PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關(guān)注。隨著現(xiàn)代控制理論及智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID算法也得到了長足的發(fā)展。結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制算法，針對特定的控制領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎(chǔ)上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA的發(fā)展及其EDA技術(shù)的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發(fā)展空間。FPGA的發(fā)展為基于硬件的算法模塊的實現(xiàn)提供了可能性，同時節(jié)省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內(nèi)外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，對其進行了數(shù)學建模。采用某汽輪機的實際設(shè)計運行參數(shù)，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數(shù)學模型進行了甩負荷動態(tài)特性仿真。仿真結(jié)果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發(fā)電機組在甩負荷過程中由于機組轉(zhuǎn)子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發(fā)電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發(fā)電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉(zhuǎn)。根據(jù)模糊控制理論的特點及EDA技術(shù)和FPGA可編程邏輯器件的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了在FPGA上實現(xiàn)模糊PID算法的具體實現(xiàn)方案。在綜合分析算法特性的基礎(chǔ)上，選擇Altera公司生產(chǎn)的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設(shè)計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中，利用原理圖設(shè)計輸入和VHDL設(shè)計輸入相結(jié)合的方式實現(xiàn)了模糊PID控制算法，同時分別對實現(xiàn)的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析，該設(shè)計實現(xiàn)了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現(xiàn)很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環(huán)、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統(tǒng)硬件開發(fā)周期，節(jié)省了外圍設(shè)備的電路，降低了設(shè)計開發(fā)成本。
上傳時間： 2013-07-21
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術(shù)不但在廣播式數(shù)字音頻和視頻領(lǐng)域得到廣泛的應用，而且已經(jīng)成為無線局域網(wǎng)標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關(guān)注。隨著人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)@得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術(shù)的運用。 本文的所有內(nèi)容都是建立在空地數(shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)下行鏈路FPGA實現(xiàn)基礎(chǔ)上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現(xiàn)和調(diào)試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設(shè)計、OFDM頻率同步算法的研究與設(shè)計以及同步模塊、OFDM解調(diào)模塊、QAM解調(diào)模塊的FPGA實現(xiàn)。最終實現(xiàn)高速數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)下行鏈路在無線環(huán)境中連通。 對于無線移動通信系統(tǒng)而言，多普勒頻移、收發(fā)設(shè)備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統(tǒng)性能。另外，由于OFDM系統(tǒng)大多采用IFFT/FFT實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，因此在接收方確定FFT的起點對數(shù)據(jù)的正確解調(diào)也至關(guān)重要。同步技術(shù)即是針對系統(tǒng)中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統(tǒng)性能的影響。在OFDM實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)中，同步技術(shù)是十分重要的一部分。本文花費了三個章節(jié)闡述了同步技術(shù)的原理、算法和實現(xiàn)方法。 目前OFDM系統(tǒng)的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數(shù)據(jù)類，盲估計類和基于循環(huán)前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優(yōu)缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現(xiàn)方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現(xiàn)的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數(shù)據(jù)類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數(shù)和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調(diào)采用FFT算法，在FPGA上的實現(xiàn)是十分方便的。本文主要闡述其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，重點放在提取有效數(shù)據(jù)部分有效數(shù)據(jù)位置的推導過程。最后介紹了本文實現(xiàn)QAM軟解調(diào)的解調(diào)方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據(jù)公式中的系數(shù)和變量分析算法性能的方式。在闡述實現(xiàn)方式時首先給出實現(xiàn)框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現(xiàn)方式之后給出了仿真或者上板結(jié)果，最后再給出整體測試結(jié)果。
上傳時間： 2013-06-26
