本課題提出了一套采用直流斬波技術(shù)的永磁無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機(jī)三相繞組端電壓的大小關(guān)系得出控制逆變橋開關(guān)管導(dǎo)通的信號。結(jié)合電機(jī)預(yù)定位起動原理，設(shè)計出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機(jī)起動的困難，確保電機(jī)的順利起動，并在實(shí)驗結(jié)果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電子換相，無疑大大降低了控制系統(tǒng)的成本，具有一定的實(shí)用價值。另一方面采用直流斬波技術(shù)的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，從而大大減小了電流的脈動。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機(jī)，還適用于三相三線制的電機(jī),從而擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；然后分別著重介紹了兩個部分的設(shè)計工作：無刷直流電機(jī)的驅(qū)動控制和采用直流斬波技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)；最后給出了相關(guān)的實(shí)驗結(jié)果和結(jié)論。 根據(jù)上述設(shè)計方案設(shè)計的無位置傳感器永磁無刷直流電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑起動、無振動和失步現(xiàn)象，具有良好的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流
上傳時間： 2013-04-24
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由于能源危機(jī)和環(huán)境污染，世界各國均在投巨資發(fā)展電動汽車。燃料電池電動汽車成為電動汽車發(fā)展的“熱點(diǎn)”。大功率DC/DC變換器能夠改善燃料電池的輸出特性，是燃料電池轎車動力系統(tǒng)中關(guān)鍵的零部件。然而它作為一種BUCK形式的開關(guān)電源，主電路是很強(qiáng)的電磁干擾源，產(chǎn)生的干擾可能通過電源線進(jìn)入到控制電路板，同時控制電路部分也要用小功率的開關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)壓，因此也可能產(chǎn)生開關(guān)噪聲經(jīng)電源線向外傳輸。因此就必須在控制電路輸入端設(shè)計電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)濾波器進(jìn)行傳導(dǎo)干擾的抑制。 本論文首先討論了DC/DC變換器的工作原理，分析了變換器產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾從而影響控制電路正常工作的原因。 其次全面、系統(tǒng)地闡述了EMI濾波器的相關(guān)理論，包括阻抗失配原則、人工電源網(wǎng)絡(luò)、濾波網(wǎng)絡(luò)、插入損耗等重要概念。接著研究了濾波元件的選取原則，并針對關(guān)鍵點(diǎn)之一—高頻性能展開了分析，借助仿真觀察了元件寄生參數(shù)的影響，提出了改善濾波器高頻性能的部分方法。 隨后介紹了濾波器的設(shè)計方法，除了介紹通用的設(shè)計方法外，著重分析了濾波器設(shè)計中的另一個關(guān)鍵點(diǎn)—噪聲源阻抗的影響、測量及估算，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地形成了基于源阻抗的設(shè)計方法，同時也考慮了濾波器與開關(guān)電源連接時可能出現(xiàn)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性問題，通過仿真分析提出解決方案。 然后闡述了EMI濾波器在工程應(yīng)用中的各種注意事項。 最后結(jié)合DC/DC變換器控制電路的實(shí)際干擾情況，設(shè)計了EMI濾波器，使控制電路電源輸入端的傳導(dǎo)干擾基本下降到相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)(CISPR25)的三級限值以下。
標(biāo)簽： EMI 開關(guān)電源 濾波器設(shè)計
上傳時間： 2013-06-15
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傳統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行的三相混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況，通過對理想化三相混合式步進(jìn)電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的分析，把三相混合式步進(jìn)電動機(jī)視為一種低速同步電動機(jī)。同時，結(jié)合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅(qū)動的工作原理，設(shè)計了基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電動機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)。 首先，本文從三相混合式步進(jìn)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，對步進(jìn)電動機(jī)的細(xì)分驅(qū)動方式進(jìn)行了研究，分析了步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)的工作機(jī)理。然后分析了步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性及細(xì)分控制的必要性，進(jìn)而分析了細(xì)分驅(qū)動對改善步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行性能的作用，并針對細(xì)分運(yùn)行的一些不足之處，提出了均勻細(xì)分恒轉(zhuǎn)矩控制的方案。理論分析表明，在混合式步進(jìn)電動機(jī)的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時，可得到類似同步機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，使電動機(jī)均勻旋轉(zhuǎn)。 本系統(tǒng)硬件電路以TMS320F2812為核心，采用正弦波細(xì)分和電流跟蹤型脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電動機(jī)的細(xì)分控制，使三相定子繞組電流嚴(yán)格跟蹤電流給定信號變化。應(yīng)用IR公司的IR2130集成驅(qū)動芯片進(jìn)行了步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)的設(shè)計，節(jié)省了板上空間，減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發(fā)，設(shè)計了一套安全可靠的硬件保護(hù)電路。 實(shí)驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的三相混合式步進(jìn)電動機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動器具有優(yōu)良的控制性能。細(xì)分運(yùn)行時減弱了混合式步進(jìn)電動機(jī)的低速振動和噪聲，使電動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，并改善了其低頻運(yùn)行性能。
