隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展和電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電能污染日益嚴(yán)重，電能質(zhì)量問題已經(jīng)成為電力部門及電力用戶越來越關(guān)注的問題。電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)若偏離正常水平過大，會給發(fā)電、輸變電和用電設(shè)備帶來不同程度的危害。電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益，因此對電能質(zhì)量進(jìn)行檢測和分析從而提高和改善電能質(zhì)量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質(zhì)量的基本概念，對各種電能質(zhì)量問題的分類、特征及產(chǎn)生原因和危害作了詳細(xì)的闡述。通過對電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)(供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動(dòng)與閃變)的分析，以傳統(tǒng)的傅立葉變換理論為基礎(chǔ)，針對目前電能質(zhì)量分析的難點(diǎn)即對突變的、暫態(tài)的、非平穩(wěn)的信號的檢測與分類，提出了基于小波變換的暫態(tài)電能質(zhì)量分析方法。利用小波變換模極大值原理檢測信號奇異點(diǎn)作為是否發(fā)生暫態(tài)擾動(dòng)的判據(jù)，克服了傳統(tǒng)方法中無時(shí)域局部性的缺點(diǎn)。 在系統(tǒng)的研究了電能質(zhì)量分析的相關(guān)理論和檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對電能質(zhì)量分析系統(tǒng)中需要支持復(fù)雜算法和保持實(shí)時(shí)性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構(gòu)架的嵌入式電能質(zhì)量分析系統(tǒng)的硬件平臺和軟件系統(tǒng)。重點(diǎn)分析了DSP與ARM的選型依據(jù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體應(yīng)用等。并且詳細(xì)的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設(shè)計(jì)思想，其中重點(diǎn)介紹了DSP部分的FFT算法設(shè)計(jì)、ARM部分的uC/OS-II操作系統(tǒng)移植和MiniGUI圖形界面開發(fā)。最后對論文的主要工作進(jìn)行了總結(jié)，對以后可深入研究的方向進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： DSP ARM 電能質(zhì)量監(jiān)測
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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作為交流異步電機(jī)控制的一種方式，矢量控制技術(shù)已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。矢量控制系統(tǒng)中，磁鏈的觀測精度直接影響到系統(tǒng)控制性能的好壞。在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流能得到完全解耦[1]。一般而言，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測有兩種方法:電流模型法和電壓模型法。磁鏈的電流模型觀測法中需要電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，而轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)易受溫度和磁飽和影響。為克服這些缺點(diǎn)，需要對電機(jī)的轉(zhuǎn)子參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，但這樣將使得系統(tǒng)更加的復(fù)雜。磁鏈的電壓模型觀測法中不含轉(zhuǎn)子參數(shù)，受電機(jī)參數(shù)變化的影響較小。矢量控制計(jì)算量大，要求具有一定的實(shí)時(shí)性，從而對控制芯片的運(yùn)算速度提出了更高的要求。 本文介紹了一種異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，采用了電壓模型觀測器[2]對轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行估計(jì)，針對積分環(huán)節(jié)的誤差積累和直流漂移問題，采用了一種帶飽和反饋環(huán)節(jié)的積分器[3]來代替電壓模型觀測器中的純積分環(huán)節(jié)。整個(gè)算法在tms320f2812 dsp芯片上實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算速度快，保證了系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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機(jī)械手是自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備，它可以模擬人手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和裝配等工作。在減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高裝配質(zhì)量和在惡劣環(huán)境下作業(yè)等方面，起到了積極的作用。嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以應(yīng)用為中心并且軟硬件可裁剪的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是高度自動(dòng)化，響應(yīng)速度快等，非常適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的場合。 本文分析了機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求，研究設(shè)計(jì)了一種基于ARM和DSP的機(jī)械手?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的方案。