本文研究了在復(fù)雜背景下紅外圖像的背景和噪聲抑制算法，并且完成了硬件實(shí)現(xiàn)，主要包括以下內(nèi)容： 1.通過對(duì)實(shí)際紅外圖像的背景和噪聲特性的研究分析，設(shè)計(jì)改進(jìn)了一種基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計(jì)濾波器的背景抑制的算法。紅外圖像的噪聲通常為脈沖噪聲，具有高頻特性；而紅外圖像的背景變換比較緩慢，其頻譜成分多集中在低頻區(qū)域，所以本文在對(duì)圖像特性分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)改進(jìn)了基于加權(quán)廣義次序統(tǒng)計(jì)濾波器的背景抑制的算法。在對(duì)采集的起伏背景紅外圖像進(jìn)行背景抑制后，用全局門限可以有效的分割出目標(biāo)信息，輸出包含目標(biāo)信息的二值化圖像，為后續(xù)處理提供數(shù)據(jù)。但是出于更復(fù)雜背景條件下算法有效性的目的，深入討論了局部自適應(yīng)門限分割算法的設(shè)計(jì)。 2.在實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中，底層的圖像預(yù)處理算法目前難以用軟件實(shí)現(xiàn)；但是其運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，適于用FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)算法的FPGA設(shè)計(jì)作了較為深入地研究，同時(shí)介紹了算法的VHDL實(shí)現(xiàn)，利用模塊化的優(yōu)點(diǎn)對(duì)算法分模塊設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)介紹。 3.完成了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的預(yù)處理部分硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)FPGA中預(yù)處理算法的處理結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。通過算法在硬件上的實(shí)現(xiàn)，證明了算法的有效性。
標(biāo)簽： FPGA 紅外成像 制導(dǎo) 數(shù)據(jù)
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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在合成孔徑雷達(dá)的研究和研制工作中，合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調(diào)頻信號(hào)，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達(dá)視頻模擬器為研究對(duì)象。首先對(duì)模擬器的幾項(xiàng)主要技術(shù)進(jìn)行分析，在對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬并做了成像驗(yàn)證，從而為硬件實(shí)現(xiàn)提供了正確的信號(hào)模型；針對(duì)傳統(tǒng)的“波形存儲(chǔ)直讀法”方案，即在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上用模擬軟件產(chǎn)生原始回波數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，再通過計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生視頻信號(hào)這一過程，分析指出該方案在實(shí)現(xiàn)高分辨率時(shí)的速度和容量瓶頸?！ ♂槍?duì)具體的設(shè)計(jì)要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實(shí)現(xiàn)研究，指出FPGA實(shí)時(shí)生成點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)是其實(shí)現(xiàn)的核心；針對(duì)這一核心問題，充分利用現(xiàn)代VLSI設(shè)計(jì)中的流水線技術(shù)與并行陣列技術(shù)以及FPGA的優(yōu)良性能和豐富資源，在時(shí)間上采用同步流水結(jié)構(gòu)、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統(tǒng)一為數(shù)據(jù)的高速生成問題；給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，該方案不需要大容量存儲(chǔ)器單元，大大減少模擬器復(fù)雜度；對(duì)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊的各主要單元給出了結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明FPGA可以滿足課題設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，對(duì)該模擬器片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、增強(qiáng)人機(jī)交互性，給出了人機(jī)界面的設(shè)計(jì)思路?！ 》治鲋赋隽它c(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊通過并行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)目標(biāo)的原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成；最后對(duì)復(fù)雜場景目標(biāo)模擬器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了構(gòu)思，指出了傳統(tǒng)方案在改進(jìn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實(shí)現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達(dá)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成的思想，為國內(nèi)業(yè)界在此方向做了一些理論和實(shí)踐上的有益探索，對(duì)于國內(nèi)高分辨率合成孔徑雷達(dá)的研制具有一定的實(shí)際意義。
標(biāo)簽： FPGA 高分辨率 合成孔徑 雷達(dá)視頻
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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標(biāo)簽： FPGA USB 性能 數(shù)據(jù)采集模塊
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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隨著圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識(shí)別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對(duì)生物特征市場的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識(shí)別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場的需求。目前指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識(shí)別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識(shí)別系統(tǒng)對(duì)速度的要求。 本文對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識(shí)別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識(shí)別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識(shí)率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲(chǔ)器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對(duì)硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對(duì)這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識(shí)別 法的研究 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-06-07
