各個功能模塊的設計，最終完成了FIR數字濾波器的系統(tǒng)設計。 3.采用FLEX10K系列器件實現一個16階的FIR低通濾波器的設計實例，用MAX+PLUSII軟件進行了仿真，并用MATLAB對仿真結果進行了分析，證明所設計的FIR數字濾波器功能正確。 仿真結果表明，本論文所設計的FIR濾波器硬件規(guī)模較小，采樣率達到了17.73MHz。同時只要將查找表進行相應的改動，就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器，體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，在系統(tǒng)級互連設計中高速串行I/O技術迅速取代傳統(tǒng)的并行I/O技術正成為業(yè)界趨勢。人們已經意識到串行I/O“潮流”是不可避免的，因為在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已經達到了物理極限，不能再提供可靠和經濟的信號同步方法。基于串行I/O的設計帶來許多傳統(tǒng)并行方法所無法提供的優(yōu)點，包括：更少的器件引腳、更低的電路板空間要求、減少印刷電路板（PCB）層數、PCB布局布線更容易、接頭更小、EMI更少，而且抵抗噪聲的能力也更好。高速串行I/O技術正被越來越廣泛地應用于各種系統(tǒng)設計中，包括PC、消費電子、海量存儲、服務器、通信網絡、工業(yè)計算和控制、測試設備等。迄今業(yè)界已經發(fā)展出了多種串行系統(tǒng)接口標準，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太網、10G以太網XAUI、串行ATA等等。 Aurora協(xié)議是為私有上層協(xié)議或標準上層協(xié)議提供透明接口的串行互連協(xié)議，它允許任何數據分組通過Aurora協(xié)議封裝并在芯片間、電路板間甚至機箱間傳輸。Aurora鏈路層協(xié)議在物理層采用千兆位串行技術，每物理通道的傳輸波特率可從622Mbps擴展到3.125Gbps。Aurora還可將1至16個物理通道綁定在一起形成一個虛擬鏈路。16個通道綁定而成的虛擬鏈路可提供50Gbps的傳輸波特率和最大40Gbps的全雙工數據傳輸速率。Aurora可優(yōu)化支持范圍廣泛的應用，如太位級路由器和交換機、遠程接入交換機、HDTV廣播系統(tǒng)、分布式服務器和存儲子系統(tǒng)等需要極高數據傳輸速率的應用。 傳統(tǒng)的標準背板如VME總線和CompactPCI總線都是采用并行總線方式。然而對帶寬需求的不斷增加使新興的高速串行總線背板正在逐漸取代傳統(tǒng)的并行總線背板。現在，高速串行背板速率普遍從622Mbps到3.125Gbps，甚至超過10Gbps。AdvancedTCA（先進電信計算架構）正是在這種背景下作為新一代的標準背板平臺被提出并得到快速的發(fā)展。它由PCI工業(yè)計算機制造商協(xié)會（PICMG）開發(fā)，其主要目的是定義一種開放的通信和計算架構，使它們能被方便而迅速地集成，滿足高性能系統(tǒng)業(yè)務的要求。ATCA作為標準串行總線結構，支持高速互聯(lián)、不同背板拓撲、高信號密度、標準機械與電氣特性、足夠步線長度等特性，滿足當前和未來高系統(tǒng)帶寬的要求。 采用FPGA設計高速串行接口將為設計帶來巨大的靈活性和可擴展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片內置了最多24個RocketIO收發(fā)器，提供從622Mbps到3.125Gbps的數據速率并支持所有新興的高速串行I/O接口標準。結合其強大的邏輯處理能力、豐富的IP核心支持和內置PowerPC處理器，為企業(yè)從并行連接向串行連接的過渡提供了一個理想的連接平臺。 本文論述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA設計傳輸速率為2.5Gbps的高速串行背板接口，該背板接口完全符合PICMG3.0規(guī)范。本文對串行高速通道技術的發(fā)展背景、現狀及應用進行了簡要的介紹和分析，詳細分析了所涉及到的主要技術包括線路編解碼、控制字符、逗點檢測、擾碼、時鐘校正、通道綁定、預加重等。同時對AdvancedTCA規(guī)范以及Aurora鏈路層協(xié)議進行了分析， 并在此基礎上給出了FPGA的設計方法。最后介紹了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT設計工具，可在標準ATCA機框內完成單通道速率為2.5Gbps的全網格互聯(lián)。
上傳時間： 2013-05-29
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電力系統(tǒng)自誕生以來，就孿生了電力系統(tǒng)諧波，隨著電子裝置的廣泛應用，諧波問題變得日益嚴重，電力諧波已經成為電力系統(tǒng)的公害。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。 本論文主要是從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統(tǒng)的相關問題。 論文中闡述了電力系統(tǒng)諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2FFT在諧波檢測中的應用，描述了FFT分析過程中的頻譜泄漏現象，并從理論上研究了頻譜泄漏的根源。 為了解決頻譜泄漏問題，本文提出了采用鎖相倍頻技術方法，跟蹤電力系統(tǒng)工頻頻率變化，從而有效減少頻譜泄漏。在諧波檢測中，FFT運算量很大、對速度和精度要求苛刻，本文探討了應用FPGA實現FFT信號處理的方法。
標簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-06-17
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隨著現代工業(yè)的發(fā)展，人機接口在工業(yè)生產以及社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，同時，人機接口的各項技術問題也日益凸現出來，越來越受到世界各國的關注。 本課題就基于便攜式儀表人機接口的設計開展研究。設計的關鍵步驟包括：人機接口的軟硬件設計、實驗系統(tǒng)的搭建以及在一條天然氣管道上進行管道檢測實驗，驗證人機接口的實用性。 論文中介紹了人機接口技術的發(fā)展過程與現狀、人機接口系統(tǒng)的軟硬件詳細設計。人機接口硬件包括：ARM處理器控制核心、通信接口電路、LCD顯示接口電路、USB接口儲存電路；軟件包括人機接口的底層軟件與應用軟件。在實驗過程中，首先獲取一段有裂紋的天然氣管道，接著使用自行設計的采樣模塊檢測磁場信號，通過串口將數據發(fā)送到人機接口平臺，人機接口平臺使用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，使用Qt程序在LCD上顯示實時曲線。而后人機接口將數據存儲在閃盤中，同時使用一系列算法程序對數據進行處理，最后利用檢測到的漏磁場法向分量HP（Y）的具有顯著特征的最大梯度值的位置來判斷裂紋的位置，再與實際的裂紋位置對比，得出可行性結論。經過大量的實驗，該系統(tǒng)可以很好的實現檢測目的，驗證了人機接口的實用性。
上傳時間： 2013-06-28
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在工業(yè)過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統(tǒng)的超調量變大，調節(jié)時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態(tài)過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業(yè)生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統(tǒng)的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統(tǒng)的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統(tǒng)的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優(yōu)缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點、發(fā)展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發(fā)板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統(tǒng)所涉及到的硬件平臺、系統(tǒng)框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
標簽： ARM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-11
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