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关键词： 开关磁阻电机   双闭环PI控制   DSPF2812   控制策略   有位置检测器  

摘要： 开关磁阻电机的发展已有100多年，近50年是其快速发展的阶段，我国对开关磁阻电机的研究始于1984年。包含开关磁阻电机的控制系统，结合了交、直流电机调速控制系统的优点，是一种新型的电动车用调速控制系统。如今，大气的严重污染和石油资源的日渐消耗与汽车数量的激增成不对称的关系，作为家庭必选的出行工具的汽车面临巨大的压力，所以，电动汽车应运而生，电动汽车折合的油耗成本低并且环保。开关磁阻电机应用在电动汽车领域也符合时代的需要，开关磁阻电机作为电动汽车用驱动电机具有成本低、效率高、简单灵活和调速性能优秀等的优点。此外，开关磁阻电机还广泛的应用于通用工业、纺织机械、煤炭油田和家用电器等领域。因此，本文以高尔夫球车的车用驱动电机设计为背景，基于开关磁阻电机，设计控制器硬件电路以及底层驱动。 本文从开关磁阻电机和车用驱动电机的研究背景、国内外发展动态和深远意义的简单介绍引出本课题的研究。通过对比分析几种车用驱动电机的优缺点，开关磁阻电机因其结构简单、气动特性好、动态响应快、效率高和调速性能好等的优点而被优先选作电动汽车的驱动电机。基于开关磁阻电机结构的非线性考虑，通过分析研究开关磁阻电机的工作原理，分析电路方程、机械方程和机电联系方程，研究线性模型、准线性模型和非线性模型。为便于分析，针对理想线性模型，分析开关磁阻电机的相电感特性、磁链特性、电流特性和电磁转矩特性，总结得出开关磁阻电机在各个速度范围内运行时的特性。 其次，有三种基本方法来完成开关磁阻电机的控制：电流斩波控制、电压斩波控制和角度位置控制。通过改变开通和关断的角度，来完成电机的速度控制。总结得出了双闭环PI控制的开关磁阻电机调速控制系统：外环速度PI控制、内环电流PI控制。以高尔夫球车为应用背景，设计控制器硬件电路，以DSP芯片F2812为主控芯片。包括外围接口电路、功率变换器主电路及其驱动电路、缓冲吸收电路、电流电压检测电路、转子位置信号检测电路、温度检测电路、CAN通信模块、电流斩波电路、电压转换电路、保护电路和人机交互接口电路。为准确获取转子的位置信号，方便计算速度，本设计选用有位置检测器。基于电机和功率变换器的成本与体积的考虑，功率变换器主电路选用三相的不对称半桥主电路，功率开关管选用场效应管MOSFET。为满足电流参数的要求，采用两个MOSFET管并联承受大电流。为实现电气隔离，控制电路和功率电路、模拟电路和数字电路等电路之间用高速光耦进行分隔。之后，给出PCB板，以及在制板过程中，布局布线的技巧，分析和改善了设计电路的可靠性。 最后对电路板进行测试和分析，并对本设计进行总结和展望，指出本设计需要改进的方向和为扩展需要进行的进一步研究。