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自20世紀90年代以來，隨著計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，微機保護和測控裝置的性能得到大幅提升，以此為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)在我國的電力系統(tǒng)中得到長足的發(fā)展和廣泛的應用。 @@ 為增加產(chǎn)品的市場競爭力，電力系統(tǒng)二次設(shè)備生產(chǎn)廠商緊跟市場需求，將各種具有高性價比的新型處理器芯片和外圍芯片大量應用到變電站自動化系統(tǒng)的保護、測控裝置上，如32位CPU、數(shù)字信號處理芯片DSP、高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、大容量Flash存儲芯片、可編程邏輯器件CPLD、FPGA等。這些功能強大的器件的應用使保護測控裝置在外形上趨于小型化集成化，而在功能上則較以前有顯著提升。同時，各種成熟的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)的采用使處理器的性能得到充分發(fā)揮，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲及處理能力更強，性能大幅提高，程序移植升級更加方便快捷。 @@ 本論文以現(xiàn)階段國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)測控技術(shù)為參考，根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和要求，研究一種基于ARM和FPGA技術(shù)并采用嵌入式實時操作系統(tǒng)的高性能測控裝置，并給出硬軟件設(shè)計。 @@ 裝置硬件采用模塊化設(shè)計，按照測控裝置基本功能設(shè)計插件板。分為主CPU插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控出口插件、直流采樣及輸出插件。除主CPU插件，其他插件的數(shù)量可以根據(jù)需要任意增減，滿足不同用戶的需求。 @@ 裝置主CPU采用目前先進的基于ARM技術(shù)的微處理器AT91RM9200，通過數(shù)據(jù)、地址總線和其他插件板連接，構(gòu)成裝置的整個系統(tǒng)。交流采樣插件采用FPGA技術(shù)，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10實現(xiàn)交流采樣的控制，降低了CPU的負擔。 @@ 軟件采用Vxworks嵌入式實時操作系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的性能。以任務(wù)來管理不同的軟件功能模塊，利于裝置軟件的并行開發(fā)和維護。 @@關(guān)鍵詞：測控裝置；嵌入式實時操作系統(tǒng)；ARM；現(xiàn)場可編程門陣列
上傳時間： 2013-04-24
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DDR2 SDRAM是目前內(nèi)存市場上的主流內(nèi)存。除了通用計算機系統(tǒng)外，大量的嵌入式系統(tǒng)也紛紛采用DDR2內(nèi)存，越來越多的SoC系統(tǒng)芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設(shè)計一款匹配DDR2的內(nèi)存控制器將會具有良好的應用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎(chǔ)上，設(shè)計出DDR2控制器的整體架構(gòu)，采用自項向下的設(shè)計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執(zhí)行模塊和數(shù)據(jù)通道模塊的RTL級設(shè)計。根據(jù)在設(shè)計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構(gòu)進行改進與完善。在分析了Altera數(shù)字PHY的基本性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計DDR2控制器與數(shù)字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設(shè)計的具體功能進行仿真驗證，并實現(xiàn)在Altera Stratix II GX90開發(fā)板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設(shè)計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數(shù)字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節(jié)約了設(shè)計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術(shù)，充分發(fā)揮DDR2內(nèi)存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內(nèi)存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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隨著人們對于高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的急切需求以及新的無線通信技術(shù)的發(fā)展，頻譜資源匱乏問題日益嚴重。無線頻譜的緊缺已經(jīng)成為限制無線通信與服務(wù)應用持續(xù)發(fā)展的瓶頸。認知無線電技術(shù)(Cognitive Radio)改變了傳統(tǒng)的固定頻譜分配方式，它以頻譜利用的高效性為目標，允許非授權(quán)用戶擇機利用授權(quán)用戶的頻譜空洞傳輸數(shù)據(jù)，以此來解決無線頻譜資源短缺的問題。它是具有自主尋找和使用空閑頻譜資源能力的智能無線電技術(shù)。本文的目標是在基于FPGA+DSP的系統(tǒng)硬件平臺上，以軟件編程的方式實現(xiàn)認知無線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?軟件無線電是實現(xiàn)認知無線電的理想平臺。本文首先闡述了軟件無線電的基本工作原理及關(guān)鍵技術(shù)途徑，對多速率信號處理中的內(nèi)插和抽取、帶通采樣、數(shù)字下變頻、濾波等技術(shù)進行了分析與探討，為設(shè)計多速率調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。然后針對軟件無線電的要求給出了基于FPFA+DSP的系統(tǒng)設(shè)計硬件框圖，并對其中的部分硬件(FPGA、AD9857、AD9235)做了簡要的描述并給出其初始化過程。在理解基本概念和原理的基礎(chǔ)上，詳細論述了在系統(tǒng)硬件設(shè)計平臺上實現(xiàn)的π/4-DQPSK、8PSK、16QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)。本文給出了調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)方案中的各個功能模塊(差分編、解碼，加同步頭、內(nèi)插和成形濾波，下變頻，系統(tǒng)同步等)具體的設(shè)計方案和通過硬件編程實現(xiàn)了板級的仿真和最后的硬件實現(xiàn)，并對其中得到的數(shù)據(jù)進行分析，進一步驗證方案的可行性。最后介紹了通信板同頻譜感知板協(xié)同工作原理，依據(jù)頻譜感知板獲取的各個信道狀況自適應的選擇π/4-DQPSK、8PSK、16QAM調(diào)制解調(diào)方式并在FPGA上實現(xiàn)了其中部分功能。
標簽： FPGA 多速率 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-05-30
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設(shè)計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構(gòu)成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設(shè)計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調(diào)用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠?qū)崟r記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設(shè)計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內(nèi)部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅(qū)動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產(chǎn)品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關(guān)系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調(diào)試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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現(xiàn)代社會對各種無線通信業(yè)務(wù)的需求迅猛增長，這就要求無線通信在具有較高傳輸質(zhì)量的同時，還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調(diào)制方式，以提高有限頻帶帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，而效率較高的調(diào)制方式通常會對發(fā)端發(fā)射機的線性要求較高，這就使功率放大器線性化技術(shù)成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 在本文中，研究了前人所提出的各種功放線性化技術(shù)，如功率回退法、正負反饋法、預失真和非線性器件法等等，針對功率放大器對信號的失真放大問題進行研究，對比和研究了目前廣泛流行的自適應數(shù)字預失真算法。