直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
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點，其性能的優劣直接關系到整個系統的安全性和可靠性指標，隨著工業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，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，具有很好的擴展性和移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文主要的研究為對轉永磁無刷直流電動機控制問題，對轉永磁無刷直流電動機在艦船、水下航行器等對轉推進系統中有著廣泛的應用前景。它具有無刷直流電動機的一切優點：功率密度大、調速性能好、運行效率高、結構簡單、運行可靠、維護方便等等。其與普通的永磁無刷直流電動機的差別僅僅在于原來靜止的電樞部分和旋轉的永磁體部分都可以相對于靜止部分旋轉，即有兩個轉子，根據作用力與反作用力的原理，兩個轉子受到的電磁轉矩在任意時刻都是大小相等、方向相反的。因此兩個轉子必將沿著相反的方向旋轉。 論文主要工作和創新點如下： 1)介紹了對轉永磁無刷直流電機與普通永磁無刷直流電機的區別、優點及應用，詳細分析了其工作原理，并建立對轉永磁無刷直流電機本體的數學模型，接著利用MATLAB/Simulink建立對轉永磁無刷直流電機的仿真模型。 2)研究了無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機的控制方法。采用基于DSP的三次諧波過零點檢測方法來檢測電機轉子的位置與轉速，采用數字鎖相環對三次諧波過零點進行90°延遲： 3)控制系統采用雙閉環控制，即速度環與電流環來組成調速控制系統，其中速度環采用了基于改進的BP神經網絡PID自適應控制，電流環采用滯環控制，并對整個系統進行仿真。 4)在仿真研究的基礎上，本文進行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片為控制核心的無位置傳感器對轉永磁無刷直流電機數字控制系統的軟硬件設計。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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隨著現代DSP、FPGA等數字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術的現代通信與信息處理系統也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統作為其應用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現，從而將無線通信新系統、新產品的開發逐步轉移到軟件上來。另一方面，現代信號處理系統對數據的處理速度、處理精度和動態范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統一般均采用DSP+FPGA的架構，其中DSP主要負責完成系統通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預處理等前端算法，并提供系統常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統的架構。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構成系統信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統當中以擴展系統音視頻信號處理能力，體現系統的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統設計正逐漸成為現代FPGA應用的一個熱點。結合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內設計了一個嵌入式系統，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內集成的三態以太網MAC硬核模塊，實現了系統與上位PC機之間的以太網通信鏈路。此外，為擴展系統功能，適應未來可能的軟件升級，進一步提高系統的通用性，還將嵌入式實時操作系統μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發器的高速串行傳輸設計的關鍵技術和基本的設計方法，充分體現了目前高速實時信號處理系統的發展要求和趨勢。 @@關鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系統；MicroBlaze
上傳時間： 2013-05-17
