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关键词： 三轴度气浮台   DSP   重心偏移干扰补偿   姿态控制仿真   硬件设计  

摘要： 随着卫星技术的发展，卫星姿态控制成为重要研究领域，与此同时，姿态控制仿真成为验证卫星空间姿态任务的重要研究手段，而基于三轴气浮台的全物理仿真系统，由于其动力学与运动学全部采用实物模拟，在验证系统实际部件运行工况及模拟动力学耦合方面具有明显优势，仿真效果也更加趋于真实，从而得到广泛的应用。 本文首先以三轴气浮台为背景，研究卫星姿态仿真系统性能及技术指标，提出了气浮台控制系统设计总体方案，实现如下功能：台面电源管理，台面重心偏移调整，姿态惯组测量数据采集以及姿态控制执行机构指令传送。 其次，本文详细介绍了气浮台控制系统硬件设计，实现了以TI公司DSP芯片TMS320F2812为核心的控制主板设计。其中，台面电源管理控制电路板包含台上设备电源输出模块及电压监控模块;重心自动调整系统控制主板包含力传感器数据采集模块、三轴速率光纤陀螺信息采集模块，及平衡调整伺服电机驱动模块;姿态控制系统主板包括惯性组合元件的数采模块，姿态控制执行机构指令传输模块，以及控制器与GNC控制计算机的串口通信模块。 再次，本文介绍了嵌入式软件系统的实现过程。在CCS3.3集成开发环境下，编写了台面电源管理相关程序、实现供电错误报警功能。编写了重心调整数采程序、伺服电机控制程序，设计了姿态测量信息采集程序、姿态控制执行器控制程序。详细介绍了各主板采集数据预处理实现方法，主控板与地面监控计算机、主控板与GNC控制计算机的串口数据收发实现方法及其通信协议的设置。介绍了力传感器数采芯片AD7731、姿态控制数据传输串口扩充芯片TL16C752的驱动程序编写。 最后，本文建立了气浮台动力学与运动学模型，详细介绍了轮控与喷气控制的建模过程。并对气浮台重心调整精度进行分析，得出了重心偏移干扰力矩数值，并以三轴常值干扰的形式引入气浮台模型。通过SIMULINK仿真，验证了气浮台经重心偏移干扰补偿，系统姿态控制的动态、稳态性能满足卫星仿真模拟要求，并分析了气浮台不同执行机构的姿态控制特点与优势。

关键词： 管道焊缝   相控阵   缺陷检测   信号处理   FPGA   硬件设计  

摘要： 在新能源不断发展的潮流下,我国也加快了天然气等新型能源的发展,因此对于能源运输管道的安全检测成为了一个研究热点。相控阵超声检测技术作为无损检测新技术的一种,以其独特的优势近年来在工业检测领域得到了广泛应用。通过激发超声换能器产生超声波,并且灵活的改变相控阵探头各阵元的延迟规则,可以使超声波束在不同的深度以及方向进行聚焦,从而可以对被测对象实现区域性的扫查探伤。相控阵技术除了具有通用的其他无损检测方法所具有的优点以外,它还具有可检测对象范围广、可对缺陷成像、检测精确、灵敏度高等一系列优点。由于我国相控阵检测技术的研究起步较晚,进口的相控阵检测设备昂贵,因此实现成熟的、自主研发的相控阵超声检测系统成为目前的一个攻坚难题。本论文在调研了成熟的相控阵检测设备以及研究了国内外的相控阵超声检测技术相关理论及关键技术的基础上,设计了一个可实现对天然气及是由运输管道进行缺陷检测的基于控制的通道相控阵超声检测系统。本文在分析相控阵技术的研究背景的基础上介绍了目前该技术的发展现状,简单概述了相控阵检测技术的基本原理以及相控延迟等关键技术。总结了相控阵检测技术在无损检测领域所具有的优势以及存在的局限性。本文详细描述了新型的通道相控阵超声发射极回波信号采集硬件系统,介绍了从整体的硬件方案设计到各功能模块的电路设计。主要包括脉冲激励信号发射电路、超声回波的隔离接受以及通道选择模块、信号放大以及模数转换模块、基于的控制模块以及外围的双存储模块、电源管理系统等。完成了硬件电路系统的实现,介绍了在绘制板过程中需要注意的问题,总结了绘制高速电路板所需要遵循的基本的布局布线规则和约束。本文对课题中所设计的相控阵超声发射和采集硬件系统进行了功能验证,完成了实际的试块检测试验。试验表明该系统对试块中的缺陷检出率高,系统稳定性好、效率高,基本满足工业无损检测的要求。