標(biāo)簽： DSP 三相混合式 步進(jìn)電動機(jī)
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的小型化、高頻化成為趨勢，其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重，因此開關(guān)電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前，軟開關(guān)技術(shù)因其能減少開關(guān)損耗和提高效率，在開關(guān)電源中應(yīng)用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關(guān)電源中的電磁干擾進(jìn)行分析，研究軟開關(guān)技術(shù)對電磁干擾的影響，并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)，論述了開關(guān)電源中EMI的研究現(xiàn)狀。從電磁干擾的三要素出發(fā)，介紹了開關(guān)電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性，并介紹了線性阻抗穩(wěn)定系統(tǒng)(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關(guān)基本概念的基礎(chǔ)上，本文以全橋變換器為對象，介紹了移相全橋ZVS的工作原理，分析了它在實(shí)現(xiàn)過程中對共模干擾的影響，并在考慮IGBT寄生電容的情況下，對其共模干擾通道進(jìn)行了分析。然后以UC3875為核心，設(shè)計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路，實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)。為了對共模干擾進(jìn)行抑制，本文提出了一種新型的有源和無源相結(jié)合的EMI濾波器，即無源部分采用匹配網(wǎng)絡(luò)法，將阻抗失配的影響降到最低；有源部分采用前饋控制，對共模電流進(jìn)行補(bǔ)償。 針對以上提出的問題，本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進(jìn)行了仿真，并和硬開關(guān)條件下的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行了比較，得出了在高頻段，ZVS的共模干擾小于硬開關(guān)，在較低頻段改善不大，甚至更加嚴(yán)重，而差模干擾有較大衰減的結(jié)論。通過對混合濾波器進(jìn)行仿真，取得了良好的濾波效果，和傳統(tǒng)的無源EMI濾波器相比，在體積和重量上都有一定優(yōu)勢。
標(biāo)簽： EMI 開關(guān)電源 模
上傳時間： 2013-05-28
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電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是目前電力電子領(lǐng)域的重要研究方向。研究基于電力電子網(wǎng)絡(luò)的變流系統(tǒng)，對復(fù)雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進(jìn)行分析，提出實(shí)時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網(wǎng)絡(luò)的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實(shí)時軟件構(gòu)建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和軟件方案標(biāo)準(zhǔn)化提供參考和理論依據(jù)，為應(yīng)用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復(fù)雜中大功率變流系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用對象。首先，論文以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應(yīng)用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結(jié)構(gòu)上的對偶關(guān)系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎(chǔ)上，研究了變流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構(gòu)的初步構(gòu)想，總結(jié)出適合復(fù)雜電力電子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)化理論。 接著，論文對電力電子網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網(wǎng)絡(luò)和目前用于電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，從結(jié)構(gòu)、速率和協(xié)議等各個方面將兩類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的定義，分析并總結(jié)復(fù)雜電力電子實(shí)時系統(tǒng)所需網(wǎng)絡(luò)必需具備的條件。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景，綜合控制結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)需求，提出了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實(shí)時控制，論文對分布式控制結(jié)構(gòu)的通信需求進(jìn)行了研究。以網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時因素進(jìn)行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結(jié)了系統(tǒng)的控制功能和控制內(nèi)容，對系統(tǒng)不同層次的控制任務(wù)進(jìn)行了響應(yīng)時間需求分析和網(wǎng)絡(luò)的分層配置；通過對仿真結(jié)果的分析，研究了應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)模塊控制信息延時對不同應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響和對開關(guān)頻率的限制。根據(jù)變流系統(tǒng)對控制延時的接受程度，將電力電子復(fù)雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時系統(tǒng)；2）定延時系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的通道容量和應(yīng)用系統(tǒng)開關(guān)周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的硬件組成和同步方案進(jìn)行了研究，提出新的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)級集成方案。