電力電子裝置的控制技術(shù)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而愈來愈復(fù)雜。開關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子設(shè)備中不可或缺的組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣以及體積的大小直接影響電子設(shè)備整體性能。高頻化、小型化、數(shù)字化是開關(guān)電源的發(fā)展方向。 在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，數(shù)字控制器的性能決定了控制系統(tǒng)的整體性能。數(shù)字化電力電子設(shè)備中的控制部分多以MCU/DSP為核心，以軟件實現(xiàn)離散域的運算及控制。在很多高頻應(yīng)用的場合，目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設(shè)計靈活、集成度高、速度快、設(shè)計周期短等優(yōu)點，與單片機和DSP相比，F(xiàn)PGA具有更高的處理速度。同時FPGA應(yīng)用在數(shù)字化電力電子設(shè)備中，還可以大大簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并可實現(xiàn)多種高速算法，具有較高的性價比。 依據(jù)FPGA的這些突出優(yōu)點，本文將FPGA應(yīng)用于直流開關(guān)電源控制器設(shè)計中，以實現(xiàn)開關(guān)電源數(shù)字化和高頻化的要求。主要研究工作如下： 介紹了基于FPGA的DC/DC數(shù)字控制器中A/D采樣控制、數(shù)字PI算法的實現(xiàn)；重點描述了采用混合PWM方法實現(xiàn)高分辨率、高精度數(shù)字PWM的設(shè)計方案，并對各模塊進行了仿真測試；用FPGA開發(fā)板進行了一部分系統(tǒng)的仿真和實際結(jié)果的檢測，驗證了文中的分析結(jié)論，證實了可編程邏輯器件在直流開關(guān)電源控制器設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-07-23
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固態(tài)硬盤是一種以FLASH為存儲介質(zhì)的新型硬盤。由于它不像傳統(tǒng)硬盤一樣以高速旋轉(zhuǎn)的磁盤為存儲介質(zhì)，不需要浪費大量的尋道時間，因此它有著傳統(tǒng)硬盤不可比擬的順序和隨機存儲速度。同時由于固態(tài)硬盤不存在機械存儲結(jié)構(gòu)，因此還具有高抗震性、無工作噪音、可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境等優(yōu)點。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，固態(tài)硬盤技術(shù)已經(jīng)成為未來存儲介質(zhì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 本文以設(shè)計固態(tài)硬盤控制芯片IDE接口部分為項目背景，通過可編程邏輯器件FPGA，基于ATA協(xié)議并使用硬件編程語言verilog，設(shè)計了一個位于設(shè)備端的IDE控制器。該IDE控制器的主要作用在于解析主機所發(fā)送的IDE指令并控制硬盤設(shè)備進行相應(yīng)的狀態(tài)遷移和指令操作，從而完成硬盤設(shè)備端與主機端之間基本的狀態(tài)通信以及數(shù)據(jù)通信。論文主要完成了幾個方面的內(nèi)容。第一：論文從固態(tài)硬盤的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了固態(tài)硬盤IDE控制器的功能性需求以及寄存器傳輸、PIO傳輸和UDMA傳輸三種ATA協(xié)議主要傳輸模式所必須遵循的時序要求，并概括了IDE控制器設(shè)計的要點和難點；第二：論文設(shè)計了IDE控制器的總體功能框架，將IDE控制器從功能上分為寄存器部分、頂層控制模塊、異步FIFO模塊、PIO控制模塊、UDMA控制模塊以及CRC校驗?zāi)K六大子功能模塊，并分析了各個子功能模塊的基本工作原理和具體功能設(shè)計；第三：論文以設(shè)計狀態(tài)機流程和主要控制信號的方式實現(xiàn)了各個具體子功能模塊并列舉了部分關(guān)鍵代碼，同時給出了主要子功能模塊的時序仿真圖；最后，論文給出了基于PIO傳輸模式和基于UDMA傳輸模式的具體指令操作流程實現(xiàn)，并通過SAS邏輯分析儀和QuartusⅡ?qū)DE控制器進行了功能測試和分析，驗證了本論文設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-07-31
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達(dá)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(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲介質(zhì)及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點，是目前存儲領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設(shè)計基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA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(shè)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(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機和邏輯電路實現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)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(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。最后完成固態(tài)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(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗證結(jié)論。 本文設(shè)計的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性高的特點，易于升級和二次開發(fā)，是實現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
標(biāo)簽： FPGA 固態(tài)硬盤 制器設(shè)計
上傳時間： 2013-05-28
