在電力系統(tǒng)容量日益擴(kuò)大和電網(wǎng)電壓運(yùn)行等級不斷提高的潮流下，傳統(tǒng)電磁式互感器在運(yùn)行中暴露出越來越多的弊端，難以滿足電力系統(tǒng)向自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化的發(fā)展需求，電子式互感器取代傳統(tǒng)電磁式互感器已經(jīng)成為一種必然的趨勢，并成為人們研究的熱點(diǎn)。本文圍繞電子式電流互感器高壓側(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。 Rogowski線圈是電流傳感元件，本文總紿了Rogowski線圈的基本原理，其中包括線圈的等效電路和相量圖，線圈的電磁參數(shù)計(jì)算。在理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)一款高精度PCBRogowski線圈。電容分壓器是電壓傳感元件，文章中介紹了傳感器的原理、傳感器的模型結(jié)構(gòu)，針對其自身結(jié)構(gòu)缺陷和工作環(huán)境的電磁干擾，提出具有針對性的電磁兼容設(shè)計(jì)方法。 積分器的性能一直是影響Rogowski線圈電流傳感器的精度和穩(wěn)定性的重要因素之一。模擬積分器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、輸入動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)；數(shù)字積分器具有性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點(diǎn)。后者的優(yōu)勢使其成為近年來Rogowski線圈電流互感器實(shí)用化研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。本文設(shè)計(jì)了一套數(shù)字積分器設(shè)計(jì)的方法，其中包括了積分算法的選擇，積分輸入采樣率和分辨率的確定，數(shù)字積分器的通用結(jié)構(gòu)，積分初值的選擇方法等。 為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，文章中的系統(tǒng)只采用激光供電模式，降低數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功耗就成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。文章中介紹了一些實(shí)用的低功耗處理方法，分析了激光器的特性，光電池的特性和光電轉(zhuǎn)換器件的特性，并根據(jù)這些器件的特性，改進(jìn)了數(shù)據(jù)發(fā)送激光器的驅(qū)動(dòng)電路，大幅度降低了系統(tǒng)的功耗，保證了系統(tǒng)在較低供電功率條件下的正常運(yùn)行。 論文最后對全文工作進(jìn)行總結(jié)，提出進(jìn)一步需要解決的問題。
標(biāo)簽： 電子式互感器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)正在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而FPGA技術(shù)的不斷成熟改變了通常采用并行計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開發(fā)成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開發(fā)周期等特點(diǎn)，在圖像處理系統(tǒng)中有獨(dú)特的優(yōu)勢。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統(tǒng)解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設(shè)計(jì)開發(fā)了圖像采集處理的軟硬件綜合系統(tǒng)。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)方案。硬件電路上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過I2C總線對采集卡的工作模式進(jìn)行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲到SDRAM；根據(jù)VGA顯示原理及其時(shí)序關(guān)系，設(shè)計(jì)了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號，又根據(jù)VGA顯示器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，合成VGA接口的水平和幀同步信號。邏輯硬件上，應(yīng)用SOPCBuilder工具生成了FPGA內(nèi)部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統(tǒng)各模塊間通過Avalon總線連接起來。軟件部分，在NiosII內(nèi)核處理器上實(shí)現(xiàn)了彩色圖像顏色空間轉(zhuǎn)換、二值化、形態(tài)學(xué)腐蝕處理及其目標(biāo)定位等算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
標(biāo)簽： FPGA 圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活最主要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)一旦發(fā)生故障，會(huì)造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此研究不同場合、不同運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)故障診斷理論和相關(guān)技術(shù)具有很高的實(shí)用價(jià)值。 電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，故障信號中往往含有大量的時(shí)變、短時(shí)突發(fā)性質(zhì)的成分。因此可以通過檢測、分析故障信號，獲得電機(jī)的故障信息。傳統(tǒng)的信號分析方法，如傅立葉變換，是一種純頻域分析，缺乏空間局部性，不能滿足故障信號分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時(shí)頻局部性，能夠?qū)⑿盘栐谌我忸l段進(jìn)行劃分，從而使在不同頻段的各種故障特征信號更加容易被識別和提取。基于小波包分析處理非平穩(wěn)信號的優(yōu)越性，本文選用小波包分析對電機(jī)故障信號進(jìn)行分析檢測。 