嵌入式ARM處理器，具有運(yùn)行速度快、功耗低、程序設(shè)計(jì)靈活、外圍硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但其很難在處理大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜算法時(shí)保證系統(tǒng)的靈活性和實(shí)時(shí)性。DSP作為數(shù)字信號處理的核心器件，能夠?qū)崟r(shí)快速的完成控制算法運(yùn)算，由于DSP普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微秒左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數(shù)據(jù)，時(shí)間可縮短至幾十納秒。另外利用FPGA可以方便的實(shí)現(xiàn)各種接口的邏輯時(shí)序，豐富的接口使得該系統(tǒng)能夠方便的進(jìn)行移植，擴(kuò)展了該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，從而提升了其性價(jià)比，通過ARM處理器和DSP以及FPGA技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)靈活、以太網(wǎng)通信、大容量存儲、高速數(shù)據(jù)輸出、可移植等特點(diǎn)，既滿足高速機(jī)械手自動(dòng)控制的要求，同時(shí)又具有一定的通用性。 通過本課題實(shí)踐表明，基于ARM和DSP構(gòu)建嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案全可行、合理，同傳統(tǒng)的人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，能大量地減輕研發(fā)任務(wù)，提高發(fā)速度，能夠在短時(shí)間內(nèi)得到控制性能優(yōu)秀的數(shù)控系統(tǒng)。
標(biāo)簽： ARM DSP 數(shù)控 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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UM71系列(包括ZPW-2000A)無絕緣軌道電路已成為我國鐵路的主流制式，軌道電路的正常工作對行車安全意義重大。軌道信號失真或者受到噪聲污染有可能導(dǎo)致鐵路信號設(shè)備錯(cuò)誤動(dòng)作進(jìn)而發(fā)生行車事故。通過對鐵路信號做出監(jiān)測以及判斷，可以幫助信號設(shè)備維護(hù)人員對故障設(shè)備進(jìn)行及時(shí)修復(fù)從而避免事故發(fā)生。 本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM/DSP雙核結(jié)構(gòu)的鐵路信號測試儀，用以幫助設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)檢修故障設(shè)備。其中，DSP芯片選用TI公司的32位浮點(diǎn)處理器TMS320VC33作為信號分析與處理的核心，實(shí)現(xiàn)信號的解調(diào)、頻譜分析和細(xì)化處理等功能。本測試儀作為一種實(shí)時(shí)的信號檢測設(shè)備，充分利用了浮點(diǎn)DSP芯片高效靈活以及系統(tǒng)可裁減的特性，因而更適合于現(xiàn)場環(huán)境的應(yīng)用。本測試儀主要針對目前使用較為廣泛的UM71、ZPW-2000A系統(tǒng)以及站內(nèi)25Hz相敏軌道電路，實(shí)現(xiàn)對移頻信號的數(shù)字解調(diào)、區(qū)間載波頻率檢測、信號幅度檢測、站內(nèi)軌道信號的相位角及其幅度檢測等功能。 本文著重分析了頻譜細(xì)化技術(shù)中的ZFFT算法在實(shí)時(shí)信號分析中的應(yīng)用，采用ZFFT算法可以在保證運(yùn)算效率的同時(shí)提高頻譜的分辨率。在此基礎(chǔ)上，本文就這種算法提出了若干改進(jìn)措施并且通過MATLAB對該算法及其改進(jìn)措施進(jìn)行了軟件仿真。同時(shí)本文完成了基于這種算法的DSP軟件設(shè)計(jì)：為了提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，DSP算法均采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明調(diào)制頻率的分辨率可以達(dá)到0.03Hz，滿足實(shí)際應(yīng)用要求。此外，本文設(shè)計(jì)了測試儀的硬件結(jié)構(gòu)，主要是VC33的外圍器件及其與雙口RAMCY7C028的接口電路，以及基于這個(gè)接口電路的通信規(guī)程。
標(biāo)簽： DSP ARM 鐵路信號 試儀設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-06-29
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隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件取得了迅速的發(fā)展，其功能日益強(qiáng)大，F(xiàn)PGA內(nèi)部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對數(shù)字信號處理的特點(diǎn)做了特定設(shè)計(jì)，集成了存儲器、鎖相環(huán)（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個(gè)公司提供的FPGA開發(fā)軟件使用硬件描述語言，可以實(shí)現(xiàn)特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設(shè)計(jì)工程師提供了新的選擇。實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)采用FPGA+DSP的結(jié)構(gòu)來完成整個(gè)復(fù)雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進(jìn)行分類，F(xiàn)PGA和DSP份協(xié)作發(fā)揮各自的長處，對于算法實(shí)現(xiàn)簡單、運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實(shí)現(xiàn)，DSP則用來處理經(jīng)過預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)，來運(yùn)行算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，乘加運(yùn)算多的算法。