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醫(yī)療保健行業(yè)的發(fā)展趨勢是通過非置入手段來實(shí)現(xiàn)早期疾病預(yù)測，降低病人開支，這一趨勢促使醫(yī)療成像設(shè)備在該領(lǐng)域扮演了越來越重要的角色。
標(biāo)簽： FPGA 醫(yī)療成像
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微處理器技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、遙感遙測等領(lǐng)域。在各種信息的獲取中，對(duì)高速數(shù)據(jù)采集的需求非常廣泛。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平也提出了更高的要求。并且由于通訊網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合使得各種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)成為當(dāng)前遠(yuǎn)距離無線通訊領(lǐng)域最為廣泛的應(yīng)用。本課題將廣泛應(yīng)用的嵌入式控制器引入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，并結(jié)合GPRS優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)特性，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低功耗、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、軟硬件可根據(jù)具體測量任務(wù)適當(dāng)裁減的無線高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。 本設(shè)計(jì)采用32位ARM處理器S3C2410為核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速數(shù)據(jù)采集模塊，GPRS數(shù)據(jù)通信模塊，在Linux嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化高速采集，數(shù)字化無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)默F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該平臺(tái)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)主要為各種傳感器輸出的電壓模擬量。前端數(shù)據(jù)采集模塊的FPGA控制高速AD轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量信號(hào)采集后，存儲(chǔ)在由DDRSDRAM構(gòu)成的大容量緩存中，再經(jīng)過嵌入式系統(tǒng)中的微控制器進(jìn)行各種處理，然后將處理結(jié)果保存在ARM系統(tǒng)的SDRAM內(nèi)存，最后通過在ARM系統(tǒng)模塊擴(kuò)展的GPRS模塊，將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。 IAnux由于其代碼開放性以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等特點(diǎn)，在許多的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用，與其他的嵌入式操作系統(tǒng)相比，具有著更多的優(yōu)勢。因此本課題將其作為硬件平臺(tái)的操作系統(tǒng)。基于ARM的嵌入式數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、通用性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)，可為各種嵌入式應(yīng)用提供一套完整的硬、軟件解決方案，在工業(yè)測量與控制領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽： ARM_Linux 無線數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
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隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種智能核儀器逐步走向自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化和便攜式的方向發(fā)展。針對(duì)傳統(tǒng)的多道脈沖幅度分析器體積大，人機(jī)交互不友好，不方便現(xiàn)場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續(xù)出現(xiàn)填補(bǔ)了這一缺點(diǎn)。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，以ARM為核的處理器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，相比較單片機(jī)而言，它的主頻高、運(yùn)算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時(shí)間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點(diǎn)正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時(shí)，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設(shè)資源，這樣就簡化了外設(shè)電路及芯片的使用，降低了功耗并增強(qiáng)了產(chǎn)品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統(tǒng)，為多道脈沖幅度分析器多任務(wù)的管理和并行的處理，甚至硬實(shí)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)提供了前提。而且在ARM平臺(tái)使用嵌入式linux操作系統(tǒng)使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級(jí)。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發(fā)展趨勢。智能化要求系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高、操作簡便、容錯(cuò)性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執(zhí)行者即硬件控制電路來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制邏輯，兩者的結(jié)合才能真正的實(shí)現(xiàn)智能化。小型化要求系統(tǒng)的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時(shí)必須保持系統(tǒng)的智能化，即不能減少智能化所要求的復(fù)雜的邏輯和時(shí)序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實(shí)現(xiàn)控制電路能滿意地同時(shí)滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實(shí)現(xiàn)，如閾值設(shè)定、自動(dòng)穩(wěn)譜以及多道數(shù)據(jù)采集，在節(jié)省了元件的數(shù)目和電路板的尺寸的同時(shí)仍能保持系統(tǒng)的智能化程度。 