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关键词： 万能式断路器   检测系统   硬件设计   软件设计   人机交互  

摘要： 智能型万能式断路器主要适用于不频繁转换通断的中低压配电线路和开关柜中,来对电网和电气设备的安全进行保护。实际运用中，要求智能型万能式断路器具有较高的可靠性，否则，若电气电路发生欠压、短路等故障时不能及时作出脱扣动作判断，那么瞬时短路的大电流可能会造成配电电路和电路中用电设备的烧毁或损坏，甚至会造成整个局部电网的瘫痪，造成难以估计的经济损失。　　为提高智能型万能式断路器的可靠性，相关产品出厂前都需进行严格的可靠性测试，保证产品的质量。一般地，对智能型万能式断路器进行可靠性检验主要是以欠压脱扣器检验、电动操作检验、相位检验、精度检验、三段电流保护（接地、长延时、瞬时）、耐压绝缘电阻测试以及通信检验为主。由于智能型万能式断路器型号繁多，框架大小不一，为了节约生产成本，实际生产中无法满足各系列断路器全部上线自动检测，往往依赖校验台手动检测，这样就不利于断路器可靠性的提高。为此，本文针对智能型万能式断路器的检测特点，利用气动控制技术、伺服控制技术、传感器技术、恒流源技术、PLC控制技术、网络通讯技术、人机交互等技术对全系列智能型万能式断路器检测系统设计中所涉及的关键技术展开研究。　　首先，本论文根据实际检测系统设计需求，完成了断路器检测系统的总体方案设计。在此基础上完成了检测系统的硬件设计，主要包括特性检测子系统、耐压检测子系统、伺服系统和PLC系统的设计。　　接着，论文又完成了断路器检测系统的软件设计，主要包括初始化程序、精度检验程序、延时检验程序、电动操作检验和欠压检验程序、伺服控制程序和程控电源控制程序设计。　　最后，本论文完成了人机交互的检测软件设计和实际应用测试。人机交互的检测软件设计主要包括手动操作界面、自动检测界面、伺服参数输入界面和耐压检测界面的设计，实际应用测试包括特性工位检测测试和耐压工位检测测试。　　通过本设计，让全系列型号断路器的可靠性检验得以实现，大大提高断路器的检验效率，从而增加产能，为公司带来更多利润。

关键词： 射频开关矩阵系统   硬件设计   性能测试  

摘要： 5G通信技术已开始逐渐在全世界普及推广，而中国已然成为5G技术及实际运用领域的领头羊，目前在国内，5G基站大规模商用在即，为争得市场份额，使得各家通信设备厂商必须加快5G基站产品的研发周期和生产速度。根据5G基站技术特点，由于MIMO(Multi Input Multi Output)技术的演化升级，5G基站天线数量较4G基站已呈几何级增加，目前最多已达256根天线，随之射频通道数量也由4G基站最多的8根增加到64根，导致面对一台5G基站的研发和生产测试工作量较4G基站最少增加了8倍以上。如果再延续4G基站测试手段而不进行优化升级，则会导致研发测试周期漫长和生产测试效率极低，对于基站设备厂家而言面对的将是快速失去5G市场份额及生死存亡。　　针对以上急需解决的实际问题，如何摒弃4G基站时代射频测试工作依赖人工操作，测试环境辅材庞杂等问题形式，针对5G基站自身特点，本课题设计开发一种具有多通道的射频开关矩阵硬件系统，以实现测试流程高度自动化，射频接口输入输出集成度更高、测试结果一致性更强、可靠性耐用性更高、适应性灵活性更好、体积小更便于在各测试环境之间切换使用等功能特点。　　本文详细阐述了多通道射频开关矩阵硬件系统设计内容，包括系统内外部机械结构设计，系统内部射频通路部分涉及的机械开关、多型射频线缆、一体化衰减器等相关器件的选型与设计，以及主控板卡中处理器芯片、EPLD芯片和相关外围器件电路等硬件设计内容。在开关矩阵系统硬件测试与验证工作中主要在可靠性仿真试验分析和射频通路性能验证两个重要方面进行了详细描述。　　本课题设计实现的射频开关矩阵硬件系统具有以下4点创新特性:　　1.支持大规模多达64路射频通道同时进行5G基站射频指标测试　　2.外部射频对接端口高度集成化、模块化，使设备体积小型化，简化5G基站测试环境，更利于维护升级;3.支持5G基站全频段射频指标测试;4.可承受大功率5G基站射频信号;本课题设计实现的射频开关矩阵硬件系统目前已大批量在5G研发和生产测试线中投入使用，测试线人员的反馈已完全达到总体设计需求预期，确保了5G基站研发周期的可控性及大规模批量生产测试的产出效率，为企业大幅度提高产品竞争力、快速夺取5G市场份额并取得巨大经济效益做出了突出贡献。