本文在研究了異步電機(jī)常見故障類型和診斷方法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電機(jī)滾動(dòng)軸承異常、轉(zhuǎn)子斷條、氣隙偏心等故障原因，采用基于信號分析法中的振動(dòng)診斷法和定子電流檢測法，對電機(jī)滾動(dòng)軸承故障、轉(zhuǎn)子斷條故障進(jìn)行診斷。對于存在已知軸承故障的電機(jī)，在故障狀態(tài)下采集到振動(dòng)信號，利用峭度值計(jì)算和小波包分析相結(jié)合的方法，選用db3作為小波基，進(jìn)行小波包分析，對包含有故障特征頻率信息的信號進(jìn)行重構(gòu)，獲得軸承故障特征頻率，根據(jù)故障特征頻率的數(shù)值和能量，確定出軸承故障的類型。應(yīng)用小波包分析和FFT相結(jié)合的方法，選用Coif5為小波包基，檢測轉(zhuǎn)子斷條故障特征頻率。在此基礎(chǔ)上，采集故障電機(jī)的振動(dòng)信號和電流信號，并分別應(yīng)用上述方法進(jìn)行了仿真模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明這些方法是準(zhǔn)確可行的。 論文以DSP為核心，完成了電機(jī)故障診斷系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，包括信號檢測電路、調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路等，并給出了主要的軟件流程圖。
標(biāo)簽： 異步電機(jī) 故障診斷 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是一種允許非接觸式數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)識別技術(shù)。其中工作在超高頻(Ultra High Frequency，UHF)頻段的無源RFID系統(tǒng)，由于在物流與供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，近年來得到了人們的廣泛關(guān)注。這種系統(tǒng)所使用的無源標(biāo)簽具有識別距離長、體積小、成本低廉等突出特點(diǎn)。目前在市場上出現(xiàn)了各種品牌型號的UHF RFID無源標(biāo)簽，由于不同品牌型號的標(biāo)簽在設(shè)計(jì)與制造工藝上的差異，這些標(biāo)簽在性能表現(xiàn)上各不相同，這就給終端用戶選擇合適自己應(yīng)用的標(biāo)簽帶來了困難。RFID基準(zhǔn)測試就是在實(shí)際部署RFID系統(tǒng)前對RFID標(biāo)簽的性能進(jìn)行科學(xué)評估的有效手段。然而為了在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條件下得到準(zhǔn)確公正的測試結(jié)果，需要對基準(zhǔn)測試的性能指標(biāo)及測試方法學(xué)開展進(jìn)一步的研究。本文正是研究符合EPC Class1 Gen2標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽基準(zhǔn)測試。 本文首先分析了當(dāng)前廣泛應(yīng)用的超高頻無源RFID標(biāo)簽基準(zhǔn)測試性能指標(biāo)與測試方法上的局限性與不足之處。例如，在真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境中，由于受到各種環(huán)境因素的影響，對同一品牌型號的標(biāo)簽，很難得到一致的識讀距離測試結(jié)果。另外，在某些測試場景中，使用識讀速率作為測試指標(biāo)，所得到的測試結(jié)果數(shù)值非常接近，以致分辨度不足以區(qū)分不同品牌型號標(biāo)簽的性能差異。在這些分析基礎(chǔ)上，本文把路徑損耗引入了RFID基準(zhǔn)測試，通過有限點(diǎn)的測量與數(shù)據(jù)擬合分別得到不同類型標(biāo)簽的路徑損耗方程，結(jié)合讀寫器天線的輻射方向圖，進(jìn)一步得到各種標(biāo)簽受限于讀寫器接收靈敏度的覆蓋區(qū)域。無源標(biāo)簽由于其被動(dòng)式能量獲取方式，其實(shí)際工作區(qū)域仍然受限于前向鏈路。本文通過實(shí)驗(yàn)測試出這些標(biāo)簽的最小激活功率后，得出了各種標(biāo)簽在一定讀寫器發(fā)射功率下的激活區(qū)域。完成這些步驟后，根據(jù)這兩種區(qū)域的交集可以確定標(biāo)簽的工作區(qū)域，從而進(jìn)行標(biāo)簽間的比較并達(dá)到基準(zhǔn)測試的目的，并能找出限制標(biāo)簽工作范圍的瓶頸。 本文最后從功率損耗的角度研究了標(biāo)簽之間的相互干擾，為用戶在密集部署RFID標(biāo)簽的場景中設(shè)置標(biāo)簽之間的最小間隔距離具有重要的參考意義。
標(biāo)簽： 超高頻 射頻識別 基準(zhǔn)測試
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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印刷電路板( PCB)是集成各種電子元器件的信息載體，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來隨著印刷電路板生產(chǎn)復(fù)雜度和產(chǎn)量的提高，傳統(tǒng)PCB缺陷檢測方式因接觸受限、高成本、低效率等因素，已經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)代檢測需要，因此研究實(shí)現(xiàn)一種PCB缺陷的自動(dòng)檢測系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。 @@ 本論文根據(jù)機(jī)器視覺檢測理論，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，構(gòu)建了一套PCB缺陷自動(dòng)檢測系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)主要由光照、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、運(yùn)動(dòng)控制臺及計(jì)算機(jī)圖像處理軟件組成。其中圖像處理軟件部分作為本論文的核心，著重研究了其關(guān)鍵功能模塊包括圖像預(yù)處理、閾值分割、圖像識別幾個(gè)部分算法的選擇與設(shè)計(jì)，并在MATLAB 7.0的環(huán)境下進(jìn)行仿真。 @@ 運(yùn)用現(xiàn)代成熟的數(shù)字圖像處理技術(shù)，本文實(shí)現(xiàn)了PCB缺陷的軟件檢測方案。在預(yù)處理模塊中，結(jié)合PCB板的特點(diǎn)運(yùn)用圖像預(yù)處理手段得到高質(zhì)量的PCB圖像。在閾值分割模塊中，實(shí)現(xiàn)了四種當(dāng)前成熟的閾值分割算法，以得到特征清晰、低噪聲的PCB二值圖像。在識別模塊中結(jié)合電路板的短路、斷路、毛刺、缺損、空洞五大缺陷的特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)算法并予以實(shí)現(xiàn)，并提示缺陷信息。 @@關(guān)鍵詞：缺陷檢測；圖像預(yù)處理；圖像分割；圖像識別