关键词： 开关磁阻电机   角度位置控制   直接转矩分配   终端滑模   硬件设计  

摘要： 随着环境污染和能源危机等问题的加剧，电动汽车将成为未来汽车工业发展的必然方向，其中四轮独立驱动电动汽车具有结构布置紧凑、传递效率高和响应速度快等优点，被视为电动汽车的最终驱动形式。开关磁阻电机具有结构简单可靠、成本低、起动电流小、起动转矩大、调速范围宽和系统效率高等优点，是极具发展潜力的电动汽车用驱动电机。但是，开关磁阻电机存在转矩波动较大的问题，且该转矩波动直接作用于车轮上，使车辆的平顺性和操稳性恶化。因此，高性能开关磁阻电机控制系统的研究与开发具有重要的理论意义和实用价值。本文针对轮毂电机选用的开关磁阻电机存在转矩波动严重的问题，从电机控制的角度出发，研究降低转矩波动的控制方法，并设计电机控制系统的硬件电路。论文的主要研究内容如下： ①根据电动汽车的整车参数和动力性能设计目标，计算开关磁阻电机的设计参数，建立电机的基本方程式和非线性模型，为开关磁阻电机控制方法的研究奠定了基础。 ②分析和比较开关磁阻电机三种传统控制方法如电流斩波控制、电压斩波控制以及角度位置控制的特点，针对角度位置控制方法，考虑不同的转速和负载情况，以转矩波动最小化为目标，优化开关磁阻电机的开通角和关断角，仿真验证角度位置控制方法的有效性。 ③针对开关磁阻电机传统控制方法存在的缺陷，研究了电机的直接转矩分配控制，以降低开关磁阻电机的输出转矩波动。考虑到PID算法在非线性系统控制应用中的局限性，采用终端滑模算法与直接转矩分配相结合，对开关磁阻电机进行了控制。仿真结果表明：该方法不仅改善了电机的转矩波动，而且提高了控制系统的鲁棒性。 ④基于Freescale单片机MC9S12XF512，设计了控制系统的硬件电路，包括最小系统电路、相电流检测电路、相电压检测电路、转子位置检测电路和驱动电路，并进行了硬件测试。结果表明：各模块电路设计合理，整个控制系统硬件能够正常工作，为开关磁阻电机控制系统的设计和性能调试奠定了基础。

关键词： 软件无线电   信号检测   模数转换   硬件设计   FPGA  

摘要： 新型无线电通信业务不断涌现,频谱资源供需矛盾日益突出,电磁环境更加复杂多变,频谱资源的监测和管理早已上升到国家安全和战略高度。为了加强频谱资源的监督管理,急需能够对频谱使用情况进行实时监测和分析的通用无线信号检测分析系统(频谱检测系统)。 本论文从频谱检测系统的特点以及软件无线电的设计思想出发,确定了频谱检测系统模块化的软硬件设计思路,明确了中频采样板在频谱检测系统中的作用和主要设计难点,为后续设计提供方向。 接着,简要分析中频采样板的需求,结合以往设计方案中的存在不足,提出采样板的设计架构,完成核心数字处理器件的选型和关键接口协议的选择,提出采样板总体设计方案,搭建设计框架。 然后,针对模数转换所需的高性能指标,定量推导出分辨率、时钟抖动和信噪比三者之间的关系,分析减少时间抖动的主要措施,设计出高质量时钟的发生电路。估算实际时钟抖动,计算模数转换器分辨率,完成转换器选型。进而设计出外围的模拟接入电路和阻抗匹配电路。通过实际单板测试,验证模数转换器性能。 最后,结合模数转换部分电路,围绕核心数字信号处理器和核心控制器,完成采样板电路设计。针对FPGA配置程序不能灵活升级的问题,提出了远程配置方案。针对模数混合板卡中模拟信号和数字信号间电磁干扰的问题,仿真对比完全分割和部分分割回流地平面两种处理方式,提出部分分割回流平面并合理叠层的设计方案。完成中频采样板在频谱检测系统中的性能测试,验证满足设计需求。