关键词： 箱式变电站   视频监控   硬件设计   软件设计   目标检测  

摘要： 为了确保经济的快速发展和居民生活水平的逐步改善,箱式变电站建设作为配电网改造升级的重要环节,得到相关部门的大力支持。同时随着自动化技术的不断改进,一些远程变电站正开始从有人值守变为无人值守。随着室外变电站数量逐渐增多,视频监控作为箱式变电站关键环节,已经得到广泛应用。箱式变电站视频监控系统快速发展的同时,仍存在很多缺陷,在实际运行中存在许多隐性安全问题。为了改进存在的隐性技术安全问题,论文针对箱式变电站视频监控中存在的问题展开了研究与讨论。首先,论文针对箱式变电站视频监控相关技术展开研究,研究与分析了视频处理及目标检测技术,运用背景差分技术来完成对运动目标的检测分析,同时研究和分析了视频传输和压缩技术。其次,针对系统功能需求,论文进行箱式变电站视频监控系统硬件选型设计和软件设计。系统硬件设计主要由总体结构设计、视频监控设计、门禁设计、电源控制模块设计等组成。软件设计基于箱式变电站网络拓扑展开系统架构,所设计系统端采用C/S架构,现场端采用C++进行通信与视频计算程序的设计。运动目标检测设计基于三帧差分和背景差分进行了目标物的提取将两者获取的目标物相与,以便得到相对准确的位置信息。最后,研究箱式变电站视频监控系统安装及调试,给出监控系统布置方案,完成视频采集与显示、运动目标检测调试。论文所设计的箱式变电站视频监控系统具有模块化体系结构,通过对箱式变电站视频监控系统功能设计,视频监控中心将各子系统集成于监控管理平台上,从而实现各系统间的无缝对接、信息共享,使视频监控系统应用起来更加方便,为箱式变电站的维护人员提供了统一的监控平台。同时,提高了对变电站检修维护的自动化水平,有效减少了工作人员的工作强度,提高了系统可用性,降低系统维护成本。