上傳時(shí)間： 2013-06-23
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現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)，但目前國際上常用的多種現(xiàn)場總線協(xié)議均由世界級廠商提出和壟斷。CAN總線是公認(rèn)的最具發(fā)展前景的現(xiàn)場總線之一，其應(yīng)用層協(xié)議有國外公司的CANopen和DeviceNet，由廣州致遠(yuǎn)電子推出的現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議以其簡潔方便的特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，尤其得到國內(nèi)用戶的積極相應(yīng)。為了在高校的現(xiàn)場總線教學(xué)中推廣具有我們國家自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線應(yīng)用，需要為學(xué)生提供一套功能完善、綜合性強(qiáng)的基于iCAN協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)。本課題正是針對這一問題而構(gòu)建基于現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議的綜合測試系統(tǒng)，力求使學(xué)生通過該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議相關(guān)知識，為將來快速進(jìn)入相關(guān)工作崗位打下基礎(chǔ)。 本文首先介紹基于現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議綜合測試系統(tǒng)的研究背景、目的及其意義，詳細(xì)介紹了現(xiàn)場總線技術(shù)和CAN總線的相關(guān)知識，對iCAN協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。所設(shè)計(jì)的基于現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議的綜合測試系統(tǒng)由基本系統(tǒng)和擴(kuò)展系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。基本測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向基本的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，利用廣州致遠(yuǎn)的iCAN系列功能模塊構(gòu)成；擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向測試系統(tǒng)的綜合性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)iCAN網(wǎng)絡(luò)與其它控制網(wǎng)絡(luò)如PLC網(wǎng)絡(luò)的互連，并通過CANET-100轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)iCAN總線與上位PC機(jī)的通信。測試系統(tǒng)的上位監(jiān)控界面設(shè)計(jì)采用工業(yè)組態(tài)軟件MCGS完成，MCGS與總線的數(shù)據(jù)交互采用OPC方式實(shí)現(xiàn)。通過OPC實(shí)現(xiàn)iCAN網(wǎng)絡(luò)與MCGS間的數(shù)據(jù)傳輸。在完成基于現(xiàn)場總線iCAN協(xié)議綜合測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文還進(jìn)一步討論了如何采用基于DSPTMS320LF2407A主控芯片設(shè)計(jì)iCAN綜合數(shù)據(jù)采集卡，敘述了其整體設(shè)計(jì)思想， 給出了具體的硬件和軟件設(shè)計(jì)以及如何實(shí)現(xiàn)對iCAN協(xié)議的解析。本文的最后通過設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)例子，進(jìn)一步展示了系統(tǒng)的構(gòu)成和功能。 綜上所述，該測試系統(tǒng)由基本測試系統(tǒng)和綜合測試系統(tǒng)構(gòu)成，并提供iCAN綜合數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)方法和三個(gè)實(shí)驗(yàn)例程，可為學(xué)生提供分層學(xué)習(xí)、綜合學(xué)習(xí)以及設(shè)計(jì)開發(fā)平臺，實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有良好的新穎性和實(shí)用性。本課題研究的測試系統(tǒng)模式同樣適用于其它工業(yè)現(xiàn)場總線測試系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：CAN總線，iCAN協(xié)議，DSP，PLC，組態(tài)軟件
標(biāo)簽： iCAN 現(xiàn)場總線 協(xié)議
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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嵌入式圖像采集系統(tǒng)具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在遠(yuǎn)程監(jiān)控、可視電話、計(jì)算機(jī)視覺、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為克服傳統(tǒng)基于單片機(jī)的圖像采集系統(tǒng)的種種不足，本文提出了一種新的解決方案，利用高速的ARM9嵌入式微處理器S3C2410A為硬件核心，搭配USB攝像頭，結(jié)合Linux構(gòu)建了一套嵌入式的圖像采集系統(tǒng)。USB攝像頭有著容易購買、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，但長期以來將其直接應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)卻很困難。隨著ARM微處理器的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的性能得到了極大的提升。人們逐漸將操作系統(tǒng)引入其中，方便系統(tǒng)的管理和簡化應(yīng)用程序的開發(fā)。