Linux內(nèi)核精簡而高效，可修改性強(qiáng)，支持多種體系結(jié)構(gòu)的處理器等，使得它是一個(gè)非常適合于嵌入式開發(fā)和應(yīng)用的操作系統(tǒng)。嵌入式Linux可以運(yùn)行的硬件平臺(tái)十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結(jié)構(gòu)。目前在世界范圍內(nèi)，ARM體系結(jié)構(gòu)的SOC逐漸占領(lǐng)32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，例如：工業(yè)控制，無線通訊，網(wǎng)絡(luò)，消費(fèi)類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產(chǎn)的ARM(Advanced RISC Machines，先進(jìn)精簡指令集機(jī)器)芯片S3C2410A設(shè)計(jì)并研制了一種便攜式的核數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。利用ARM芯片豐富的外設(shè)資源對(duì)傳統(tǒng)的多道脈沖幅度分析器進(jìn)行改進(jìn)和簡化。系統(tǒng)由前端探測器系統(tǒng)，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲(chǔ)模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等多個(gè)模塊組成。本設(shè)計(jì)基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺(tái)上移植了嵌入式linux操作系統(tǒng)來進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度和處理等。 電路板核心板部分設(shè)計(jì)采用6層PCB板結(jié)構(gòu)，這樣增加了系統(tǒng)可靠性，提高了電磁兼容的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉(zhuǎn)換直接使用了S3C2410內(nèi)置的ADC(Analog to Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，在2.5 MHz的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘下最大轉(zhuǎn)換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點(diǎn)每秒)，滿足了系統(tǒng)最低轉(zhuǎn)換時(shí)間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數(shù)碼卡)卡存儲(chǔ)容量大、攜帶方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)中采用其作為外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備,其驅(qū)動(dòng)部分采用SD卡軟件包，為開發(fā)帶來了方便。本設(shè)計(jì)采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機(jī)交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統(tǒng)提供圖形用戶界面的應(yīng)用框架和窗口系統(tǒng)。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設(shè)置部分，這樣方便了用戶操作。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取方面是基于SQLite嵌入式小型數(shù)據(jù)庫而進(jìn)行的。為了方便數(shù)據(jù)向上位機(jī)的傳輸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用XML(Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言)格式來組織傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協(xié)議的Linux下Socket套接字編程，來進(jìn)行與上位機(jī)或PC(Personal Computer,個(gè)人計(jì)算機(jī)或桌面機(jī))等的連接和數(shù)據(jù)傳輸。
標(biāo)簽： ARMLinux 多道 分析器 脈沖幅度
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在工業(yè)過程中，許多對(duì)象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統(tǒng)的超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間變長。因此滯后過程被公認(rèn)為較難控制的對(duì)象，而且純滯后占整個(gè)動(dòng)態(tài)過程的時(shí)間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對(duì)象的控制一直是困擾自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一大難題。而這類對(duì)象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業(yè)生產(chǎn)過程中。因此對(duì)該問題的研究具有重大的實(shí)際意義。 傳統(tǒng)的PID配合Smith預(yù)估補(bǔ)償器的控制方法，對(duì)模型誤差反映比較靈敏，當(dāng)存在建模誤差或干擾時(shí)，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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制研究的不斷深入，有些學(xué)者將它們與Smith預(yù)估控制、PID控制及預(yù)測控制等相結(jié)合，提出了針對(duì)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(cuò)，但系統(tǒng)的復(fù)雜程度和調(diào)試難度也隨之增加。因此設(shè)計(jì)簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個(gè)重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點(diǎn)，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。接著概要地介紹了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景。并針對(duì)性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應(yīng)用領(lǐng)域。然后本文針對(duì)大滯后對(duì)象提出了自抗擾控制器與Smith預(yù)估補(bǔ)償器相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。通過仿真對(duì)比了本方案、PID配合Smith預(yù)估補(bǔ)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(yù)估補(bǔ)償器的結(jié)合有效地改善了大滯后對(duì)象的控制效果，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力。為驗(yàn)證該控制方案的實(shí)際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中的具有大滯后特性的盤管內(nèi)部的溫度為被控對(duì)象，以JX44BO開發(fā)板作為主要的控制平臺(tái)設(shè)計(jì)并完成大滯后控制實(shí)驗(yàn)。所以接下來本文介紹了實(shí)現(xiàn)這個(gè)嵌入式溫度大滯后控制系統(tǒng)所涉及到的硬件平臺(tái)、系統(tǒng)框圖以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺(tái)的控制界面以及各個(gè)主要功能的程序的實(shí)現(xiàn)，以及遠(yuǎn)程客戶端程序在以太網(wǎng)通訊方面的程序?qū)崿F(xiàn)和遠(yuǎn)程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置以及最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)際應(yīng)用中本文所提出的方案對(duì)于大滯后對(duì)象具有較好的控制效果。