关键词： 无人机   管控系统   硬件设计   软件开发   导航模拟器  

摘要： 近年来随着无人机产业的快速发展，它在民事领域的应用也越来越广泛。民用无人机在为我们的生活带来诸多便利的同时，其难监管的问题也日益显现。针对民用无人机“黑飞”现象，除了要完善法律法规，也要从技术角度实现在敏感场所下对民用无人机的管控，基于此，本课题提出了基于导航模拟器的无人机管控技术研究，与传统的借助同频同相大功率干扰信号实现无人机通信链路信号的压制不同，该课题将通过模拟GPS导航信号实现对无人机的管控。主要工作如下:　　首先，介绍了GPS卫星导航系统定位原理及系统组成，为下文基于导航系统生成模拟信号奠定好了基础，之后，详细介绍了卫星导航信号结构制式及特点与无人机追踪锁定GPS导航信号具体过程，并基于此完成了民用导航信号的安全性分析，分析了管控系统在敏感场所下实现无人机对管控的可行性。　　其次，详细介绍了工程实现中所采取的基于生成式算法的GPS模拟信号的生成方式，并着重分析了工程实现过程中的重难点，如导航电文、伪随机码及基带信号的生成与信号同步方案。在导航电文的生成中，除了考虑到各项误差参数补偿方案，同时，为提高生成效率及模拟信号与真实信号的兼容性，采取基于真实卫星星历及历书下的生成方式。而在信号同步过程中，着重对功率估计与相位同步进行了数学分析。同时，完成了工程实现过程中模块化设计。　　最后，提出了两种不同场景下对无人机的管控策略——静态管控与动态管控策略。在动态管控策略中，考虑到无人机已接收到真实导航信号，为实现模拟信号进入无人机并被成功解算，需重点解决信号同步问题，此处采取了压制式干扰、增加信号码率，对齐模拟信号相位及频率补偿等措施，以期实现动态场景下对民用无人机的管控。通过软硬件相结合的方式，完成了管控系统的搭建。该信号源可将多路信源合并至同一条基带信号上，并可实现对发射功率的控制针对两种无人机的飞行状态，完成两种策略的测试，并分析其误差。

关键词： 陀螺飞轮   锁相环控制   电流精密检测   EtherCAT从站  

摘要： 陀螺飞轮的概念起源于对微小航天器姿态控制的需求。评价应用在微小航天器上的主动姿态控制系统最重要的三项指标是其质量、体积以及姿态控制所能达到的精度。基于此,加拿大的科研人员提出了一种特殊的平衡环结构,它能够允许转子在一定角度范围内沿径向自由倾侧,这便是陀螺飞轮。单个陀螺飞轮在输出三轴控制力矩的同时,还具有敏感航天器两轴姿态角速度的能力,在保持姿态控制系统精确指向的同时,减少了系统的体积与重量,降低了微小航天器的研制成本。本课题将从硬件电路设计的角度辅助陀螺飞轮系统实现其姿态检测和控制的功能。首先,陀螺飞轮系统发挥其姿态控制功能的基础是控制飞轮在规定的速度下旋转,因此要设计并实现飞轮驱动电路使陀螺飞轮转子具有良好的稳速精度。在方案选择上,选择基于锁相环控制的飞轮驱动方案,其依靠鉴频鉴相器的负反馈控制可以最大程度满足对于稳速精度的需求。对方案进行硬件电路的搭建,对硬件各环节进行建模,化为传递函数,并设计了串联超前控制器保证系统的稳定裕度,最后通过Simulink仿真的方式验证其稳速和调速过程的性能指标。其次,为了陀螺飞轮系统各模块可以与主站保持实时性的通讯,方便数据统一的监测和管理,设计并实现了Ether CAT从站电路作为陀螺飞轮系统的通信部分。按照OSI参考模型中物理层、数据链路层和应用层的结构搭建Ether CAT从站电路,同时从信号完整性的角度简要分析了串扰、地弹噪声、轨道塌陷、信号反射对波形的干扰,提出了电路在PCB布局中的优化建议。在Ether CAT从站软件设计的角度,利用从站设备微处理器搭建应用层协议编程平台,对Ether CAT状态机和过程数据通信协议进行编程,并在Twin CAT3作为主站的环境下,利用Wireshark抓包软件对通信的性能和可靠性进行分析。最后,为保证陀螺飞轮系统姿态解算的精度,设计并实现了基于电阻采样方案和改进的电流/频率转换方案的电流精密检测电路。对两种方案的误差来源进行了定量分析,并针对性地进行了元器件选择,做出了尽可能的硬件补偿。在试验测试阶段,详细介绍了数据拟合和精度测试的过程,给出了两种方案各自的测试结果。最后,通过傅里叶分析的方法对测试结果中的谐波来源进行猜想,并对两种电流精密检测方案进行了对比分析。

