軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構,被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是:構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺,并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線,從而將各種功能,如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式,綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統中的重要部分,集中體現了軟件無線電最顯著的優點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發展,可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力,成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統的設計,選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象,采用SystemView軟件作為系統級開發工具進行集成化設計。在實現系統仿真和FPGA整體規劃后,著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時,在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核,實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構,因而硬件的調試和升級變得很容易,而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制,充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究,初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性,并對將來的擴展問題進行了研究和討論,為實現完整的軟件無線電系統奠定了基礎。
上傳時間: 2013-06-10
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隨著微電子技術的發展,可編程邏輯器件取得了迅速的發展,其功能日益強大,FPGA內部可用邏輯資源飛速增長,近來推出的FPGA都針對數字信號處理的特點做了特定設計,集成了存儲器、鎖相環(PLL)、硬件乘法器、DSP模塊等,通過使用各個公司提供的FPGA開發軟件使用硬件描述語言,可以實現特定的信號處理算法,如FFT、FIR等算法,為電子設計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統采用FPGA+DSP的結構來完成整個復雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類,FPGA和DSP份協作發揮各自的長處,對于算法實現簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現,DSP則用來處理經過預處理后的圖像數據,來運行算法結構復雜,乘加運算多的算法。整個系統主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個部分。主要取得的了以下的研究成果:(1)研究了FPGA的工作原理及應用,完成了Stratix芯片的選型。設計了數字圖像處理板的電路原理圖和PCB設計圖。并對電路板進行調試,工作正常。(2)完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設計,并調試成功,應用到FPGA的調試下載配置中,取得了良好的實驗與經濟效果。(3)充分利用FPGA的設計開發軟件與工具,完成了中值濾波、形態學濾波和自適應閾值的FPGA實現,并給出了詳細的實現過程。將算法下載到FPGA芯片,經過試驗調試,達到要求。(4)研究了PCI接口通訊的實現方式,選用PCI9054芯片實現通訊,完成PCI接口電路設計,經過調試,實現了中斷、DMA等方式,滿足了數據傳輸的要求。(5)學習了C6701DSP芯片的工作特性以及內部功能結構,完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發生以及電源模塊等外圍電路的設計。
上傳時間: 2013-07-16
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在信息化發展的當前,音視頻等多媒體作為信息的載體,在社會生活的各個領域,起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下,H.264作為新一代的視頻壓縮標準,以其高性能的壓縮效率,成為備受關注的焦點和研究問題。H.264通過運動估計/運動補償(MP/MC)消除視頻時間冗余,對差值圖像進行離散余弦變換(DCT)消除空間冗余,對量化后的系數進行可變長編碼(VLC)消除統計冗余,獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動,H.264以其優秀的壓縮性能,無論是無線信道傳輸方面,還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。 但H.264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加,實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格,已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現,而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限,存儲容量相對較小,總線速率相對偏低,因此必須對標準對應算法進行優化移植,才能滿足實際應用的需求。 本文在對H.264標準及其新特性進行詳細介紹后,重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進,然后將算法移植到ARM平臺,并針對平臺特點作出相應優化,最后完成解碼圖象顯示,并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下: 詳細分析了H.264的參考軟件JM中解碼流程,并利用測試工具分析了各模塊耗時,針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊,提出了對應的改進算法并在H.264的參考軟件JM86上進行了實現,PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺,在對程序結構和對應代碼進行優化之后,將其移植到WINCE系統之下,同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法,并對最終測試結果與性能做出了評價。
