微機電系統(tǒng)（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優(yōu)化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優(yōu)化設計對MEMS的開發(fā)具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態(tài)動態(tài)特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態(tài)特性的各個模態(tài)進行仿真分析，并計算分析了前六階模態(tài)的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現(xiàn)多耦合域的求解。 2、從系統(tǒng)角度出發(fā)考慮了各個子系統(tǒng)對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統(tǒng)詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統(tǒng)一多學科優(yōu)化模型并對其進行多學科優(yōu)化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優(yōu)與陀螺儀系統(tǒng)級優(yōu)化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統(tǒng)級優(yōu)化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優(yōu)化結果，差分進化算法的優(yōu)化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統(tǒng)角度出發(fā)考慮了各個子系統(tǒng)對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統(tǒng)分別建立相對獨立的優(yōu)化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優(yōu)化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統(tǒng)耦合的系統(tǒng)級優(yōu)化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優(yōu)化和采用多目標進行優(yōu)化的區(qū)別和結果，優(yōu)化結果使器件的性能得到了改善。
標簽： MEMS 靜電 分
上傳時間： 2013-05-15
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近年來，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，微控制器和數字信號處理器的性價比不斷提高，數字控制技術已逐步應用于大中功率高頻開關電源。相對于傳統(tǒng)模擬控制方式，數字控制方式具有電源設計靈活、外圍控制電路少、可采用較先進的控制算法、具有較高可靠性等優(yōu)點。 高頻開關電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波小等特點，現(xiàn)已逐步成為現(xiàn)代通訊設備的新型基礎電源系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)開關電源中損耗較大、超調量較大、動態(tài)性能較差等問題，本文采用基于DSP的全橋軟開關拓撲結構。全橋軟開關移相控制技術由智能DSP系統(tǒng)完成，采樣信號采用差分傳輸，控制算法采用模糊自適應PID算法，產生數字PWM波配合驅動電路控制全橋開關的通斷。在輸入端應用平均電流控制法的有源功率因數校正，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，從而使功率因數接近1。最后通過Matlab仿真結果表明模糊自適應PID控制算法比傳統(tǒng)PID控制算法在超調量，調節(jié)時間，動態(tài)特性等性能上具有優(yōu)越性。 論文以高頻開關電源的設計為主線，在詳細分析各部分電路原理的基礎上，進行系統(tǒng)的主電路設計、輔助電路設計、控制電路設計、仿真研究、軟件實現(xiàn)。重點介紹了高頻變壓器的設計及模糊自適應PID控制器的實現(xiàn)。并將輔助電源及控制電路制成電路板，以及在此電路板基礎上進行各波形分析并進行相關實驗。
標簽： DSP 高頻 通訊
上傳時間： 2013-04-24
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函數發(fā)生器又名任意波形發(fā)生器，是一種常用的信號源，廣泛應用于通信、雷達、導航等現(xiàn)代電子技術領域。信號發(fā)生器的核心技術是頻率合成技術，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環(huán)頻率合成（PLL）、直接數字合成技術（DDS）。DDS是開環(huán)系統(tǒng)，無反饋環(huán)節(jié)，輸出響應速度快，頻率穩(wěn)定度高。因此直接數字頻率合成技術是目前頻率合成的主要技術之一，其輸出信號具有相對較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續(xù)等優(yōu)點。