关键词： 数字电视   视频信号发生器   硬件设计   软件开发  

摘要： 数字电视是继黑白电视、模拟彩色电视之后的第三代电视技术，数字电视拥有更高的清晰度和更丰富的色彩，所以目前数字电视已经逐步替代模拟电视，在图像信号数字化的过程中，很容易使得模拟信号出现一定程度的损伤和失真问题。为了正确评价电视系统，可以采用主观评价和客观评价，而主观评价由于更具有实时性，且主观评价的要求和人们对电视图像的要求极为符合，所以主观评价目前仍是评价电视系统的主要方法。在对电视图像进行主观评价的时候，数字电视视频信号源是最为关键的一个因素。如今，市场上存在的数字电视视频信号源，都或多或少存在着不同程度的问题，譬如系统无法独立进行工作，设备体积太大，缺乏动静态测试序列，不能对测试信源内容进行更新，信号源系统成本昂贵，信号源的指标不合格等等。为此，本次选题的主要目的是开发一种具有独立性、便携性、通用性、低成本、高性能等特点的数字电视视频信号源，该系统既要能独立产生数字视频信号，且数字视频信号的指标也要满足广电总局关于SDI接口的要求，在此基础上该系统需能够随时更新信号源内容，可满足实际应用。　　本文涉及的数字电视视频信号发生器系统包含硬件和上位机应用软件两部分，作者完成的主要工作如下:　　(1)设计了一款数字电视视频信号发生器的硬件平台，其高速信号和普通信号区域严格划分，高速信号的信号线等长设计等EMC方面考虑全面，保证信号源硬件稳定运行，且匹配合适的电阻，满足阻抗匹配要求，以减少信号的反射和损耗。　　(2)硬件平台基于FPGA进行设计，FPGA通过自运算可产生测试信号，经过插值和排序，可生成符合ITU-R BT.656标准要求的测试信号，通过对FPGA的程序进行各种优化达到良好的时钟收敛效果，使信号发生器产生的视频信号指标可满足广电行业的标准要求。　　(3)开发了一款上位机的应用软件，其主要功能是将静态图像和动态的YUV序列进行格式转换，目前主要针对BMP位图和YUV序列进行格式转换，这也增加了其通用性，进一步的可以对其他格式的视频进行转换后，其通用性就更为明显，整个系统具有简单而且方便的扩展输入接口。　　(4)应用软件通过通用的USB接口与硬件平台进行通讯，增强了系统的通用性，FPGA接收到软件进行格式转换后的YUV图像后，进行字节转换，通过FIFO缓存后存入SDRAM中，在系统时钟的作用下，按ITU-R BT.656标准进行插值、排序、从SDRAM中读取图像信号等操作，完成标准电视视频信号的输出。　　本系统实现了低成本、高质量、高可靠性的数字电视视频信号发生器系统，信号发生器硬件平台可以用于对电视系统进行评价，也可以用来测试公司内部自行设计的各种数字电视视频信号设备。而通过上位机应用软件，测试图像和视频内容可按需增加和扩充。后期通过简单的升级和完善就可以实现4K、8K等超高清分辨率的数字电视视频信号发生器，可以满足新的需求。