整個(gè)系統(tǒng)主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個(gè)部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應(yīng)用，完成了Stratix芯片的選型。設(shè)計(jì)了數(shù)字圖像處理板的電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)圖。并對電路板進(jìn)行調(diào)試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設(shè)計(jì)，并調(diào)試成功，應(yīng)用到FPGA的調(diào)試下載配置中，取得了良好的實(shí)驗(yàn)與經(jīng)濟(jì)效果。（3）充分利用FPGA的設(shè)計(jì)開發(fā)軟件與工具，完成了中值濾波、形態(tài)學(xué)濾波和自適應(yīng)閾值的FPGA實(shí)現(xiàn)，并給出了詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)過程。將算法下載到FPGA芯片，經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，達(dá)到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實(shí)現(xiàn)方式，選用PCI9054芯片實(shí)現(xiàn)通訊，完成PCI接口電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了中斷、DMA等方式，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆＃?）學(xué)習(xí)了C6701DSP芯片的工作特性以及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，完成了DSP外圍存儲器的擴(kuò)展、時(shí)鐘信號發(fā)生以及電源模塊等外圍電路的設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： FPGA DSP 紅外 圖像預(yù)處理
上傳時(shí)間： 2013-07-22
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近年來，基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)己成為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主流。基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅具有信息處理能力強(qiáng)，而且具有開放性、實(shí)時(shí)性、可靠性的特點(diǎn)，因此在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 論文從步行康復(fù)訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)與制作出發(fā)，主要進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究。文章首先提出了多種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。根據(jù)它們的優(yōu)缺點(diǎn)，選定以DSP和FPGA為核心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)。 論文詳細(xì)研究了以DSP和FPGA為核心實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)，利用DSP實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與相關(guān)功能模塊，利用FPGA實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)地址譯碼電路、脈沖分配電路以及光電編碼器信號處理電路，并對以上電路系統(tǒng)進(jìn)行了功能仿真和時(shí)序仿真。 結(jié)果表明，基于DSP和FPGA為核心的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能要求，同時(shí)提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開放性、實(shí)時(shí)性和可靠性，并大大減小了系統(tǒng)的體積與功耗。
標(biāo)簽： FPGA DSP 機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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該文主要介紹基于DSP(TMS320LF2407A)和CPLD(MAX3128A)伺服運(yùn)動(dòng)控制平臺的設(shè)計(jì).文中在討論了永磁同步電機(jī)的控制策略的基礎(chǔ)上提出了針對表面式永磁同步伺服電機(jī)的i=0的矢量控制,介紹了通過光電碼盤確定永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的方法,以及SVPWM的原理和特性及其數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法.詳細(xì)闡述由TMS320LF2407A和MAX3128A構(gòu)建的傳動(dòng)控制系統(tǒng)平臺.以上述平臺為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一個(gè)基于矢量控制的三環(huán)永磁同步伺服系統(tǒng),為解決典Ⅱ系統(tǒng)超調(diào)和抗擾性的矛盾,將IP調(diào)節(jié)器引入系統(tǒng).通過試驗(yàn)證明IP調(diào)節(jié)器在不影響系統(tǒng)抗擾性和穩(wěn)態(tài)精度的前提下,大大降低了電流的超調(diào).工程實(shí)踐證明了設(shè)計(jì)的正確性.為了滿足用戶對系統(tǒng)方便操作和監(jiān)視的要求,實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線修改以及故障綜合,并滿足一定可視性,提出并設(shè)計(jì)了基于RS232的串行通訊程序,包括兩部分:PC機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字操作器.文中詳細(xì)分析了設(shè)計(jì)數(shù)字操作器的硬件模塊及框圖和軟件流程,實(shí)際應(yīng)用表明數(shù)字操作器方便了用戶對系統(tǒng)的操縱和監(jiān)視,已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用.