上傳時間: 2013-06-04
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隨著電子技術的不斷發展,各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大,人機交互不友好,不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展,以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大,相比較單片機而言,它的主頻高、運算速度快,可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小,適合于功耗要求比較苛刻的地方,這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時,由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源,這樣就簡化了外設電路及芯片的使用,降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外,ARM芯片可以方便的移植操作系統,為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理,甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外,還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯,兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶;小型化除了要求采用微功耗的器件,還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少,但小型化的同時必須保持系統的智能化,即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中,幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現,如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集,在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效,可修改性強,支持多種體系結構的處理器等,使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛,從x86、MIPS、POWERPC到ARM,以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內,ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場,ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域,例如:工業控制,無線通訊,網絡,消費類電子,成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines,先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統,以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路,中央處理器模塊,顯示模塊,用戶交互模塊,存儲模塊,網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410,并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構,這樣增加了系統可靠性,提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心,A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器),在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒),滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求,并且控制簡單,簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card,安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點,所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包,為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分,并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分,這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸,系統設計中采用XML(Extensible Markup Language,可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據,通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程,來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間: 2013-04-24
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視頻監控系統是一個集計算機的交互性、多媒體信息的綜合性、通信的分布性和監控的實時性等技術于一體的綜合系統。隨著網絡帶寬,計算機處理能力和存儲容量的快速提高,以及各種實用視頻處理技術的出現,視頻監控進入了全數字化的網絡時代。視頻監控系統的核心功能主要包括兩大部分,一是視頻圖像采集和壓縮處理,一是圖像數據的傳輸。系統的主要硬件模塊分為監控終端和監控控制終端兩個部分。 本文設計并實現了一種基于ARM和嵌入式Linux的視頻監控系統,該系統主要實現了視頻圖像的采集壓縮和圖像數據流基于RTP協議的傳輸。本系統的核心硬件平臺采用韓國SamSung公司的S3C2410微處理器,ARM端作為視頻監控終端,PC機作為監控控制終端。ARM端主要承載了圖像采集、編碼和對圖像數據進行RTP打包并傳輸的功能,PC端主要承載的功能是圖像數據的接收、顯示和對監控終端的控制、訪問。 在視頻圖像采集和壓縮處理部分,利用Video for Linux提供的接口函數,實現了利用攝像頭采集圖像的過程,并設計實現了V4L視頻采集及壓縮模塊,設計了系統JEPG圖像采集和壓縮模塊和MPEG-4圖像采集和壓縮模塊的具體編程流程和實現過程,并實現了基于這兩種編碼方式的視頻壓縮。用Visual C++實現了用戶控制終端,可對應JPEG和MPEG-4兩種編碼方式進行解碼并顯示。 在圖像數據的傳輸部分,系統采用了RTP協議作為視頻數據流傳輸協議,并實現了視頻數據在局域網內的實時性傳輸。移植了現在比較常用的JRTPLIB源碼庫,為RTP的實現提供了可調用的庫函數,按照MPEG-4數據流的RTP封裝格式和流程,設計實現了RTP編程。 最后對系統的功能和性能進行了測試。測試結果顯示MPEG-4在保證與JPEG相當的圖像質量時,大大減少了傳輸的數據量。同時,使用RTP協議進行傳輸,保證了系統的實時性,也保證了圖像的傳輸質量。
上傳時間: 2013-07-12
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在現代工業測控領域,人們對數據采集的要求越來越高;不僅要求高速、高精度還要求采集設備便攜化、網絡化和智能化,此外還需要友好的人機界面。傳統的8/16位單片機因資源極度受限,難以滿足上述要求;而PCI或ISA數據采集卡,則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。32位嵌入式微處理器的出現很好地解決了上述矛盾,本文的研究正是基于ARM的嵌入式數據采集系統的設計。 本文以齒輪箱或機械轉軸的振動信號為采集對象設計了基于ARM處理器和嵌入式Linux的數據采集系統。該系統硬件平臺以S3C2410主控板和自行研制的振動信號調理板為核心,在此基礎上擴展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及單總線通信接口,適應多種條件下的數據傳輸。同時系統提供了LCD顯示和觸摸屏輸入模塊,具備良好的人機交互功能。軟件方面,搭建Linux交叉開發環境,實現了基于Linux操作系統的Bootloader的移植。最后,根據課題需要,完成了A/D采樣和單總線驅動程序的設計。 本嵌入式數據采集系統存儲容量大,硬件接口豐富,軟件資源配置靈活,設計方案具有很好的通用性和可擴展性。
上傳時間: 2013-05-28
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目前,許多高校在機房管理上使用了IC 卡,其中少數機房是使用接觸式IC卡,眾所周知,接觸式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干擾性和工作距離方面不及非接觸式IC 卡,因此很多接觸式IC 卡基本已被非接觸式IC 卡取代。 經過調研發現,使用IC 卡的機房管理系統的基本工作方式是每個機房中配置了1個IC 卡讀寫終端和1 臺監控機。IC 卡讀卡終端只是一個普通的讀卡器,只負責讀取卡內信息,并通過串口等通信方式將IC 卡信息傳輸給監控機,讀卡終端本身沒有信息存儲功能,實際的計費管理完全是通過監控計算機控制,監控計算機向中心服務器端定時或實時傳輸刷卡信息。由于整個系統要占用一臺微機,而且中間的信息傳遞、計費環節都要由它來完成,不僅浪費資源,而且也增加了安全隱患。在這種工作模式下,會出現一些問題和漏洞: 1) 可靠性不高由于讀卡設備與監控計算機之間的信息傳輸只是暫時保存在監控計算機中,如果監控計算機遭到病毒襲擊或者出現硬件故障,將出現無法挽回的后果。而且由于學生信息都保存在監控計算機中,因此存在著人為偽造、篡改和徇私舞弊行為的極大可能。 2) IC卡的特點未完全體現IC卡除了能標識身份外,還有電子錢包功能,能對其進行充值和扣款,但是上述方法基本上IC卡只用做標識身份,實際的每次扣款,都是由監控計算機和中心服務器來完成,基本與讀卡設備無關。 3) 不方便學生上機和收費管理學生每次上機刷卡,都要由監控計算機連接中心服務器端,由中心服務器端讀出學生信息,進行核對,而且對學生的扣款需要額外的計算機軟件來進行計時和計費處理,顯得比較繁瑣。 鑒于以上問題,為提高機房管理效率,降低工作強度,并及時處理機房發生的故障,采用機房計費管理系統勢在必行。如果能在讀卡終端設備中完成計費的大部分功能,并且增加存儲功能,這樣就可以減少監控計算機的負擔,甚至讀卡終端設備可以直接與中心服務器通信,不僅能增加系統的可靠性和安全性而且還充分利用了IC 卡的功能,還降低了財務統計和計算帶來的麻煩。 目前已經應用于機房管理的解決方案主要有3種方式,即:軟硬件結合控制方式、帳號方式和門禁方式。鑒于設計要求,并且考慮到安全、可靠、簡單等因素,如果在軟硬件結合控制方式中,把更多的任務交由讀卡終端,比如由讀卡終端來存儲數據、計費管理,同時如果讀卡終端能實現TCP/IP 通信,那么監控計算機的任務就大大降低,甚至可以由讀卡終端直接與中心服務器通信。就減少了一些不必要的麻煩和安全風險。本論文的設計就是基于這一點來進行的。 本系統要求數據傳輸穩定可靠,實時性要好,另外考慮到性價比等因素,綜合考慮選擇將μC/OS-II 操作系統移植到ARM7 上作為開發平臺。在此平臺基礎上,考慮到TCP/IP協議棧的實現與要采用的硬件的性能以及實現的成本有關。從解決這一技術問題出發,結合本論文研究的應用對象,決定使用嵌入式操作系統,此種方案可以描述為嵌入式TCP/IP協議棧+嵌入式操作系統+微控制器。 本文介紹了一種基于ARM7的IC 卡機房管理終端的設計方案。該系統在ARM7的基礎上實現了μC/OS-Ⅱ操作系統的移植和TCP/IP協議棧的嵌入,能夠正確讀寫IC 卡信息,增加了SD 卡存儲功能,完成計費操作,實現液晶顯示功能,能夠通過以太網或串口直接與服務器通信。 本文詳細介紹了整個機房管理系統終端的硬軟件設計,給出了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ在ARM7 處理器上的詳細移植過程,介紹了一種TCP/IP協議棧和基于套接字的編程方法,同時也提供了一種多卡操作的防沖突機制。 同目前大多數機房管理系統相比,該系統有如下特點: 1) 由于使用了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ,提高了系統的實時性和反應時間,任務管理和調度更加方便有效。 2) 由讀卡終端來進行計費操作,降低了服務器端的工作壓力,同時降低了安全風險。 3) 增加了數據存儲功能,提高了系統的可靠性,有利于數據的查詢和故障的恢復。 4) 增加了對無效卡、注銷卡和欠費卡的判斷與處理,對惡意操作或者有意或者無意的逃費操作采取了積極有效的措施。 5) 以太網通信克服了以往串口通信的傳輸距離短、傳輸速率慢等缺點,使得通信更加方便、高效,并且可以進行遠距離傳輸和控制。