关键词： 双离合器式自动变速器   电子控制器   硬件设计   软件开发   控制策略  

摘要： 本文着眼于双离合器式自动变速器（Dual-Clutch Transmission，简称DCT）的电子控制器硬件、软件、控制策略的开发及其验证，结合人-车-路闭环系统思想，开展研究工作。　　首先阐述了DCT行业的发展趋势和发展潜力，分析了DCT起步控制策略、换挡控制策略、换挡规律、驾驶员意图识别、行驶环境识别、车辆状态识别、嵌入式控制系统开发等关键技术的国内外研究现状。　　以一款6速湿式DCT为具体研究对象，深入分析了其工作原理、系统组成和具体工作过程，建立了DCT动力传动系统物理模型，分析了DCT换挡过程，并在MATLAB/Simscape仿真平台中搭建了DCT汽车数字仿真模型。　　参考V型开发流程进行DCT电子控制器硬件电路的设计开发，依次定义设计需求、设计硬件架构、设计硬件组件电路、验证和测试，并讨论了提高硬件电路可靠性的具体措施，最终开发了具有完整功能、可靠性能的DCT电子控制器硬件电路。　　基于AUTOSAR软件架构思想进行DCT电子控制器嵌入式软件开发，分析了设计需求，分别设计了基础软件层和应用软件层的软件架构，在基础软件层中编写了C语言程序，基于MATLAB/Simulink设计了应用软件层各个模块的软件组件，完成了信号输入接口模块、行驶策略模块、换挡协调控制模块、挡位控制策略模块、同步器控制模块、挡位液压控制模块、离合器控制策略模块、离合器转矩控制模块、离合器压力控制模块、主油路和冷却控制模块共十个功能模块。　　基于人-车-路闭环系统的原理，进一步提出完善应用层软件中关键控制策略和解决难点的方法。设计了基于驾驶员意图和模糊控制理论的起步控制策略，对不同的驾驶员操作、不同的车重等人和车的因素均具有良好的适应性。基于DCT动力传动系统物理模型分别设计了动力性换挡规律和经济性换挡规律，分析了人-车-路因素对换挡规律的影响，设计了考虑驾驶员意图的综合换挡规律，兼顾动力性和经济性。指出原换挡规律可能发生意外换挡的不良现象，分析其原因，设计了基于动态局部坐标系的意外升挡现象消除方法，有效抑制车辆在减速和下坡时的意外升挡现象。　　随后对DCT电子控制器进行了验证和试验。在MATLAB/Simulink环境中建立模型在环仿真平台，分析了应用层软件在恒定油门行驶工况、标准循环工况及具体换挡过程中的表现，从模型层面验证了应用层软件达到设计需求。随后MATLAB RTW工具进行了自动代码生成工作。搭建了软件在环仿真平台，把自动生成的C代码的输出结果与模型的输出结果比较，验证了二者的等效性。　　综上，本文完成了基于人-车-路闭环系统的DCT电子控制器硬件、软件、控制策略的开发及其验证。　　最后对本文工作内容进行总结，简要指出了进一步工作的方向。

关键词： 自动导引车   控制系统   调速系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 目前随着电子商务和物流行业的快速发展，物流装备的发展也处于势在必行的阶段，作为物流装备行业中的代表产品自动导引车(AGV)，更是应该全方位的发展，从而能够满足物流产业自动化的需要，减少工作人员的工作失误及劳动强度，促进物流行业向高端技术型产业的转变。基于此，本文对设计的自动导引车控制系统进行了详细的分析，并成功研究开发了自动导引车软硬件系统，而针对自动导引车运行定位不准确的问题，从基础理论出发，研究分析了自动导引车直流电机的调速系统。　　首先，研究开发了自动导引车硬件系统，在分析自动导引车硬件系统的总体需求基础上，介绍了自动导引车的机械结构，然后总体规划设计了自动导引车的控制系统的硬件结构，接着逐步分析自动导引车硬件控制系统中的各部分模块，同时设计了自动导引车嵌入式处理器对应的模块电路，完成自动导引车嵌入式控制器主控板的设计。　　其次，以μC/OS-III实时操作系统为平台，研究开发了自动导引车软件控制系统，并根据μC/OS-III实时操作系统内部的运行机制和自动导引车软件控制系统的需求，结合自动导引车硬件控制系统，对软件控制系统的起始任务、各模块任务、任务间的通信进行了详细分析与设计，完成基于μC/OS-III操作系统的自动导引车软件控制系统的开发。　　最后，对自动导引车电机调速系统进行了研究，从基础理论出发，根据直流电机数学动态响应表达式建立了直流电机离散状态空间模型，然后根据PID控制算法和卡尔曼滤波算法的基本原理设计了数字PID控制器和卡尔曼滤波器，最终建立自动导引车基于卡尔曼滤波器的直流电机PID调速系统，并通过仿真验证了调速系统的优越性能。