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工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用常規(guī)的PID控制器難以達(dá)到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強的信息綜合、學(xué)習(xí)記憶、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應(yīng)用到實際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、自適應(yīng)能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計原理和設(shè)計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計單神經(jīng)元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實現(xiàn)，對控制器進行VHDL語言分層設(shè)計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設(shè)計中進行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制理論及永磁材料等技術(shù)的快速發(fā)展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領(lǐng)域得到了越來越廣泛的關(guān)注，隨著FPGA的技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用，使得各種先進的控制算法得以實現(xiàn)，于是數(shù)字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發(fā)展趨勢和當(dāng)前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數(shù)字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數(shù)學(xué)建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型進行了推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。其次對常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于永磁同步電機的調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)整定繁瑣、系統(tǒng)魯棒性差的缺點，仿真結(jié)果驗證了該系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)永磁同步電機控制器的設(shè)計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設(shè)計方案。按照FPGA模塊化設(shè)計思想，將整個系統(tǒng)進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現(xiàn)算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗證，驗證結(jié)果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩(wěn)定運行，從而證實了本設(shè)計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度已經(jīng)由最初的10M發(fā)展到現(xiàn)在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器與其它SOC系統(tǒng)的互連成為當(dāng)前的研究熱點。本文闡述了MAC層的FPGA設(shè)計、仿真及測試；介紹了整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模塊劃分，并對各個模塊的設(shè)計過程進行了詳細(xì)闡述，接著介紹了開發(fā)環(huán)境和驗證工具，同時給出測試方案、驗證數(shù)據(jù)、實現(xiàn)結(jié)果及時序仿真波形圖。 對MAC層的主要功能模塊如:發(fā)送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語言的解決方法。 本課題針對以下三個方面進行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數(shù)據(jù)輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗證開發(fā)平臺。 2)基于FPGA實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器。用VerilogHDL語言構(gòu)建以太網(wǎng)控制器，實現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議、10M/100M自適應(yīng)以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統(tǒng)通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統(tǒng)互連，也為構(gòu)建SOC上處理器提供條件。 本論文實現(xiàn)了一個基于WS總線接口可裁減的以太網(wǎng)MAC控制器IP軟核，為設(shè)計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的以太網(wǎng)MAC控制器積累了經(jīng)驗。同時，為與其它WS接口的控制器實現(xiàn)直接互連創(chuàng)造了條件，對高層次設(shè)計這一先進ASIC設(shè)計方法也有了較為深入的認(rèn)識。
標(biāo)簽： 10M100M FPGA 以太網(wǎng)控制器
上傳時間： 2013-07-17
上傳用戶：bruce
當(dāng)前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量日益增大，要求數(shù)據(jù)傳送的速度也越來越快，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式已無法滿足目前的要求。在此前提下，采用高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成為必然，DMA(直接存儲器訪問)技術(shù)就是較理想的解決方案之一，能夠滿足信息處理實時性和準(zhǔn)確性的要求。 本文以EDA工具、硬件描述語言和可編程邏輯器件(FPGA)為技術(shù)支撐，設(shè)計DMA控制器的總體結(jié)構(gòu)。在通道檢測模塊中，解決了信號抗干擾和請求信號撤銷問題，并提出并行通道檢測算法；在優(yōu)先級管理模塊中提出了動態(tài)優(yōu)先級端口響應(yīng)機制；在傳輸模塊中采用狀態(tài)機的設(shè)計思想設(shè)計多個通道的數(shù)據(jù)傳輸。通過各模塊問題的解決及新方法的采用，最終設(shè)計出基于FPGA的多通道DMA控制器的IP軟核。實驗仿真結(jié)果表明，本控制器傳輸速度較快，主頻達(dá)100MHz以上，且工作穩(wěn)定。