Linux是一個(gè)免費(fèi)開源的優(yōu)秀操作系統(tǒng)，將其移植到嵌入式系統(tǒng)中能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行高效地管理、極大地方便應(yīng)用程序的開發(fā)。嵌入式的Linux操作系統(tǒng)繼承了Linux的優(yōu)良特性，還有著節(jié)約資源，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在本方案中以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，借助其對USB、網(wǎng)絡(luò)等的強(qiáng)大支持能力來構(gòu)建高度靈活的圖像采集系統(tǒng)。通過利用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)建的video4Linux對攝像頭進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了將USB攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存為圖片的功能。本文中具體講述了嵌入式的軟硬件平臺的構(gòu)建，USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)開發(fā)，圖像采集應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)等。本文提出的嵌入式圖像采集方案適用于市面上絕大多數(shù)流行的USB攝像頭，還能把得到的圖像通過以太網(wǎng)傳輸以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。這套方案利用應(yīng)用程序編程接口video4linux所提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用函數(shù)等，實(shí)現(xiàn)了在Linux環(huán)境下采集USB攝像頭圖像數(shù)據(jù)的功能，并運(yùn)用嵌入式的GUI開發(fā)工具Qt/Embedded來編寫最終的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了美觀的用戶界面。充分運(yùn)用Linux操作系統(tǒng)和其工具的強(qiáng)大功能來實(shí)現(xiàn)圖像采集， 對基于Linux內(nèi)核的后續(xù)圖像應(yīng)用開發(fā)具有實(shí)用意義。本系統(tǒng)完全基于開放的平臺和模塊化的實(shí)現(xiàn)方法，具有良好的可移植性，可方便地進(jìn)行各種擴(kuò)展。這種方案所實(shí)現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)成本低，靈活性高，性能好，是一種優(yōu)良的解決方案。本文詳細(xì)介紹了這種基于Linux系統(tǒng)和S3C2410A平臺的嵌入式圖像采集系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：嵌入式，ARM，USB，圖像采集，Linux
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，作為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)之一的電力行業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，電力系統(tǒng)輸配電的安全性和可靠性也越來越受到電力系統(tǒng)運(yùn)行、管理和科研人員的關(guān)注。輸電線路的各種事故是影響電力線路安全運(yùn)行的重要因素之一。本文正是在這一前提下，在參考國內(nèi)外大量文獻(xiàn)及研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。 本文研制的輸電線路在線監(jiān)測終端通過測量線路的泄漏電流、分布電壓、氣候參數(shù)以及圖像信息，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控中心，達(dá)到對輸電線路運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的，并以此為依據(jù)給出線路的評估信息提供給電力部門作為其安排檢修的依據(jù)，可以大大減少電力部門的工作量并預(yù)防線路事故的發(fā)生。 針對本系統(tǒng)功能豐富、監(jiān)測參數(shù)眾多的特點(diǎn)，作者設(shè)計(jì)了基于ARM的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。通過對ARM資源的合理分配，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)采集處理功能。終端的數(shù)據(jù)傳輸功能由ARM和無線傳輸模塊配合完成，實(shí)現(xiàn)了GPRS和GSM SMS兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。 本文是對輸電線路綜合在線監(jiān)測終端數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究工作的總結(jié)，本文內(nèi)容主要偏重于監(jiān)測終端硬件和軟件的研究設(shè)計(jì)。論文在最后一部分對運(yùn)行得到的數(shù)據(jù)也進(jìn)行了分析、總結(jié)。 本文研制的輸電線路綜合監(jiān)測終端已在在幾條高壓輸電線路上掛網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)各方面性能良好，滿足設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： ARM 輸電線路 在線監(jiān)測
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是目前電力電子領(lǐng)域的重要研究方向。研究基于電力電子網(wǎng)絡(luò)的變流系統(tǒng)，對復(fù)雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進(jìn)行分析，提出實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網(wǎng)絡(luò)的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實(shí)時(shí)軟件構(gòu)建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和軟件方案標(biāo)準(zhǔn)化提供參考和理論依據(jù)，為應(yīng)用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復(fù)雜中大功率變流系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用對象。