本文的主要工作是采用SOPC結合虛擬儀器技術，進行DDS智能函數發(fā)生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，簡要闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。對SOPC技術進行了深入的研究：SOPC技術是基于可編程邏輯器件的可重構片上系統(tǒng)，它作為SOC和CPLD/FPGA相結合的一項綜合技術，結合了兩者的優(yōu)點，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環(huán)、存儲器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設計周期短，設計成本低，非常適合本設計的應用。本文還對基于DDS原理的設計方案進行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數學綜合，在研究DDS原理的基礎上，利用SOPC技術，在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了整個函數發(fā)生器的硬件集成。 本文就函數發(fā)生器的設計制定了整體方案，對軟硬件設計原理及實現(xiàn)方法進行了具體的介紹，包括整個系統(tǒng)的硬件電路，SOPC片上系統(tǒng)和PC端軟件的設計。在設計中，LabVIEW波形編輯軟件和函數發(fā)生器二者采用異步串口進行通信。利用LabVIEW的強大功能，把波形的編輯，系統(tǒng)的設置放到計算機上完 成，具有人機界面友好、系統(tǒng)升級方便、節(jié)約硬件成本等諸多優(yōu)勢。同時充分利用了FPGA內部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個單片F(xiàn)PGA上，改變了傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計思路。通過對系統(tǒng)仿真和實際測試，結果表明該智能型函數發(fā)生器不僅能產生理想的輸出信號，還具有集成度高、穩(wěn)定性好和擴展性強等優(yōu)點。關鍵詞：智能型函數發(fā)生器，虛擬儀器，可編程片上系統(tǒng)，直接數字合成技術，NiosⅡ處理器。
標簽： LabVIEW SOPC 智能型
上傳時間： 2013-07-09
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統(tǒng)是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統(tǒng)。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統(tǒng)，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統(tǒng)以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統(tǒng)便于實現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統(tǒng)的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節(jié)、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統(tǒng)的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
標簽： DSP 永磁同步電機 技術研究
上傳時間： 2013-06-22
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脈沖電暈法煙氣脫硫脫硝技術是利用電暈放電產生的高能電子與中性分子碰撞，產生自由基和活性粒子，在有氨加入的條件下，將SO2、NOx轉化為硫銨和硝銨。根據現(xiàn)有脈沖電暈法電源設備不能大規(guī)模工業(yè)化實踐應用的缺點，設計了一種新型的高頻高壓交直流疊加的脫硫脫硝電源。 本文重點介紹了交、直流電源的工作原理，對電源中的串聯(lián)諧振情況進行了具體的分析，交流電源采用串聯(lián)負載串聯(lián)諧振的工作方式，直流電源采用并聯(lián)負載串聯(lián)諧振的工作方式。通過變壓器升壓和諧振升壓，可使交流電壓的上升率大于200V/us，直流電壓可達到上萬伏。同時計算了電源的主要參數，為實驗打下基礎。為了進一步提高交流電壓的頻率，針對感性負載，采用全橋移相軟開關控制策略，為開關器件提供零電壓關斷條件。通過理論分析、仿真及實驗對軟、硬開關過程及損耗進行比較，證明軟開關對提高開關頻率的促進作用。 為方便對交、直流電壓幅值進行調節(jié)，設計了電源控制系統(tǒng)，采用兩個數字PID控制器，能同時對二者的幅值進行控制，并以液晶和鍵盤作為人機交互界面，方便用戶的操作。 交直流疊加的電源可以使反應器產生穩(wěn)定、寬范圍、有效的流光。交流電壓使放電增強，產生的自由基多，氧化脫除量增加。直流基壓驅使正離子和電子離開流光通道，自由基分布更廣，與SO2等接觸面增加，增強脫硫脫硝效果。 本文也對脫硫脫硝系統(tǒng)的電磁干擾情況進行分析，并采用接地、屏蔽、隔離等方法提高系統(tǒng)的電磁兼容性能。
標簽： 脫硫 大容量 控制系統(tǒng)