上傳時間: 2013-07-09
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顯示技術被定義為新世紀世界朝陽產業之一。幾十年來,LED顯示技術成為一項使用最廣泛和最普及的技術,由于其極高的性價比、高亮度、主動發光等特性,使得LED構成的大屏幕已經被廣泛的應用于車站、碼頭、廣場等各種場合以及各企事業單位,成為各單位、部門很好的信息發布與交流工具。傳統的顯示技術以簡單的8位或者16位單片微控制器為核心,其運算速度、內存容量、存儲空間和通訊方式等方面存在著很大的局限性,很難實現高難度圖文動態特技顯示和高灰度級顯示,并且無法滿足信息容量大和處理速度很高的場所。 本文在分析LED顯示控制原理、灰度級實現以及彩色顯示實現原理的基礎上,制定了ARM+FPGA的LED點陣顯示控制方案,采用三星公司S3C2410芯片上的LCD顯示接口,設計了顯示數據重組、非線性占空比γ反校正等邏輯,結合FPGA技術實現了高性能的LED點陣顯示控制;同時研究了嵌入式Linux操作系統,在實驗基礎上詳細論述基于Linux操作系統的幀緩存設備模塊加載模式下的控制技術,并開發基于ARM平臺的LED顯示屏播放以及管理應用程序。 本文的創新之處在于提出并系統研究了改善LED顯示效果的數據重組技術以及非線性占空比下的γ反校正技術,并通過軟硬件調試系統達到預期顯示效果。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著現代電力系統向大容量、高電壓方向發展,廣泛用于大型發電機組測量和保護用的大電流互感器的研制就變得很緊迫。考慮到大電流互感器具有大電流、強電磁干擾和多相運行等特點,在設計大電流互感器時,必須采取有效的屏蔽措施,屏蔽來自鄰相的雜散磁通。傳統的屏蔽方案是采用金屬屏蔽罩,盡管有效,但設備笨重。本文中,作者對有外層屏蔽繞組的大電流互感器進行了各種研究。 大電流互感器采用繞組屏蔽方式后,如何優化設計屏蔽繞組,使屏蔽繞組能夠充分有效地屏蔽雜散磁通對環形鐵心的影響呢?針對上述的問題,本文作者主要完成如下幾個方面的工作: 1、首先對國內外大電流互感器的發展與研究現狀進行了敘述,并成功設計了15000/5A大電流互感器。 2、對精典的電磁場理論和場路耦合法的數學理論進行了深入的研究,建立了大電流互感器的三維場路耦合有限元分析的數學模型和仿真模型。應用有限元軟件ANSYS建立三維有限元仿真模型和基于場路耦合原理的外部耦合電路。 3、理論分析了雜散磁通對電流互感器鐵心的影響;重點分析了繞組屏蔽雜散磁通理論;通過等值電流法,得到無論三相還是多相電流互感器條件下,中間相的電流互感器所受到的雜散磁通是最為嚴重的,為大電流互感器的有效保護提供了科學依據。 4、為了得到最優化屏蔽繞組,對屏蔽繞組的匝數采用離散化替代連續性,再考慮屏蔽繞組在環形鐵心上的位置,共提出了多種優化方案;根據三維場路耦合有限元分析模型,精確計算出屏蔽繞組中的電流、電流分布、環形鐵心中的磁感應強度分布和外層繞組的局部最高溫升,通過比較多種計算結果,得到大電流互感器屏蔽繞組的最優化方案。 5、最后建立了大電流互感器的等效磁勢法和降流回路法兩種試驗方案模型,通過比較試驗方案仿真計算結果和出廠試驗結果,證明了仿真計算結果是正確的,可靠的。 通過對屏蔽繞組進行優化設計后,有效地削弱了雜散磁通,使得大電流互感器輕型化、小型化,節約了大量的銅材料,使得其運輸更加方便。
上傳時間: 2013-04-24
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本論文圍繞大容量汽輪發電機的進相運行展開了研究工作。全文共分七章。第一章首先闡述了發電機進相運行的重要性和迫切性,對國內外相關方面的研究概況作了較為系統全面的綜述,并對本論文的研究內容作了簡單介紹。第二章給出了低頻三維渦流電磁場的復邊值問題,并介紹了復矢量場的一些理論基礎。然后分別利用伴隨算子和伴隨場函數(廣義相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(廣義變分原理),建立了低頻三維渦流電磁場中非自伴算子問題的變分描述。上述三種方法所得的結果與Galerkin法的結果完全一致。第三章介紹了圓柱坐標系下基于拱形體單元的三維穩態溫度場有限元計算模型,并將變分法的結果與Galerkin法的結果進行了對比。第四章建立了汽輪發電機端部三維行波渦流電磁場的數學模型,在渦流控制方程中引入了罰函數項以使庫倫規范自動滿足,并應用廣義相互作用原理導出了對應的泛函變分及其有限元計算格式。然后對多臺大容量汽輪發電機端部的渦流電磁場進行了實例計算,并分析了罰函數項對數值解穩定性的影響以及影響端部電磁場的各種因素。第五章建立了大型汽輪發電機端部三維溫度場的有限元計算模型,并應用傳熱學理論研究了散熱系數、等效熱傳導系數等問題。然后求解了QFSS-300-2型汽輪發電機端部大壓圈上的三維溫度場分布,并與兩臺機組多種工況下的實測數據進行了對比。第六章介紹了二維穩態溫度場的邊值問題及其等價變分,導出了其有限元計算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽輪發電機端部壓圈上的溫度分布,并與實測數據進行了對比。第七章首先定性研究了汽輪發電機從遲相運行到進相運行過程中不同區域上磁場強度的變化規律。然后介紹了發電機變參數數學模型,結合實測數據以及最小二乘回歸分析計算了發電機穩態運行時的相關電氣參數,并分析了發電機各物理量之間的相互關系。隨后分析了不同工況下發電機端部結構件上的渦流損耗及溫升的變化趨勢。最后,利用發電機變參數模型給出了發電機的飽和功角特性、靜穩極限以及運行極限圖。
上傳時間: 2013-07-10
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