根據(jù)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的控制任務(wù)需求，分別從功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度對開放式網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成進(jìn)行研究；根據(jù)控制系統(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)點(diǎn)的通用性設(shè)計進(jìn)行重點(diǎn)討論。針對網(wǎng)絡(luò)的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同步補(bǔ)償方案；此外，論文提出基于實(shí)時高速電力電子系統(tǒng)同絡(luò)（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實(shí)時控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的硬件配置。根據(jù)應(yīng)用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對實(shí)時網(wǎng)絡(luò)的管理進(jìn)行了討論，研究了信息幀管理和相應(yīng)的硬件設(shè)置，并對各種工作模式下所需的通信時間進(jìn)行了計算和比較?；趯?shí)時網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構(gòu)以PEBB為基礎(chǔ)的變流系統(tǒng)的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進(jìn)行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進(jìn)行解耦，使得軟件設(shè)計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序?qū)崟r構(gòu)件的內(nèi)聚性；對軟件模塊化的通用性進(jìn)行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標(biāo)，對構(gòu)件進(jìn)行分類；分析子程序?qū)崟r構(gòu)件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點(diǎn)。論文對電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構(gòu)和集成進(jìn)行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗研究和分析。論文對提出的實(shí)時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net）進(jìn)行了通信實(shí)驗，將新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵ψ兞飨到y(tǒng)的延時影響與舊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延時影響進(jìn)行比較，總結(jié)新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在控制實(shí)時性、提高開關(guān)頻率、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢。論文針對RT-PES-Net進(jìn)行應(yīng)用研究，驗證該網(wǎng)絡(luò)可解決網(wǎng)絡(luò)通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實(shí)時構(gòu)件和棧操作的模塊化軟件方案進(jìn)行實(shí)驗驗證，為標(biāo)準(zhǔn)化軟件庫的建立和系統(tǒng)級集成提供參考方案。 網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)研究是復(fù)雜電力電子系統(tǒng)級集成研究的關(guān)鍵。本課題針對復(fù)雜變流系統(tǒng)提出了實(shí)時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net），并以該網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)對分布式控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的網(wǎng)絡(luò)參考體系，并以此結(jié)構(gòu)來快速構(gòu)建終端復(fù)雜變流系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)組構(gòu)提供參考方案，有助于解決電力電子標(biāo)準(zhǔn)化推廣所面臨的難題。論文為應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用和動態(tài)重構(gòu)提供了研究基礎(chǔ)，從而為最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變流器的應(yīng)用系統(tǒng)級集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據(jù)。同時，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標(biāo)準(zhǔn)化研究的一個新方向。
標(biāo)簽： 電力電子 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-15
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超聲波電源廣泛應(yīng)用于超聲波加工、診斷、清洗等領(lǐng)域，其負(fù)載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負(fù)載，因此換能器與發(fā)生器之間需要進(jìn)行阻抗匹配才能工作在最佳狀態(tài)。串聯(lián)匹配能夠有效濾除開關(guān)型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應(yīng)用較為廣泛。但是環(huán)境溫度或元件老化等原因會導(dǎo)致?lián)Q能器的諧振頻率發(fā)生漂移，使諧振系統(tǒng)失諧。傳統(tǒng)的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統(tǒng)整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內(nèi)部動態(tài)支路工作在非諧振狀態(tài)，導(dǎo)致?lián)Q能器功率損耗和發(fā)熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點(diǎn)調(diào)節(jié)逆變器開關(guān)頻率的同時應(yīng)改變匹配電感才能使諧振系統(tǒng)工作在最高效能狀態(tài)。