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本文在此背景下，針對非線性PID控制、自抗擾控制以及Smith預估器和前饋控制展開研究。為了提高控制器的穩(wěn)定性和魯棒性，設計了ADRC-Smith預估控制器和前饋ADRC控制器，將其應用于大時滯溫度控制系統(tǒng)，并在此基礎上設計了吹塑機控制系統(tǒng)解決方案，通過大量的理論研究、仿真和實驗，實現(xiàn)了良好的控制效果。論文的主要工作有： 1.研究了自抗擾技術和溫度控制的現(xiàn)狀以及溫度控制的特點。 2.研究了ADRC的發(fā)展史，深入了解ADRC的原理與優(yōu)點。ADRC在控制非線性對象時比PID具有更好的控制性能，但是參數調節(jié)理論不完善，阻礙了其廣泛應用。 3.通過MATLAB仿真，得到ADRC參數之間的內在規(guī)律，通過將ADRC的參數統(tǒng)一到一個時間因子上，達到簡化調節(jié)參數個數的目的，從而降低調試難度，同時，在無時滯溫控實驗平臺上進行實驗，驗證了參數調節(jié)規(guī)律的可行性。 4.自抗擾控制器在大時滯溫控上的應用，以前文獻一般將時滯環(huán)節(jié)等效成一階慣性環(huán)節(jié)，這樣就要求增加ADRC的階次，增加了調節(jié)參數個數，在參數調節(jié)理論不完善的情況下無疑是增加了調試難度。本文將ADRC分別與Smith預估器和前饋控制器相結合，設計了ADRC-Smith預估控制器和前饋ADRC控制器來解決具有大時滯控制問題。這兩類新控制器的優(yōu)點是不增加ADRC的階次，是解決不確定大時滯被控對象的新途徑，也是ADRC控制器實際應用上的一次創(chuàng)新。 5.在可編程計算機控制器(PCC)搭建的大時滯溫控實驗平臺上進行實驗，將前饋ADRC控制器和貝加萊專用溫度控制器PIDXH的控制效果進行比較，實驗結果表明前饋ADRC控制器在穩(wěn)定性、魯棒性等方面都優(yōu)于PIDXH控制器。 6.研究了吹塑機控制系統(tǒng)解決方案，并在吹塑機上實驗前饋ADRc控制器，得到了良好的控制效果，進一步驗證了算法的可行性。
標簽： 自抗擾 控制器 溫控系統(tǒng)
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隨著電信業(yè)的迅猛發(fā)展，電信網絡總體規(guī)模不斷擴大，網絡結構日益復雜先進。作為通訊支撐系統(tǒng)的通訊用基礎電源系統(tǒng)，市場需求逐年增加，其動力之源的重要性也日益突出。龐大的電信網絡高效、安全、有序的正常運行，對通信電源系統(tǒng)的品質提出了越來越嚴格的要求，推動了通信電源向著高效率、高頻化、模塊化、數字化方向發(fā)展。 本文在廣泛了解通信電源的行業(yè)現(xiàn)狀和研究熱點的基礎上，深入研究了開關電源的基本原理及相關技術，重點分析了開關電源功率因數技術及移相全橋軟開關PWM技術的基本原理，并在這基礎上設計了一款通信機房常用的48V/25A的通信電源模塊，該電源模塊由功率因數校正和DC/DC變換兩級電路組成，采用了一些最新的技術來提高電源的性能。例如，在電路拓撲中引入軟開關技術，通過采用移相全橋軟開關PWM變換器實現(xiàn)開關管的零電壓開通，減小功率器件損耗，提高電源效率；采用高性能的DSP芯片對電源實現(xiàn)數字PWM控制，克服了一般單芯片控制器由于運行頻率有限，無法產生足夠高頻率和精度的PWM輸出及無法完成單周期控制的缺陷；引入了智能控制技術，以模糊自適應PID控制算法取代傳統(tǒng)的PID算法，提高了開關電源的動態(tài)性能。 整篇論文以電源設計為主線，在詳細分析電路原理的基礎上，進行系統(tǒng)的主電路參數設計、輔助電路設計、控制回路設計、仿真研究、軟件實現(xiàn)。
標簽： DSP 全數字 通信
上傳時間： 2013-05-26
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互聯(lián)網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛(wèi)星導航產業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。 GPS接收機工作時，為了將本地信號和接收到的信號同步，要完成復雜的信號處理過程。其中，如何捕獲衛(wèi)星信號并保持對信號的跟蹤是最重要的核心技術。很多研究者提出了多種解決方法，但這些方法多數都只停留在理論階段，無法應用于GPS接收機系統(tǒng)進行實時處理。 本課題在分析了多種現(xiàn)有算法的基礎上，研究設計了基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統(tǒng)。在研究過程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設計制作了GPS接收機模塊，它能正常穩(wěn)定地工作，并可用作GPS基帶信號處理的研究平臺；該平臺可實時地輸出GPS數字中頻信號；本課題在中頻信號的基礎上深入研究了GPS信號的捕獲與跟蹤技術。先詳細分析比較了幾種GPS信號捕獲方法，給出了步進相關的捕獲方案；接著分析了跟蹤環(huán)路的特點，給出了鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案，并最終實現(xiàn)了這些方案。 本課題設計的GPS信號捕獲與跟蹤處理系統(tǒng)是通過硬件和軟件協(xié)同工作的方式實現(xiàn)的。硬件電路主要實現(xiàn)數據速率高、邏輯簡單的相關器功能；而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實現(xiàn)數據速率低、邏輯復雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細設計、仿真結果以及軟件設計的詳細流程。 本課題最終在FPGA上實現(xiàn)了GPS信號的捕獲與跟蹤功能，而且系統(tǒng)的性能良好。由此可以得出結論：本設計能夠滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統(tǒng)的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 本課題的研究得到了大連市信息產業(yè)局集成電路設計專項的資助，項目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設計”，研究成果將在2008年上半年投入試用。