標(biāo)簽： ARM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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隨著生物工程及醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展，磁共振成像在醫(yī)學(xué)診斷學(xué)方面發(fā)揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫(yī)療設(shè)備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎(chǔ)，是評(píng)價(jià)該設(shè)備的一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)，磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個(gè)重要方向。良好、穩(wěn)定的磁場均勻性對(duì)核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義，同時(shí)也是飽和壓脂序列實(shí)現(xiàn)的唯一條件。 該課題的主要內(nèi)容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)勻場線圈的形狀及位置的基礎(chǔ)上，分析各個(gè)線圈中電流的大小與空間某點(diǎn)磁場強(qiáng)度的關(guān)系。同時(shí)借鑒磁共振成像原理，設(shè)計(jì)輔助測量水膜，對(duì)空間某一特定半徑的球體腔內(nèi)各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)化測量。在當(dāng)前使用的被動(dòng)式勻場的基礎(chǔ)上，利用分析軟件，對(duì)線圈的選擇及電流的大小進(jìn)行計(jì)算與優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明效果良好，磁場均勻度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉(zhuǎn)化技術(shù)去設(shè)計(jì)一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計(jì)算機(jī)模擬及有限元分析的方法進(jìn)行計(jì)算、優(yōu)化，最終得到理想的磁場均勻度。 良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎(chǔ)，是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現(xiàn)的先進(jìn)序列實(shí)現(xiàn)的前提條件。從而為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種先進(jìn)的檢查手段，為疾病診治的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎(chǔ)。 該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的勻場計(jì)算分析軟件已在多臺(tái)磁共振安裝調(diào)試過程中得到應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的目的，能夠滿足現(xiàn)場調(diào)試的要求。該方法對(duì)于今后超導(dǎo)磁體磁共振的磁場均勻性調(diào)試，及在醫(yī)學(xué)影像學(xué)方面的發(fā)展有很好的應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)技術(shù)在該領(lǐng)域的推廣必然會(huì)提高磁場均勻性的精度，推動(dòng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)及臨床診斷學(xué)的發(fā)展。并能帶來良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，具有關(guān)闊的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽： 磁共振 超導(dǎo)磁體 磁場
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隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)向大容量、高電壓方向發(fā)展，廣泛用于大型發(fā)電機(jī)組測量和保護(hù)用的大電流互感器的研制就變得很緊迫。考慮到大電流互感器具有大電流、強(qiáng)電磁干擾和多相運(yùn)行等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)大電流互感器時(shí)，必須采取有效的屏蔽措施，屏蔽來自鄰相的雜散磁通。傳統(tǒng)的屏蔽方案是采用金屬屏蔽罩，盡管有效，但設(shè)備笨重。本文中，作者對(duì)有外層屏蔽繞組的大電流互感器進(jìn)行了各種研究。 大電流互感器采用繞組屏蔽方式后，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)屏蔽繞組，使屏蔽繞組能夠充分有效地屏蔽雜散磁通對(duì)環(huán)形鐵心的影響呢?針對(duì)上述的問題，本文作者主要完成如下幾個(gè)方面的工作： 1、首先對(duì)國內(nèi)外大電流互感器的發(fā)展與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了敘述，并成功設(shè)計(jì)了15000/5A大電流互感器。 2、對(duì)精典的電磁場理論和場路耦合法的數(shù)學(xué)理論進(jìn)行了深入的研究，建立了大電流互感器的三維場路耦合有限元分析的數(shù)學(xué)模型和仿真模型。應(yīng)用有限元軟件ANSYS建立三維有限元仿真模型和基于場路耦合原理的外部耦合電路。 3、理論分析了雜散磁通對(duì)電流互感器鐵心的影響；重點(diǎn)分析了繞組屏蔽雜散磁通理論；通過等值電流法，得到無論三相還是多相電流互感器條件下，中間相的電流互感器所受到的雜散磁通是最為嚴(yán)重的，為大電流互感器的有效保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。 4、為了得到最優(yōu)化屏蔽繞組，對(duì)屏蔽繞組的匝數(shù)采用離散化替代連續(xù)性，再考慮屏蔽繞組在環(huán)形鐵心上的位置，共提出了多種優(yōu)化方案；根據(jù)三維場路耦合有限元分析模型，精確計(jì)算出屏蔽繞組中的電流、電流分布、環(huán)形鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布和外層繞組的局部最高溫升，通過比較多種計(jì)算結(jié)果，得到大電流互感器屏蔽繞組的最優(yōu)化方案。 5、最后建立了大電流互感器的等效磁勢法和降流回路法兩種試驗(yàn)方案模型，通過比較試驗(yàn)方案仿真計(jì)算結(jié)果和出廠試驗(yàn)結(jié)果，證明了仿真計(jì)算結(jié)果是正確的，可靠的。 通過對(duì)屏蔽繞組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，有效地削弱了雜散磁通，使得大電流互感器輕型化、小型化，節(jié)約了大量的銅材料，使得其運(yùn)輸更加方便。
標(biāo)簽： 大電流 互感器 繞組 應(yīng)用研究
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