標(biāo)簽： FPGA DSP 開放式 運(yùn)動(dòng)控制平臺
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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該課題通過對開放式數(shù)控技術(shù)的全面調(diào)研和對運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入研究,并針對國內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀,結(jié)合激光雕刻領(lǐng)域的具體需要,緊跟當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢,吸收了世界開放式數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的最新成果,采納了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動(dòng)控制卡.該論文主要內(nèi)容如下:首先,通過對制造業(yè)、開放式數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制卡等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研,基于對運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí),在比較了幾種常用的運(yùn)動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)上,確定了基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案,并規(guī)劃了板卡的總體結(jié)構(gòu).其次,針對運(yùn)動(dòng)控制中的一些具體問題,如高速、高精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、實(shí)時(shí)控制以及多軸聯(lián)動(dòng)等,在FPGA上設(shè)計(jì)了功能相互獨(dú)立的四軸運(yùn)動(dòng)控制電路,仔細(xì)規(guī)劃并定義了各個(gè)寄存器的具體功能,設(shè)計(jì)了功能完善的加/減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個(gè)功能各異的計(jì)數(shù)器電路等,完全實(shí)現(xiàn)了S-曲線升降速運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)降速點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、A/B相編碼器倍頻計(jì)數(shù)電路等特殊功能.再次,介紹了DSP在運(yùn)動(dòng)控制中的作用,合理規(guī)劃了DSP指令的形成過程,并對DSP軟件的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了框架性的設(shè)計(jì).然后,根據(jù)光電隔離原理設(shè)計(jì)了數(shù)字輸入/輸出電路;結(jié)合DAC原理設(shè)計(jì)了四路模擬輸出電路;實(shí)現(xiàn)了PCI接口電路的設(shè)計(jì);并針對常見的干擾現(xiàn)象,提出了有效的抗干擾措施.最后,利用運(yùn)動(dòng)控制卡強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能,并針對激光雕刻行業(yè)進(jìn)行大幅圖形掃描時(shí)需要實(shí)時(shí)處理大量的圖形數(shù)據(jù)的特別需要,在板卡第四軸完全實(shí)現(xiàn)了激光控制功能,并基于FPGA內(nèi)部的16KBit塊RAM,開辟了大量數(shù)據(jù)區(qū)以便進(jìn)行大幅圖形的實(shí)時(shí)處理.
標(biāo)簽： FPGA DSP 運(yùn)動(dòng)控制
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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近年來，隨著生物識別技術(shù)的興起，虹膜識別技術(shù)被日益關(guān)注。由于虹膜識別技術(shù)對個(gè)體識別具有高度的可靠性，已成為目前生物識別中最有發(fā)展前景的識別技術(shù)之一。與其它生物識別技術(shù)相比，虹膜識別技術(shù)具有唯一性、穩(wěn)定性、非侵犯性、不易偽造性和活體特性等優(yōu)勢。因此，虹膜識別技術(shù)具有廣闊的使用前景和很好的經(jīng)濟(jì)效益，越來越受到國內(nèi)外有關(guān)研究人員的重視。 目前，虹膜識別產(chǎn)品大多都是基于PC平臺的，在便攜性、穩(wěn)定性和安全性方面還存在一些問題。為了克服以上的缺點(diǎn)，本文構(gòu)架了基于DSP和FPGA的嵌入式虹膜識別硬件平臺，使虹膜識別技術(shù)可應(yīng)用與更多的領(lǐng)域。 本文的主要工作如下： 1．設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式硬件系統(tǒng)，包括DSP處理器、FPGA、COMS圖像傳感器、人機(jī)交互接口和通信接口。同時(shí)，還編寫了各硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序。另外，由于系統(tǒng)中DSP工作頻率為300Mhz，另外有些器件工作在100Mhz，因此本文還給出了一些信號完整性分析和PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 2．在FPGA設(shè)計(jì)中，編寫Verilog程序，完成了虹膜圖像采集模塊、乒乓存儲器切換模塊、圖像采樣模塊以及將采樣后的圖像顯示在TFT彩色液晶上的模塊，最終實(shí)現(xiàn)了虹膜圖像實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。此外，還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了用于和DSP通信的HPI接口模塊。 3．完成了部分系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。在使用DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了各系統(tǒng)任務(wù)，通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序控制和協(xié)調(diào)各硬件模塊，實(shí)現(xiàn)了虹膜識別功能。 最終，本文實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)可以快速有效的進(jìn)行虹膜識別。同時(shí)，由于本系統(tǒng)采用模塊化的軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，使系統(tǒng)便于快速應(yīng)用于各種場合。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時(shí)幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時(shí)代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測成為了可能，同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì)，并通過測試取得了預(yù)期結(jié)果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。同時(shí)該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機(jī)或電位器提供。再次，文章對各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了具體的電路圖，同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開關(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負(fù)載電壓信號采集、負(fù)載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對比測試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動(dòng)并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
標(biāo)簽： FPGA DSP 數(shù)字化 開關(guān)電源
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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