上傳時間： 2013-05-16
上傳用戶：希醬大魔王
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的電機已無法滿足當(dāng)前工程的要求，其作用也由過去簡單的起停控制、提供動力上升到要求對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等進行精確的控制，并能實現(xiàn)快速加速、減速、反轉(zhuǎn)以及準(zhǔn)確停止等，使被驅(qū)動的機械運動符合于集的要求。在集成電路、現(xiàn)代電子技術(shù)及控制理論飛速發(fā)展的今天，電機控制技術(shù)也得到了飛快的發(fā)展，電機控制器也由模擬分立元件構(gòu)成的電路向數(shù)模混合、全數(shù)字方向發(fā)展。本論文主要研究了FPGA芯片在電機控制器中的應(yīng)用。 論文首先對無刷直流電機系統(tǒng)進行了綜合性論述。對系統(tǒng)的組成、及系統(tǒng)中主要部分：如位置傳感器、逆變器和功率器件、供電直流電源進行了較詳細(xì)的說明；并且提出了與本研究相關(guān)的控制機理和實施方案。 其次，論文對FPGA芯片的特點及配置電路、以及以FPGA-FLEX10K10為核心的控制器電路的組成進行了較詳細(xì)的論述；同時對超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)的特點和應(yīng)用進行了研究；并提出了應(yīng)用FPGA芯片對電機速度進行控制的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。 論文還對FPGA芯片與DSP芯片共同完成電機控制的方案進行了論述，利用ALTERA公司的FPGA芯片完成了電機控制器的設(shè)計、制造和調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上分析研究了利用此控制器對無刷直流電機進行調(diào)速控制的方法；兩種控制器共同工作，組合方便、功能強大，適合在高精度、高效、寬變速控制的應(yīng)用場合下，可對電機實現(xiàn)精度更高、策略更復(fù)雜的控制。 論文最后還對在具體產(chǎn)品中的應(yīng)用效果及行了簡單分析。
標(biāo)簽： FPGA 電機控制器 中的應(yīng)用
上傳時間： 2013-08-04
上傳用戶：小鵬
在機器人學(xué)的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學(xué)者十分關(guān)注的一個重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標(biāo)是針對四關(guān)節(jié)實驗室機器人特有的機械結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，建立一個新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對四關(guān)節(jié)實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關(guān)節(jié)實驗室機器人的本體結(jié)構(gòu)，并對其抽象簡化得到了它的運動學(xué)數(shù)學(xué)模型。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結(jié)構(gòu)：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動；第三級CPU為交流伺服驅(qū)動處理器，它實現(xiàn)了機器人關(guān)節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現(xiàn)上位計算機．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語言實現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負(fù)責(zé)接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號，實現(xiàn)對機器人的實時驅(qū)動，同時還能夠?qū)崟r的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機器人的當(dāng)前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出來的四關(guān)節(jié)實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人的各種設(shè)定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現(xiàn)場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
上傳用戶：edisonfather
如今電力電子電路的控制旨在實現(xiàn)高頻開關(guān)的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數(shù)字化的方向發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經(jīng)濟、高速度、低功耗等優(yōu)勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發(fā)和維護(升級)等顯著優(yōu)點。與單片機和DSP相比，F(xiàn)PGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應(yīng)了電力電子電路的日趨高頻化和復(fù)雜化發(fā)展的需要。因此，在越來越多的領(lǐng)域中FPGA得到了日益廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 本文提出了一種采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件實現(xiàn)數(shù)字化通用PWM控制器的方案。該控制器能產(chǎn)生多路PWM脈沖，具有開關(guān)頻率可調(diào)、各路脈沖間的相位可調(diào)、接口簡單、響應(yīng)速度快、易修改、可現(xiàn)場編程等特點，可應(yīng)用于PWM的全數(shù)字化控制。文中對方案的實現(xiàn)進行了比較詳細(xì)的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實現(xiàn)、PWM波形的產(chǎn)生、各模塊的工作原理等。 本文還提出一種新型ZCT-PWMBoost變換器，詳細(xì)的分析了該變換器的工作過程，并采用基于FPGA的數(shù)字化通用PWM控制器對這種軟開關(guān)Boost變換器進行控制，給出了比較完滿的實驗結(jié)果。實驗結(jié)果驗證了該控制器以及該ZCTBoost變換器的可行性和有效性，
標(biāo)簽： FPGA PWM 數(shù)字化 制器設(shè)計
上傳時間： 2013-06-22
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