針對按固定諧振點(diǎn)匹配超聲波換能器電感參數(shù)存在的缺點(diǎn)，本文應(yīng)用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，證實(shí)了匹配電感隨諧振頻率變化的規(guī)律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關(guān)系動態(tài)選擇換能器匹配電感的方法。經(jīng)過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調(diào)節(jié)電抗值。并給出了實(shí)現(xiàn)這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設(shè)計出實(shí)現(xiàn)這一原理的超聲波逆變電源。實(shí)驗結(jié)果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實(shí)現(xiàn)電抗值隨電抗控制度線性無級可調(diào)，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復(fù)合控制策略，穩(wěn)態(tài)時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態(tài)時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結(jié)合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實(shí)現(xiàn)功率連續(xù)可調(diào)。該超聲波換能系統(tǒng)能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發(fā)生漂移系統(tǒng)仍能保持工作在最佳狀態(tài)，具有實(shí)際應(yīng)用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需求的日益增長，對通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和容量的要求也越來越大。現(xiàn)代通信系統(tǒng)為了追求更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，更趨向于采用非恒定包絡(luò)的調(diào)制方式，而非恒定包絡(luò)調(diào)制方式對功率放大器的非線性非常敏感，加上現(xiàn)代通信系統(tǒng)對功率放大器的效率提出了更高的要求，以及功率放大器本身有限的線性度，這就使功率放大器線性化技術(shù)成為無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文對功率放大器的線性化技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先，介紹功率放大器的非線性特性、記憶效應(yīng)產(chǎn)生原理和常見的各種線性化技術(shù)，重點(diǎn)研究了目前流行的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真技術(shù)原理。其次，介紹了功率放大器的無記憶模型和有記憶模型，以及兩種實(shí)用的預(yù)失真實(shí)現(xiàn)方法--查表法和多項式法，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了基于QRD_RLS自適應(yīng)算法的記憶多項式法預(yù)失真技術(shù)，對該算法進(jìn)行了Matlab仿真分析，為后面的FPGA實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。最后，確定了數(shù)字預(yù)失真實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)，介紹了與QRD_RLS算法實(shí)現(xiàn)相關(guān)的CORDIC技術(shù)、復(fù)數(shù)Givens旋轉(zhuǎn)及Systolic陣等原理，詳細(xì)闡述了基于CORDIC技術(shù)的復(fù)數(shù)QRD_RLS算法的Systolic實(shí)現(xiàn)，從而在FPGA上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字預(yù)失真。 在軟件無線電思想的指導(dǎo)下，本文利用System Generator軟件完成了基于QRD_RLS算法的記憶多項式法的數(shù)字預(yù)失真的FPGA設(shè)計，并且在硬件平臺上檢驗了預(yù)失真效果。
標(biāo)簽： FPGA 射頻功放 數(shù)字預(yù)失真
上傳時間： 2013-04-24
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互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、星基導(dǎo)航是21世紀(jì)信息社會的三大支柱產(chǎn)業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術(shù)水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。目前，我國已經(jīng)成為GPS的使用大國，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(shù)(即如何捕獲衛(wèi)星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產(chǎn)品的核心部分多數(shù)還是靠進(jìn)口。因此，對GPS核心技術(shù)的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機(jī)的基本原理一直接擴(kuò)頻通信和GPS信號的結(jié)構(gòu)與特性。從這些方面出發(fā)研究接收機(jī)基帶處理器的捕獲與跟蹤設(shè)計方案。 設(shè)計過程中，先詳細(xì)分析了滑動相關(guān)的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進(jìn)行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機(jī)，所以本文確定了滑動相關(guān)的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環(huán)路的特點(diǎn)，跟蹤模塊采用碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)耦合的方法實(shí)現(xiàn)。由于GPS系統(tǒng)通常工作在非常低的信噪比環(huán)境中，而非相干環(huán)在低信噪比下環(huán)路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環(huán)采用非相干(DDLL)環(huán)實(shí)現(xiàn)。這種跟蹤環(huán)路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數(shù)據(jù)的調(diào)制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產(chǎn)生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉(zhuǎn)，而COSTAS鎖相環(huán)允許數(shù)據(jù)調(diào)制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉(zhuǎn)不敏感，所以載波跟蹤環(huán)采用COSTAS鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)。