关键词： VI-CFAR   EOSVI-CFAR   排序   硬件   后端  

摘要： 雷达信号处理中恒虚警率(CFAR)处理的目的是为了在目标检测过程中可以保证稳定的虚警率。不同的恒虚警率算法在某些环境中有较好的检测性能,但是在其余环境下性能恶化验证。对多种CFAR算法研究后发现,VI-CFAR在均匀背景,杂波边缘背景下均有较好的性能,但在多目标尤其是前后参考窗均存在干扰时其检测性能下降严重。基于这种情况,本文首先提出了一种改进的VI-CFAR检测方法-EOSVI-CFAR,此方法通过改变VI选择不同恒虚警的判别条件并且引入了有序统计OS-CFAR算法。对EOSVI-CFAR进行Matlab建模后,仿真结果表明,改进后的算法有效改善了VI-CFAR的多目标环境下检测性能下降的问题,同时在均匀环境,杂波边缘环境下仍保持着较好的性能。随后本文进行算法的硬件设计。根据要求给出了电路的实现方案,核心的模块包括:累加求和模块、乘累加模块、关键判别函数模块、控制模块、阈值生成模块、高速插入排序模块。为了提高处理器的工作频率,在原有的排序电路基础上提出了新的实现方案,使用ISE Virtex5综合后最大时钟频率比原版提高了10%,大大增强了处理器的性能。对于排序,累加和,乘累加和结果使用延迟电路有效的减小了面积消耗。在功能验证阶段,使用MATLAB,Modelsim联合仿真,将前者的输出结果与后者的输出结果进行对比分析,结果一致证明硬件实现正确。使用DC 在0.18μm工艺下综合,面积为760106μm2,最坏情况下时钟频率可达215MHz。第一个数据从输入到结果输出需要31个时钟周期。对RTL和综合的网表做形式验证,结果表明二者一致。最后采用ICC 进行后端实现。最终布局布线后核的面积为1520233μm2,功耗为67.8mW。

关键词： 控制系统   DSP   硬件   姿态   舵机   制导  

摘要： 本论文研究的是以高精度DSP为主控制器的制导靶弹飞行姿态控制系统硬件设计。制导靶弹能够精准的按飞行轨迹飞行主要是由其内置的制导控制系统决定,制导控制系统包括制导系统和飞行姿态控制系统。制导系统采用由微机电系统（MEMS）传感器构成的捷联惯性导航系统与全球定位系统联合制导技术,对靶弹的姿态信息进行检测。飞行姿态控制系统以DSP为中央控制器,采用精密线性传感器获取舵机舵面位置信息,结合导航系统提供的姿态信息,通过控制4路舵面,实现系统对靶弹的飞行姿态控制和轨迹控制。 论文首先对课题研究的背景和意义以及国内外先进制导与控制技术的研究现状进行介绍,接着详细介绍了靶弹飞行姿态控制系统的硬件总体方案的设计。从研究制导控制系统原理、特点及主要要求出发,阐述了制导靶弹飞行姿态控制系统的基本组成、硬件结构以及功能。同时对系统硬件各部分元器件进行选型,介绍系统的功能要求和主要参数指标,并对系统控制策略和控制算法进行研究。 论文然后对制导靶弹飞行姿态控制系统的硬件电路进行详细设计。主要介绍了DSP最小系统设计、系统的电源电路设计以及所有的外围接口电路设计、伺服舵机驱动电路设计、舵面位置检测电路设计等。同时还对一些硬件电路抗干扰设计进行了介绍。 最后介绍了飞行姿态控制系统实验调试,包括硬件模块的测试和软硬件联合调试,根据调试中出现的问题和结果对控制系统进行完善和优化。

关键词： S3C2416   FPGA   数控系统   硬件平台   外设驱动  

摘要： 随着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式技术在工业领域得到越来越广泛的应用，基于嵌入式系统的数控机床越来越普及。目前广泛应用于车、铣、磨、钻的数控系统，大都不能同时兼顾成本、控制精度和功能多样性的要求。特别是应用于纺织、玻璃刻花等领域的数控系统对工艺和功能多样性要求较高，对运动控制精度和响应速度要求相对较低。本文针对以上行业的相关需求，设计了一种基于S3C2416和FPGA的嵌入式数控系统，本文主要完成的工作如下： 研究了当前国内外各种主流数控系统的硬件结构以及S3C2416处理器的特点，在分析总结了当前数控系统硬件平台优缺点的基础上提出了以S3C2416为核心处理器，FPGA辅助的嵌入式数控系统硬件方案 充分利用S3C2416功耗低、资源丰富和性能稳定，FPGA可多次擦写和灵活配置的特点，选用低功耗处理器外围芯片和器件，完成了硬件电路设计以及LCD等外设驱动。 利用VHDL硬件描述语言在FPGA内实现了控制接口的功能，并利用FPGA并行运算的特点，提高了S3C2416对这些接口控制的效率。 基于上述设计思想，充分考虑系统结构和电磁兼容性，优化了系统电路的设计，搭建了系统测试平台，进行了电磁兼容性测试和环境测试，验证了系统的功能和可靠性。