关键词： 10G EPON   40G相干PON   ONU   PCB   硬件设计  

摘要： 10G EPON已成为业界公认的目前光接入网提速的主流解决方案之一,要深入的研究10G EPON系统实际应用所面临的各类问题,如深度业务识别、QoS保证等需要基于一个灵活的、可编程设计实现以验证新机制新功能的10GEPON系统平台,而目前商用10GEPON ASIC芯片功能固化,难以满足创新研究的特殊要求,所以设计一款基于FPGA、拥有自主知识产权的10GEPON系统很有必要。此外,随着未来各种网络业务的发展,对接入网络带宽需求势必急剧增加,覆盖范围也将进一步扩大,为满足这些新需求,将单波长速率从10Gbps提升到4OGbps.传输距离扩展到40km的下一代PON系统成为光接入网发展演进的必然趋势之一。本文围绕实现基于FPGA的10G EPON系统平台和满足下一代PON大容量、长距离、广覆盖的目标要求,进行了两款PON系统ONU设备的设计开发,具体开展的工作总结如下： (1)10G EPON ONU电路方案设计、实现 ①参与完成10G EPON ONU总体设计方案：根据需求分析,确立了符合IEEE802.3av国际标准,支持10G上联接口、FE/GE用户接口等技术指标,并进行模块设计。 ②完成电路原理图设计,主要包括PON侧10G接口、FPGA、 SGMII到GMII的接口转换、嵌入式系统等模块电路设计。 ③完成10G EPON ONU单板功能调试及系统联合测试,主要包括PON侧XSBI/SFP+、用户侧FE/GE接口、SGMII to GMII转换等调试及与商用OLT互通、系统联合测试,测试结果表明10G EPON ONU方案符合设计要求。(2)40Gbps TDM-PON ONU电路方案设计、实现 ①参与完成以下行40Gbps,上行10Gbps、分支比1：32,最长传输距离和最大距离差40km为核心目标的TDM-PON ONU总体方案及内部帧过滤复用、40G解帧、相干接收、控制等功能模块设计。 ②完成电路原理图设计,主要包括用户侧10G接口、PON侧40G光模块、FP(GA、时钟、高速XAUI、SFI-5、XFI等的设计。 ③参与电路PCB设计,制定PCB叠层结构、高速接口布线等要求。最终实现的40bps TDM-PON ONU主板多达18层,近24000pins,子板10层,约3000pins。 ④完成单板功能模块的调试,主要包括用户侧接口调试、PON侧接口调试、上行链路及下行链路调试等,调试结果验证了方案设计的合理性和可行性。

关键词： 软件无线电   硬件设计   模数转换   FPGA   数模转换  

摘要： 现代软件无线电技术是将一定频段的无线电信号接收下来并转换为数字序列，利用数字技术对信号进行多样化处理，从而实现各种各样的功能。软件无线电因其强大的功能和灵活的信号处理算法，在各种无线通信领域得到广泛应用，尤其是在智能天线领域和卫星导航抗干扰领域，因此对软件无线电技术的研究是很有意义的。 本文根据实际工程需要，在对软件无线电理论进行深入研究的基础上，设计实现一款高速信号处理硬件平台，调试成功并实现部分功能。具体工作如下： 首先，介绍软件无线电的发展历史，分析软件无线电技术与传统通信技术的优势，然后简单介绍软件无线电技术的发展现状及其发展趋势。 其次，介绍三种软件无线电的硬件结构，并分析每一种结构实现的难易程度。然后详细介绍了软件无线电相关理论，如采样原理，包括低通采样、带通采样和过采样，数字下变频、数据抽取与内插、数字滤波器等基本理论，对每一个理论从时域和频域角度进行简单的数学分析。 然后，详细叙述该硬件平台设计的每一个环节，从平台的整体结构设计到每一个模块芯片的选型、各个模块的硬件设计、PCB设计以及后续的硬件调试过程。每一个模块都详细介绍了所选择芯片的性能，硬件设计中的时钟问题，电源问题以及接口设计等。 最后，详细介绍了在硬件平台上实现若干功能的过程和方法，并展示测试结果，如利用锁相环产生需要频率的时钟、产生数字本振、数字上下变频、数据采集等，平台的性能也比较满意。