关键词： 多功能   功能可重构   数字化仪   频率计   任意波发生器  

摘要： 随着电子测量仪器的快速发展,传统大型测试系统通常由多台单一功能的测试仪器组成,但由于数据交互速度慢、体积庞大、缺乏便携性和灵活性等缺点并不适用于现场快速测试与移动测试。本文针对传统电子测量仪器的功能单一、体积庞大、不能覆盖多种测试条件和测试环境等问题。定位当前电子测量仪器市场需求并对标国外主流型号的多功能小型化测试模块。设计了具备功能可重构、硬件可组态的多功能模拟信号测试模块。该模块为VXI单槽C尺寸模块,同时具备8通道的数字化仪、8通道频率计以及8通道任意波发生器,三种功能具备可重构的特性。不仅解决了多种功能联合测试、便携式测试、快速移动测试的需求,而且模块硬件可组态的设计理念在多个功能模块进行硬件组态后可大大提升电子测量仪器的测试范围以及测试能力。本文主要的研究内容包括:1、根据模块功能以及指标要求,采用小型化低功耗设计原则对多功能模拟信号测试模块的总体架构方案进行了设计。2、研究数字化仪、频率计、任意波发生器三种功能模块的解决方案,针对三种功能分别进行了硬件电路设计。最后提出了基于功能可重构、硬件可组态的设计思路,并对多功能模拟信号测试模块进行了功能可重构、硬件可组态化设计。3、研究基于DDR3的数据深存储逻辑实现细节。实现了采用简单用户逻辑接口对DDR3进行突发读写操作。设计了基于DDR3的高速数据采集实时存储功能。4、研究了高分辨率时钟分相频率测量方案,在FPGA内部实现了对信号进行1ns分辨率的测频、测周以及脉冲参数测量。5、研究任意波发生器数字逻辑实现方案。在FPGA内部实现了对外挂SSRAM存储器的直接频率合成,数字调制等功能。通过对以上内容的研究。本文设计了具备功能可重构、硬件可组态的8通道多功能模拟信号测试模块。在单一模块中实现了3种不同测量功能。使之能广泛的应用于某些极端复杂测试条件下的现场快速测试与移动测试。为多功能小型化集成测试系统打下了坚实的基础。

关键词： 永磁同步电机   直接转矩控制   SVPWM   硬件设计  

摘要： 同异步电机相比,永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、运行可靠、易于维护等优点,在航空航天、工业等领域得到广泛运用。直接转矩控制（DTC）自20世纪八十年得到成功运用后得到了广泛的关注,特别是如今随着DSP技术的发展,传统型的直接转矩控制得到了进一步的优化。本文对于基于占空比的永磁同步电机直接转矩控制进行了研究。本文的主要内容如下:（1）首先对PMSM的发展及其分类、控制策略做出介绍,对直接转矩控制在PMSM中的几种应用策略和目前及今后的研究热点进行了阐述。（2）对电机模型分析中常用到的坐标系进行介绍并对CLARK变换与PARK变换进行推导,对PMSM在不同坐标系下的数学模型进行详细描述并经过推导得到其转矩控制方法,根据其转矩的控制方法得到DTC技术应用于PMSM中的可行性。根据逆变器的拓扑结构对电压矢量进行定义并对其对于电机转矩和定子磁链的作用进行分析。（3）利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建PMSM的直接转矩控制的各仿真模块图进行仿真并对仿真结果进行分析比较,通过比较发现电机性能并未得到有效改善。（4）构建基于空间电压矢量脉宽调制的PMSM的直接转矩控制模型。通过对仿真结果的分析比较得到基于空间电压矢量脉宽调制的PMSM直接转矩控制没有削弱系统的动态特性但减小了系统的转矩脉动。（5）构建了以数字信号处理器TMS320F28069为核心的PMSM电机控制系统的硬件电路设计,详细介绍了主电路参数设计、功率器件选型、母线电压和相电流采样电路、驱动电路设计、位置信号检测电路设计和键盘输入电路设计;并初步给出了系统的软件设计。