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隨著FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的應用越來越廣泛且重要，FPGA的測試技術也得到了廣泛重視和研究。基于FPGA可編程的特性，應用獨立的測試(工廠測試)需要設計數個測試編程和測試向量來完成FPGA的測試，確保芯片在任何用戶可能的編程下都可靠工作。 本論文正是針對上述問題，以XilinxXC4000E系列FPGA為主要的研究對象，在詳細研究FPGA內部結構的基礎上，基于“分治法”的基本思路對FPGA的測試理論和方法做了探索性研究。 研究完成了對可編程邏輯模塊(ConfigrableLogicBlock)及其子模塊的測試。主要基于“分治法”對CLB及其子模塊進位邏輯(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等進行了測試劃分，分別實現了以“一維陣列”為基礎的測試配置和測試向量，以較少了測試編程次數完成了所有CLB資源的測試。 研究完成了對互連資源(ConfigrableInterconnectResource)的測試。基于普通數據總線的測試方法，針對互連資源主要由線段和NMOS開關管組成的特點及其自身的故障模型，通過手工連線實現測試配置，僅通過4次編程就實現了對其完全測試。 在測試理論研究的基礎上，我們開發了能對FPGA器件進行實際測試的測試平臺。基于硬件仿真器的測試平臺通過高速光纖連接工作站上的EDA仿真軟件，把軟件語言描述的測試波形通過硬件仿真器轉化為真實測試激勵，測試響應再讀回到仿真軟件進行觀察，能夠靈活、快速的完成FPGA器件的配置和測試。該平臺在國內首次實現了軟硬件協同在線測試FPGA。在該平臺支持下，我們成功完成了對各軍、民用型號FPGA的測試任務。 本研究成果為國內自主研發FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研與實踐價值，成功解決了國外公司在FPGA測試技術上的壟斷問題，幫助國產FPGA器件實現完全國產化。
上傳時間： 2013-05-17
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建立在數據率轉換技術之上的寬帶數字偵察接收機要求能夠實現高截獲概率、高靈敏度、近乎實時的信號處理能力。雙信號數據率轉換技術是寬帶數字偵察接收機關鍵技術之一，是解決寬帶數字接收機中前端高速ADC采樣的高速數據流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術以及帶通濾波，即寬帶數字下變頻技術，是實現數據率轉換系統的關鍵技術。本文首先介紹了寬帶數字偵察接收關鍵技術之一的數據率轉換技術，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實驗系統硬件實現。論文主要工作如下： (1)分析了現代電子偵察環境下的信號特征，指出寬帶數字接收機必須滿足寬監視帶寬、流水作業以及近實時的響應時間。給出了一種頻率引導式的數字接收機方案，簡要介紹這種接收機的關鍵技術——快速、高精度頻率估計以及高效的數據率轉換。 (2)介紹了FFT技術在測頻算法中的應用，比較了FFT專用芯片及其優點和缺點，指出為了滿足實時處理要求，必須選用FPGA設計FFT模塊。 (3)在分析常規的插值算法基礎上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計方法，只需三個FFT變換系數的實部構造頻率修正項，計算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點。 (4)基于DFT理論和自相關理論，提出了結合FFT和自相關的雙信號頻率估計算法。該方法先用DFT估計其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調并對消該頻率成分，最后利用自相關理論估計出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術，研究了信號平方與FFT結合的雙信號頻率估計算法。根據信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計值，并利用插值技術提高測頻精度。該算法能夠精確地估計頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地擴展到復信號，FPGA硬件實現容易。 (6)基于現代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計算法。方法在利用AR(2)模型系數估計雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計其中強信號分量的頻率值。算法仿真驗證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達雙信號頻率估計的FPGA硬件實現架構，并進行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統的硬件設計方案，給出了快速測頻及帶寬估計模塊設計。
上傳時間： 2013-06-02