首先，論文以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應(yīng)用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結(jié)構(gòu)上的對偶關(guān)系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎(chǔ)上，研究了變流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構(gòu)的初步構(gòu)想，總結(jié)出適合復(fù)雜電力電子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)化理論。 接著，論文對電力電子網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網(wǎng)絡(luò)和目前用于電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，從結(jié)構(gòu)、速率和協(xié)議等各個(gè)方面將兩類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的定義，分析并總結(jié)復(fù)雜電力電子實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需網(wǎng)絡(luò)必需具備的條件。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景，綜合控制結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)需求，提出了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，論文對分布式控制結(jié)構(gòu)的通信需求進(jìn)行了研究。以網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時(shí)因素進(jìn)行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結(jié)了系統(tǒng)的控制功能和控制內(nèi)容，對系統(tǒng)不同層次的控制任務(wù)進(jìn)行了響應(yīng)時(shí)間需求分析和網(wǎng)絡(luò)的分層配置；通過對仿真結(jié)果的分析，研究了應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)模塊控制信息延時(shí)對不同應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響和對開關(guān)頻率的限制。根據(jù)變流系統(tǒng)對控制延時(shí)的接受程度，將電力電子復(fù)雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時(shí)系統(tǒng)；2）定延時(shí)系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的通道容量和應(yīng)用系統(tǒng)開關(guān)周期的計(jì)算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的硬件組成和同步方案進(jìn)行了研究，提出新的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)級集成方案。根據(jù)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的控制任務(wù)需求，分別從功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度對開放式網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成進(jìn)行研究；根據(jù)控制系統(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)點(diǎn)的通用性設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)討論。針對網(wǎng)絡(luò)的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同步補(bǔ)償方案；此外，論文提出基于實(shí)時(shí)高速電力電子系統(tǒng)同絡(luò)（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實(shí)時(shí)控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的硬件配置。根據(jù)應(yīng)用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的管理進(jìn)行了討論，研究了信息幀管理和相應(yīng)的硬件設(shè)置，并對各種工作模式下所需的通信時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算和比較。基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構(gòu)以PEBB為基礎(chǔ)的變流系統(tǒng)的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進(jìn)行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進(jìn)行解耦，使得軟件設(shè)計(jì)與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序?qū)崟r(shí)構(gòu)件的內(nèi)聚性；對軟件模塊化的通用性進(jìn)行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標(biāo)，對構(gòu)件進(jìn)行分類；分析子程序?qū)崟r(shí)構(gòu)件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點(diǎn)。論文對電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構(gòu)和集成進(jìn)行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究和分析。論文對提出的實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net）進(jìn)行了通信實(shí)驗(yàn)，將新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵ψ兞飨到y(tǒng)的延時(shí)影響與舊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延時(shí)影響進(jìn)行比較，總結(jié)新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在控制實(shí)時(shí)性、提高開關(guān)頻率、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢。論文針對RT-PES-Net進(jìn)行應(yīng)用研究，驗(yàn)證該網(wǎng)絡(luò)可解決網(wǎng)絡(luò)通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實(shí)時(shí)構(gòu)件和棧操作的模塊化軟件方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為標(biāo)準(zhǔn)化軟件庫的建立和系統(tǒng)級集成提供參考方案。 網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)研究是復(fù)雜電力電子系統(tǒng)級集成研究的關(guān)鍵。本課題針對復(fù)雜變流系統(tǒng)提出了實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net），并以該網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)對分布式控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的網(wǎng)絡(luò)參考體系，并以此結(jié)構(gòu)來快速構(gòu)建終端復(fù)雜變流系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)組構(gòu)提供參考方案，有助于解決電力電子標(biāo)準(zhǔn)化推廣所面臨的難題。論文為應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用和動(dòng)態(tài)重構(gòu)提供了研究基礎(chǔ)，從而為最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變流器的應(yīng)用系統(tǒng)級集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據(jù)。同時(shí)，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標(biāo)準(zhǔn)化研究的一個(gè)新方向。
標(biāo)簽： 電力電子 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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控制器局域網(wǎng)(CAN)最初是由德國BOSCH公司為汽車的監(jiān)測、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。它是一種有效的支持分布式控制或者實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于其具有多主機(jī)、高性能以及高可靠性，CAN總線已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車電子控制、過程控制、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械以及傳感器等領(lǐng)域。CAN總線已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。 另一方面，隨著電動(dòng)車的技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)車已經(jīng)開始邁向了市場普及的道路。對于電動(dòng)車電池的管理和維護(hù)越來越成為電動(dòng)車發(fā)展的重點(diǎn)之一。由于CAN具有抗干擾性強(qiáng)、連接簡單、無主通信等特點(diǎn)，非常適合用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。因此，本文利用CAN總線為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一個(gè)電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，經(jīng)分析、設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。 該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)傳輸層和用戶管理層三個(gè)部分。數(shù)據(jù)采集層的主要任務(wù)是電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送；數(shù)據(jù)傳輸層的主要功能是通過CAN總線接收數(shù)據(jù)采集層發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成RS232串口協(xié)議發(fā)送到上位機(jī)；用戶管理層的主要功能是通過串口接收數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示，存儲和分析。 論文完成的主要工作有： (1) 通過對系統(tǒng)需求的分析，將整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)獨(dú)立的層，分別進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化，增強(qiáng)了系統(tǒng)的應(yīng)用性； (2) 詳細(xì)的研究了CAN2.0B協(xié)議和SAE J1939協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，編寫了適合本設(shè)計(jì)的通訊協(xié)議； (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法； 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用目前汽車工業(yè)廣泛采用的CAN總線協(xié)議，設(shè)計(jì)了一套簡單，高效，穩(wěn)定的電池?cái)?shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，并在實(shí)際中得以應(yīng)用。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中將整個(gè)系統(tǒng)分為3個(gè)層，大大提升了系統(tǒng)的模塊化水平，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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