在一般的自適應數(shù)字預失真算法中，主要有兩類：無記憶非線性預失真和有記憶非線性預失真。無記憶非線性預失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號和已知輸入信號的幅度和相位的誤差來估計預失真器的各種修正參數(shù)。而有記憶非線性預失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對信號的污染，需要同時分析信號的當前狀態(tài)和歷史狀態(tài)。在對比完兩種數(shù)字預失真算法之后，文章著重分析了有記憶預失真算法，選擇了其中的多項式預失真算法進行了具體分析推演，并通過軟件無線電的方法將數(shù)字信號處理與FPGA結(jié)合起來，在內(nèi)嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對該算法進行仿真分析，證明了這個算法的性能和有效性。 本文另外一個最重要的創(chuàng)新點在于，在FPGA設(shè)計上，使用了系統(tǒng)級設(shè)計的思路，與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合，在完成仿真后能夠直接將代碼轉(zhuǎn)換成FPGA的網(wǎng)表文件或者硬件描述語言，大大簡化了開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。
上傳時間： 2013-06-20
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設(shè)計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術(shù)。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關(guān)鍵設(shè)備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務(wù)器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設(shè)備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設(shè)計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內(nèi)部設(shè)計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設(shè)計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設(shè)計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設(shè)計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設(shè)計介紹了SDRAM控制器的設(shè)計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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波前處理機是自適應光學系統(tǒng)中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統(tǒng)得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數(shù)據(jù)進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內(nèi)外圖像處理技術(shù)的應用和發(fā)展狀況，接著介紹了傳統(tǒng)的專用和通用圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統(tǒng)的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)基于PC機模式的圖像處理系統(tǒng)，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢，能更好地提高圖像處理系統(tǒng)實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統(tǒng)硬件設(shè)計，并分析了包括各種參數(shù)指標選擇、連接方式在內(nèi)的具體設(shè)計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎(chǔ)上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設(shè)計中易出現(xiàn)的問題，詳細分析了高速PCB設(shè)計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術(shù)探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設(shè)計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設(shè)計方案和SDRAM控制器的設(shè)計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統(tǒng)中可編程器件內(nèi)部模塊化SDRAM控制器的設(shè)計及仿真結(jié)果。 論文最后描述了硬件系統(tǒng)的測試及調(diào)試流程，并給出了部分的調(diào)試結(jié)果。 該系統(tǒng)主要優(yōu)點有：實時性、高速性。硬件設(shè)計的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實現(xiàn)信號處理算法程序，保證了系統(tǒng)實時性的實現(xiàn)；性價比高。自行研究設(shè)計的電路及硬件系統(tǒng)比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-05-30
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認為現(xiàn)在所廣泛應用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態(tài)的遠距離監(jiān)測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進行了較為具體的設(shè)計，并通過測試取得了預期結(jié)果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計框圖和實現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細的比較。本論文的設(shè)計方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設(shè)計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設(shè)計中應該注意的地方。整個系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環(huán)境開關(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對比測試，得出了預期結(jié)論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應能力造成負面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發(fā)成本與風險。在當前對產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達到了設(shè)計要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-29
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