隨著電力電子變流技術的不斷發展，各種先進的控制技術層出不窮。控制器也從過去的模擬電路時代逐漸進入到全數字控制時代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在實現復雜算法時往往難以滿足系統要求的快速性與實時性的要求，FPGA的出現為解決這個問題提供了一個新的方向。 本文首先對三相PWM整流器系統進行了研究。在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，對整流器及其控制器的國內外發展現狀及研究趨勢做了詳細的研究，并對課題研究的意義有了更深入的認識。接下來對三相電壓型整流器的拓撲結構、數學模型、整流器的控制技術進行了分析。文中所采用的滯環電流控制算法具有結構簡單，電流響應速度快，不依賴系統參數，系統魯棒性好的特點。運用matlab仿真軟件，對該控制方法進行了仿真。然后對FPGA的發展歷程、應用、分類、開發工具、語言等內容進行了介紹。最后對滯環控制算法進行了模塊劃分，將其劃分為PI算法模塊，限幅與指令電流生成模塊，滯環比較模塊，PWM脈沖生成及死區保護模塊，AD控制及數據儲存模塊，并在Quartus II軟件環境下，使用VHDL語言通過編程實現模塊化設計。實踐證明，采用FPGA來實現PWM整流器控制算法是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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串行數字接口SDI是目前使用最廣泛的數字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經被世界上眾多數字視頻設備生產廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統、視頻服務器、虛擬演播室以及數字切換矩陣和數字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內部，從而提高系統的集成度，使之具有視頻數據處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數字接口的嵌入式系統設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內部配置以及驅動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數據進行處理，設計了視頻圖像數據的采集程序。 該傳輸系統以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數據源的視頻信號傳輸系統的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-04-24
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現代家庭中單相供電的用電設備如電腦、電視機、冰箱等都具有非線性特性，都會產生諧波污染電網。本文針對這一現象研究了單相并聯電壓型有源電力濾波器（APF），設計了一個APF控制系統來產生與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，并使補償電流實時地跟蹤諧波電流，從而消除諧波電流達到凈化電網。 本文對提出的APF控制系統從模擬和數字兩個方面進行了深入的研究。 首先，設計了APF的主電路結構，確定了系統中電感電容等元件參數，并根據仿真結果系統地分析了參數變化對系統補償效果的影響，然后根據補償效果選擇最佳的參數值。 其次，針對控制系統要求，選用適合系統的電流電壓PI雙環控制系統，通過參數優化后得到了控制器的最優參數，使控制效果達到最優。并從理論上詳細分析了無差拍控制算法。 最后，利用滯環比較原理制作了10KHz的三角波發生器，用于PWM調制電路。在對硬件描述語言以及FPGA設計流程深入理解的基礎上，利用Verilog語言實現了雙環PI控制器和PWM發生電路的數字化，使得有源電力濾波器補償精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非線性負載。
上傳時間： 2013-07-27
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢?，F代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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隨著現代工業的高速發展，電力系統的非線性負荷日益增多，嚴重地污染了電網的環境，威脅著電網中的各種電氣設備的安全經濟運行，不論從保證電力系統和供電系統的安全經濟運行或是從保證設備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以經常監測和限制都是極為迫切的。諧波測量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國內外已有各種諧波檢測的研究，形成了多種諧波檢測方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當前諧波檢測中應用最為廣泛的一種諧波檢測方法。特別是經過技術補償后的FFT算法，在諧波檢測中具有更好的性能。但該方法在實現上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產品)，其實時性不強，影響了檢測性能。隨著微電子技術和數字信號處理技術的發展，基于FPGA的數字信號處理具有高速、開發簡便、易于形成ASIC等優勢而得到了廣泛的應用。論文在分析諧波測量方法的基礎上，提出了基于FPGA實現電網諧波測量系統。以嵌入式處理器NiosⅡ為核心，實現了電網諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個系統硬件設計的基礎上，主要完成了基-28點、16點、32的FFT模塊、完成了求模運算模塊以及輸出顯示模塊。通過比較仿真得到的方波、正弦信號的譜結構與實際系統輸出的譜結構，驗證了該實現方法的正確性。
上傳時間： 2013-06-30
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差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調制與解調于一體，是一個全面基于數字信號處理的全新概念的通信系統，其技術體制和原理與常規跳頻完全不同，較好地解決了數據速率和跟蹤干擾等問題，代表了當前短波通信的一個重要發展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統，并獲得了成功，但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段，目前還不太成熟，離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究，用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構，減少模擬環節，把數字化處理盡量靠近天線，從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，用軟件編程來實現差分跳頻的各種功能，從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義，闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現方案。在頻率合成中，著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真，找出基于FPGA實現的最佳參數及改善方法。在頻率識別中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計，以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間： 2013-07-22
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注?；贔PGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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眾所周知，信息傳輸的核心問題是有效性和可靠性，調制解調技術的發展正是體現了這一思想。從最早的模擬調幅調頻技術的日益完善，到現在數字調制技術的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。QAM調制作為一種新的調制技術，因其具有很高的頻帶利用率而得到了廣泛的應用。 本文對基于FPGA的16QAM調制解調進行了討論和研究。首先對16QAM調制解調原理進行了闡述，建立了16QAM調制解調系統的數學模型，然后通過分析提出了基于FPGA的16QAM調制解調系統的設計方案。最后編寫Verilog代碼實現了算法仿真。 FPGA芯片采用的是Altera公司的大規模集成電路芯片Cyclone系列的EPlC20F32417，并通過軟件編程對其進行了相關調試。文中詳細介紹了基帶成形濾波器、載波恢復和定時同步的基本原理及其設計方法。首先用Matlab對整個16QAM系統進行了軟件仿真；然后用硬件描述語言Verilog HDL在QuartusⅡ環境下完成了系統關鍵算法的編寫、行為仿真和綜合，最后詳細闡述了異步串口(UART)的FPGA實現，把我們編寫的Verilog程序下載到EPlC20F32417芯片上效果很好。
上傳時間： 2013-06-12
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結合CCSDS標準，在實現編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應解決方案；而在相應的譯碼器設計中，采用了FPGA設計中“自上而下”的設計方法，權衡硬件實現復雜度與處理時延等因素，優先考慮面積因素，提高元件的重復利用率和降低電路復雜度，來實現Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現過程。 然后，基于Verilog HDL 設計出12位固點數據的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設計的相同指標的浮點數據譯碼器進行性能比較，得到該設計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術結合流水線電路設計，將改進后的譯碼器與先前設計的譯碼器分別在ISE開發環境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發展，對水聲信號的檢測技術以及數字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現場可編程門陣列)實現光纖3×3耦合器解調算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術，文中對其解調原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。 目前，光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process，可編程數字信號處理器)信號處理機，與之相比，FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現的算法所應具備的特征；介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況；分析了系統的工作情況，硬件的構造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現3×3耦合器解調算法。
上傳時間： 2013-07-03
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