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本論文主要對無線擴頻集成電路設計中的信道編解碼算法進行研究并對其FPGA實現思路和方法進行相關研究。 近年來無線局域網IEEE802.11b標準建議物理層采用無線擴頻技術，所以開發一套擴頻通信芯片具有重大的現實意義。無線擴頻通信系統與常規通信相比，具有很強的抗干擾能力，并具有信息蔭蔽、多址保密通信等特點。無線信道的特性較復雜，因此在無線擴頻集成電路設計中，加入信道編碼是提高芯片穩定性的重要方法。 在了解擴頻通信基本原理的基礎上，本文提出了“串聯級聯碼+兩次交織”的信道編碼方案。串聯的級聯碼由外碼——(15，9，4)里德-所羅門(Reed-Solomon)碼，和內碼-(2，1，3)卷積碼構成，交織則采用交織深度為4的塊交織。重點對RS碼的時域迭代譯碼算法和卷積碼的維特比譯碼算法進行了詳細的討論，并完成信道編譯碼方案的性能仿真及用FPGA實現的方法。 計算機仿真的結果表明，采用此信道編碼方案可以較好的改善現有仿真系統的誤符號率。 本論文的內容安排如下：第一章介紹了無線擴頻通信技術的發展狀態以及國內外開發擴頻通信芯片的現狀，并給出了本論文的研究內容和安排。第二章主要介紹了擴頻通信的基本原理，主要包括擴頻通信的定義、理論基礎和分類，直接序列擴頻通信方式的數學模型。第三章介紹了基本的信道編碼原理，信道編碼的分類和各自的特點。第四章給出了本課題選擇的信道編碼方案——“串聯級聯碼+兩次交織”，詳細討論了方案中里德-所羅門(Reed-Solomon)碼和卷積碼的基本原理、編碼算法和譯碼算法。最后給出編碼方案的實際參數。第五章對第四章提出的編碼方案進行了性能仿真。第六章結合項目實際，討論了FPGA開發基帶擴頻通信系統的設計思路和方法。首先對FPGA開發流程以及實際開發的工具進行了簡要的介紹，然后給出了擴頻通信系統的總體設計。對發射和接收子系統中信道編碼、解碼等相關功能模塊的實現原理和方法進行分析。第七章對論文的工作進行總結。
上傳時間： 2013-07-07
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減搖鰭是船舶與海洋工程中的一種重要系統，目前已在多種船舶中廣泛應用。減搖鰭對于提高船舶耐波性，增加船舶使用壽命，改善設備與人員的工作條件，提高艦艇的戰斗力具有重要作用。減小船舶橫搖是目前船舶運動控制領域的重要課題之一。本文以船舶減搖鰭系統作為研究對象，重點講述了基于ARM處理器的減搖鰭控制器的設計與實現方案。 減搖鰭系統目前大多采用基于力矩對抗原理的PID控制器。控制器的性能對船舶自然橫搖周期和無因次橫搖衰減系數有著很大的依賴關系。由于船舶橫搖運動的復雜性、非線性、時變性和海況的不確定性，經典PID控制難以獲得滿意的控制效果。采用先進的控制策略是解決這一問題的有效方法。本論文將模糊控制與PID控制相結合，實現了無須精確的對象模型，只須將操作人員和專家長期實踐積累的經驗知識用控制規則模型化，然后用模糊推理在線辨識對象特征參數，便可對PID參數實現自整定。另外，浪級調節器做為減搖鰭控制器的一個重要組成部分，本論文也對其設計進行了研究，提出了一種基于海浪譜估計的浪級調節器的設計方法，彌補了傳統浪級調節器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多數的減搖鰭控制器使用單片機作為主處理器或者以工控機為基礎開發而來的，前者集成度不高，穩定性也不好，而后者成本較高。因此，本課題設計了一款新型的基于ARM處理器的減搖鰭控制器，解決了上述問題。該系統主要由硬件平臺和軟件平臺兩部分組成。硬件平臺主要包括基于飛利浦公司的LPC2214的控制器核心電路和輔助實現控制的驅動電路；軟件平臺主要是基于ARM的軟件，包括啟動代碼和應用程序。 研究結果表明：開發的嵌入式減搖鰭控制系統不僅具有集成度高、性價比高、性能優越、抗干擾能力強、穩定性好、實時性高等優點。同時更能夠適應減搖鰭控制系統智能化的發展趨勢，所以該減搖鰭控制器具有很好的使用價值及意義。
上傳時間： 2013-07-10
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磁通反向電機(FRM)是一種新型的雙凸極永磁(DSPM)電機,它把高磁能的永磁體放在定子極的表面,永磁體易于安裝.隨著轉子旋轉,FRM定子繞組所交鏈的永磁磁通改變極性,這意味著比磁通脈振產生更大的磁通變化.由于FRM的繞組利用率高、結構簡單、轉動慣量小及適于高速運轉等優點,可廣泛應用于汽車制造業、航空航天等工業領域.本文將從模型建立、分析方法、性能分析等方面對該電機進行深入研究.首先,為了解FRM基本理論和掌握其基本規律,寫出FRM的基本方程式;由于電機的雙凸極結構以及飽和和非線性的影響,整個系統為一強非線性系統.對該電機作適當簡化,建立其線性數學模型,這樣有利于對FRM的定性分析,弄清其內部的基本電磁關系和基本特性.討論了繞組電感、繞組磁鏈、感應電動勢及繞組電流、電磁轉矩等靜態特性,推導出FRM的功率密度計算公式.其次,為準確計算FRM性能,要考慮磁路飽和、鐵磁材料的非線性以及永磁磁場與電樞反應磁場之間的相互影響等因素,要建立FRM的非線性模型,提出用變網絡等效磁路法進行分析.具體方法是建立FRM的非線性變網絡等效磁路模型,推導等效磁路中各部分磁導的計算公式,用節點磁位法建立相應的方程,通過求解該非線性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,進一步求得靜態特性,計算出電磁參數.然后用FRM樣機的實驗結果驗證理論分析的正確性.樣機的理論分析結果同實驗結果進行比較表明,本文所介紹的FRM變網絡等效磁路模型具有較好的精度及通用性,基于等效磁網絡模型的FRM電磁計算是可行的,計算結果是正確的.最后對磁通反向汽車發電機的功率密度進行分析.導出了磁通反向汽車發電機功率密度的計算公式,分析了影響電機功率密度的因素,并與電勵磁汽車發電機進行了比較.
上傳時間： 2013-07-30
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