关键词： 功率测量   FPGA   频率测量   Compact PCI总线   AD8362  

摘要： 随着移动通信技术的迅猛发展,对信号功率和频率的精确测量技术已成为通信测量中的关键环节。本课题在教研室现有的功率和频率测量技术基础上,结合射频模拟前端电路的设计,将功率测量和频率测量结合于一体,提出了基于CompactPCI总线功率/频率测量模块设计方案,实现对输入的连续波或调制脉冲信号进行实时测量。本课题采用吸收式功率检测法来实现对输入信号的功率测量。利用真有效值功率测量集成芯片AD8362来实现输入信号的功率和电压的转换,再通过A/D转换器测量电压值,经计算可以实现信号功率的精确测量;频率测量采用预定标法完成频率范围的扩展,通过对输入射频信号进行调理、分频及整形,充分利用FPGA处理数字逻辑的灵活性及内部PLL资源,采用基于数字移相时钟的等精度测频方法完成信号频率的测量。设计中采用了FPGA作为整个测量模块核心控制器件,负责整个测量模块的所有逻辑工作。其主要实现功能有:实现功率测量和频率测量的同步,完成A/D转换器采集的数据的存储和输入信号的频率测量,以及完成与上位机的数据通信。设计中采用了CompactPCI工业总线来实现模块与上位机快速、可靠的通信,使用专用接口芯片PCI9030简化CompactPCI总线通信协议,降低整个接口电路设计的复杂性,加快了测量模块的开发周期。FPGA内部逻辑是使用Quartus II开发平台来设计完成的,它可以完成设计输入到硬件配置的整个设计流程。最后将设计模块与相应的驱动程序和上位机进行联合调试,模块能够正常工作,可以实现信号功率和频率的同步测量,功率的测量范围为-25dBm10dBm,频率的测量范围为100MHz.7GHZ,在一定温度下,精度达到了设计指标要求,验证了本设计的设计方案可行性。

关键词： 声表面波传感器   温度采集器   电路设计   数字信号处理  

摘要： 现代电力系统对电能的质量要求越来越高,电力开关柜作为电力系统中的重要组成部分,其运行状态必须时刻受到监控。在电力开关柜中尤以温度为重要监控目标,因为高温影响开关柜中的断路器等重要部位工作的可靠性,开关柜设备的高压、封闭、强磁场等特殊环境使得对柜内温度的监控极为困难,常用的接触式测温仪表或非接触式红外测温都难以同时满足实时、精确、安全的测温需求。　　本文介绍了一种温度监测系统,该系统利用声表面波传感器的声电转换特性来实现无源无线测温。系统包括声表面波传感器,温度采集器,测温主控终端和上位机,本人主要的工作是设计温度采集器的硬件电路部分,包括以下几个部分:　　由DDS、PLL、混频器、滤波器组成的高频微调电路和前置放大、功率放大电路,这些电路构成采集器的发射部分;天线及收发控制电路;由低噪声放大电路、混频电路和自动增益控制电路构成的接收电路;由DSP最小系统电路、显示电路和通信电路等构成采集器的数字信号处理电路。　　论文前两章简要介绍课题研究背景和意义,声表面波传感器测温原理,对温度采集器硬件部分的总体设计方案进行介绍;第三章分别对采集器的收发电路模块的设计进行了介绍,并用ADS等软件对设计效果进行了仿真;第四章介绍了数字信号处理部分电路模块的设计;第五章介绍PCB的布局布线、信号完整性、电磁兼容特性设计要点;第六章是对全文的总结和展望。