关键词： 精密测温仪   硬件设计   分度试验   不确定度分析  

摘要： 温度是日常生活和生产活动中的重要参数，快速准确的获得温度信息具有重要的意义。尤其工业现场常用温度段-60℃～300℃范围内，还沿用传统的标准水银温度计作为精密测量和量值传递的标准。标准水银温度计由于自身材料性质等影响，无法实现测量数据的实时采集和传递，不能满足现状测温智能化的要求;且测量中操作不当容易造成水银遗洒，对人身健康及环境存在潜在危害和污染，禁止和限用水银已成为世界范围内的共识和不可扭转的发展趋势。因此有必要研制开发出一种精密测温仪实现智能化、高精密、高稳定性的测温系统，用来替代标准水银温度计。本课题正是基于此展开的研制，主要内容如下： 一是从硬件和软件两方面对显示仪表进行设计，设计过程中各部分采用模块化设计。本文对硬件部分的单片机系统、双通道A/D、精密恒流源等主要模块进行了简介，并对设计中的恒流换向电路、基于比例法的测温电路等关键技术进行了详细介绍，尤其是自制的精密铂电阻传感器，从筛选焊接封装到预处理的过程都进行了说明。在软件设计部分，在主程序下分成若干个彼此独立的编程调试的功能程序模块，本文给出了精密测温仪的软件流程图。 二是对制作的精密铂电阻温度计进行分度试验。首先采用ITS-90国际温标的固定点法分度精密铂电阻温度计，并对该方法进行了实验研究;然后基于CVD方程法，采用标准铂电阻对比分度的方法对精密铂电阻进行分度，并进行实验研究;根据实验结果，确定采用基于CVD方程法分度精密铂电阻温度计的分度方法。 三是对研制的高精度测温仪进行稳定性实验和示值误差实验，并和标准水银温度计进行比较;对研制的高精度测温仪和标准水银温度计进行不确定度分析，并将两者的不确定度进行比较;从实验和不确定度两方面说明高精度测温仪数据优于标准水银温度计，可进行精密测温。

关键词： 火箭炮   转塔伺服系统   自适应控制   模糊控制   滑模控制   硬件设计  

摘要： 现代战争发展,对火箭炮发射系统性能提出了更加严格的要求,需要提高控制系统鲁棒性,从而提高发射精度。本文结合某型转塔样机的研制任务,研究高性能的火箭炮交流位置伺服系统,设计了转塔系统的总体方案、控制策略、硬件电路、软件程序,有效地提高了火箭炮的射击精度,具有一定的参考价值。 针对火箭炮武器系统实际运行过程中存在不确定干扰和噪声,而微分运算对噪声极为敏感,容易放大噪声,激发系统的未建模特性,严重影响控制器精度,所以不宜直接对参考信号进行微分操作,故设计了一种高增益观测器来估计信号的导数信息。针对实际系统运行过程中存在的负载变化、冲击干扰等各种不确定因素,将传统的自适应控制和滑模控制结合起来并加上模糊控制,构造出了一种新型的自适应模糊滑模位置控制器(AFSMC)。仿真结果表明,该控制器能够有效抑制抖振,克服参数摄动及负载扰动的不良影响,减小系统跟踪误差,提高跟踪性能。 完成了基于DSP的转塔控制系统的软硬件设计。位置控制器通过串口接收目标参考信号,同时接收旋转变压器反馈的当前位置信息,经过解算后通过DA和放大电路输出至伺服驱动器驱动电机,实现对目标的精确跟踪。 通过实验结果分析,证实了系统软硬件设计的可靠性,同时也证明了理论分析和仿真研究的正确性的有效性,为系统的进一步研究和应用提供依据。

关键词： 触发存储   硬件设计   视频采集   SD卡存储  

摘要： 通过视觉获得的信息往往比其它手段获取的信息更多,所以视频技术在信息社会中越来越占据更重要的地位。但是视频数据是海量数据,需要提供大量的存储空间支持,而存储的数据中大量的属于无用信息。基于事件触发的视频采集存储系统具有占用存储空间小,数据中有效信息大的特点,而且系统体积小,功耗小,可以满足一些特殊的监控需求。 论文设计完成了一套基于事件触发的视频采集存储系统。选用STM32作为CPU,采用光电信号作为视频采集的触发信号,设计了系统的软、硬件,焊接电路板、调试电路,完成全部系统。 论文的主要工作： 1.设计系统总体构架。选择新型嵌入式芯片STM32F207VGT6作为CPU,按模块化结构设计系统硬件电路,完成PCB制作。 2.设计采用SCCB,总线协议实现视频采集数据的传输,用FSMC静态存储技术实现液晶屏的视频实时显示。 3.完成光电触发模块的设计与测试。 4.采用SD卡存储视频数据,通过FatFS文件系统将图像信息以BMP格式存储。 5.完成系统硬件与软件测试和调试。 测试实验结果证明系统达到了预期的设计目的。

关键词： 智能配电   MODBUS总线技术   硬件设计  

摘要： 阐述了智能配电系统的结构设计及配电模块的组网实现，分析了MODBUS总线技术在智能配电系统中的作用，给出了基于MODBUS协议的分布式控制系统组网架构图，以某电厂为例，介绍了本次设计实现的智能配电柜强大的监测、监控和管理功能，说明了此设计方案的先进性，以及市场推广的前景。