上述算法在matlab環(huán)境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發(fā)平臺上利用VHDL硬件描述語言實(shí)現(xiàn)。然后利用EDA仿真工具M(jìn)odelSim-Altera6.1g進(jìn)行了邏輯仿真。本設(shè)計滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實(shí)時GPS接收機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，為自主設(shè)計GPS接收機(jī)奠定了基礎(chǔ)。 最后，由于在弱電磁環(huán)境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設(shè)計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實(shí)現(xiàn)了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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基于∑-△噪聲整形技術(shù)和過采樣技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)可以可靠地把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為高精度的模擬信號。采用這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換具有諸多優(yōu)點(diǎn),例如極低的失配噪聲和高的可靠性,便于作為IP模塊嵌入到其他芯片系統(tǒng)中等,更重要的是可以得到其他DAC結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的精度和動態(tài)范圍。在高精度測量、音頻轉(zhuǎn)換、汽車電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值。 由于非線性和不穩(wěn)定性的存在,高階∑-△調(diào)制器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)存在較大的難度。本設(shè)計綜合大量文獻(xiàn)中的經(jīng)驗原則和方法,首先闡述了∑-△調(diào)制器的一般原理,并討論了一般結(jié)構(gòu)調(diào)制器的設(shè)計過程,然后描述了穩(wěn)定的高階高精度調(diào)制器的設(shè)計流程。根據(jù)市場需求,設(shè)定了整個設(shè)計方案的性能指標(biāo),并據(jù)此設(shè)計了達(dá)到16bit精度和滿量程輸入范圍的三階128倍過采樣調(diào)制器。 本設(shè)計采用∑-△結(jié)構(gòu),根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計了量化器位數(shù)、調(diào)制器過采樣比和階數(shù)。在分析高階單環(huán)路調(diào)制器穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,成功設(shè)計了六位量化三階單環(huán)路調(diào)制器結(jié)構(gòu)。在16比特的輸入信號下,達(dá)到了90dB左右的信噪比。該設(shè)計已經(jīng)在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件實(shí)現(xiàn)和驗證,并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時音頻驗證。測試表明,該DAC模塊輸出信號的信噪比能滿足16比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的分辨率要求,并具備良好的兼容性和通用性。 本設(shè)計可作為IP核廣泛地在其他系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)用,具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和一定的創(chuàng)新性。
上傳時間： 2013-07-10
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普通GPS接收機(jī)在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內(nèi)環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號，導(dǎo)致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，特別是在交通事故、火災(zāi)和地震等極端環(huán)境下，快速準(zhǔn)確定位當(dāng)事者所處位置對于降低事態(tài)損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達(dá)國家也都制定了相應(yīng)的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機(jī)定位的關(guān)鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內(nèi)容是針對GPS微弱信號改進(jìn)處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實(shí)現(xiàn)快速高靈敏度的準(zhǔn)確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數(shù)據(jù)導(dǎo)致的運(yùn)算量激增，運(yùn)用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運(yùn)算量同時縮短捕獲時間。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號的跟蹤能力，實(shí)現(xiàn)微弱信號的連續(xù)可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進(jìn)而使GPS接收機(jī)在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導(dǎo)航。 通過擬合GPS接收機(jī)實(shí)際接收到的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造出不同載噪比的數(shù)字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進(jìn)行仿真比較驗證，結(jié)果表明，對接收機(jī)后端信號處理部分作出的算法改進(jìn)使得GPS接收機(jī)可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行了初步的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行了板級驗證，結(jié)果表明，利用FPGA技術(shù)可以較好的實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結(jié)論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微弱信號環(huán)境下的定位與導(dǎo)航。
標(biāo)簽： FPGA GPS 信號實(shí)時處理
上傳時間： 2013-05-31
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