关键词： 三维测量   相移法   光栅条纹   坐标转换   FPGA   DLP  

摘要： 随着计算机技术和光电技术的发展,新的光学三维测量方法不断涌现。主动三维测量技术中最具代表性的结构光三维测量方法通过向被测物体投射结构光,并拍摄经被测物体表面调制而发生变形的结构光图像,然后从携带有被测物体表面三维形貌信息的图像中计算出被测物体的三维形貌数据。其在机器视觉、逆向工程、工业自动化和实物仿型、文物遗产保护等领域展现了强大的生命力和巨大的应用潜力。 结构光三维测量技术虽然已在多个领域得到广泛应用,但现有的研究工作主要集中在静态物体或者缓变场景的形貌测量上。目前商品化的结构光三维测量系统,单次测量时间普遍超过了0.5秒,这使得其难以对于动态物体或者变化场景进行实时三维测量。针对此科研难题与市场空缺,本硕士论文旨在研究高速实时三维形貌测量技术与相应系统的设计,侧重其硬件系统的设计。本文首先介绍了三维光栅测量的基本原理,包括相移法,相位展开方法,系统标定与坐标转换的原理等。然后重点研究了高速实时三维形貌测量系统中的硬件系统的设计部分。本硬件系统主要采用了FPGA芯片来实现条纹数据的编码存储,并且利用FPGA控制DLP投影仪将结构光栅条纹投射到目标物体上。FPGA芯片开发软件采用Quartus Ⅱ,并用Verilog HDL硬件描述语言来完成VGA时序的控制和相机与投影仪间的同步。在上述基础理论与硬件平台的支持下,完成了高速光栅投影实时三维测量系统的搭建。基于上述硬件平台,本文首先对条纹投影系统进行了实验,验证了其可以按规定时序准确无误的投射出所需的光栅条纹。此外,我们利用整套三维测量系统对于较为复杂的场景进行了动态实时测量,实验结果验证了本系统可以有效的实时重建复杂场景的三维形貌信息,测量速度达到0.0083s,其重建的相对精度达到0.05mm,重建效果较为理想,基本满足实时测量的要求。本文最后,给出了系统的一些参数指标。

关键词： 智能变电站   过程层网络   闭环测试   硬件平台  

摘要： 简述了国内智能变电站网络性能测试系统的发展现状,提出了一种基于IEC61850的智能变电站网络性能闭环测试系统的设计方案,可以统一对所有二次设备,网络、交换机、合并单元、智能终端、保护、测控、计量和录波设备开展功能和性能评估验证测试,且便携性和易用性良好,并阐述了智能变电站网络性能闭环测试系统硬件平台的构建方法.

关键词： 分布式控制   通信网络   伺服系统   信号隔离  

摘要： 在当今工业自动化生产过程中工业机械手起到非常重要的作用，其控制系统一般采用集中式控制体系结构，在实际应用中暴露出诸多不足，如：可靠性低、维修困难、局限性，无法满足迅速发展的工业需求。为此本文设计更高效、灵活、快捷、安全性和可靠性高的分布式机械手控制系统。 本文首先分析机械手控制系统的发展现状，学习注塑机机械手电气接口标准EU67、机械手运动平台、伺服控制系统及手控器组件等终端设备的应用特点，根据注塑机机械手控制系统的工作环境和任务要求，依据TMS320F28035硬件外设接口进行系统资源划分，最后提出控制系统总体方案。详细介绍各功能板卡的电路设计思想及原理图，主要包括：SCI转RS232和手控器通信、SPI转RS485负责远程I/O数据采集、主控器和伺服控制器利用CAN总线实现多主串行通信、I/O口扩展电路、I2C存储电路以及伺服控制系统。针对注塑机机械手复杂的电磁环境，设计相应的信号隔离电路和硬件抗干扰电路。经过实验室和工厂验证可知，本文所设计的工业机械手控制系统满足工业需求。

关键词： 社区养老   手持终端   无线射频   实时管理  

摘要： 为了满足社区养老智能化需求的目的,探讨一种新型养老解决方案。以移动手持终端作为基础,配合无线基站与上位机PC平台,不用上门就可动态实时了解老人的状态与需求,并及时将每一位老人的信息上传给社区管理中心,使工作人员可以及时做出反应,并结算费用。