標簽： FPGA GPS 信號捕獲
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盤式永磁同步電動機是一種性能優(yōu)越、但結構特殊的電動機。作為一種理想的驅動裝置，其應用范圍遍及航天、國防、工農業(yè)生產和日常生活的各個領域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉子、單定子結構盤式無鐵心永磁同步電機，進一步減輕了電機的質量并消除轉矩脈動。 對電機的設計、性能預測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統(tǒng)的圓柱式徑向磁通電機，盤式無鐵心電機是軸向磁通電機，外加其無鐵心的結構，決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結構上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結果，并總結出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規(guī)律。 (2)在磁場計算的基礎上，將Halbach型永磁體陣列的理論應用到磁鋼設計中來，提出磁鋼結構優(yōu)化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結構，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場，分析計算結果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結構、不等厚軸向充磁磁鋼結構并將Halbach陣列的理論應用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結構優(yōu)化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結合，提出了最經濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結構產生的磁場進行結果仿真。
標簽： 永磁同步電機 磁場分析 磁鋼
上傳時間： 2013-06-23
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近年來，網絡音樂，特別是網絡電臺的風行，受到越來越多的大眾追捧。網絡音樂以其及時、海量、靈活、個性化、時尚的風格，吸引了越來越多消費者的加入和眾多商家的關注。但是，作為網絡音樂的終端--流媒體播放器，最直接面向大眾的窗口，卻顯得單一，大部分商家只提供PC上的流媒體播放器。正出于此，本課題把目光投向那些不使用PC或者不愿長時間使用PC的用戶，為他們量身定制流媒體播放設備，讓用戶不必使用PC也可享受網絡音樂帶來的快樂。 本課題的研發(fā)正是基于上述背景，研發(fā)支持無線網絡的嵌入式多功能流媒體播放設備。本課題的研究目標是實現(xiàn)一個嵌入式流媒體播放器(亦稱為InternetRadio)，Internet Radio是一個可以在家中自由移動、任意擺放的網絡流媒體播放設備。只要處在有網絡環(huán)境中，Internet Radio的音樂平臺讓用戶不必打開計算機，就能接收全球數千個不同風格、不同國家的各種類型音樂電臺。除了可以直接透過因特網收聽網絡廣播外，還可以播放儲存于計算機硬盤或MP3設備中的音樂。 本系統(tǒng)采用ARM920T作為處理器，基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)、vTuner網絡電臺地址數據庫、Mplayer播放器軟件和FLTK界面開發(fā)工具來實現(xiàn)。系統(tǒng)實現(xiàn)了除一般意義的音頻流媒體播放和接收調頻廣播等功能之外，還增加了本地相框和網絡數碼相框Flickr在線分享的流行時尚元素。本論文具體分析了系統(tǒng)的硬件平臺，主要論述了軟件的實現(xiàn)，系統(tǒng)的主要軟件功能包括bootloader和嵌入式Linux系統(tǒng)的移植，根文件系統(tǒng)的構建，播放器軟件程序的研究、比較、移植和編寫，系統(tǒng)與網絡電臺地址數據庫vTuner和網絡相框Flickr的交互，Microwindows、Nxlib和FLTK的移植和基于FLTK的圖形界面開發(fā)，以及基于FLIK開發(fā)出良好的人機交互界面。作為項目的主要核心人員，作者負責系統(tǒng)的軟件架構設計、Linux系統(tǒng)的移植、播放器軟件的研究和開發(fā)、GUI開發(fā)工具和圖形庫的移植、圖片播放的實現(xiàn)、用戶與設備交互的實現(xiàn)和大部分界面程序的編碼等關鍵工作。
標簽： ARM 嵌入式 流媒體播放器
上傳時間： 2013-07-10
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