在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著技術的飛速發展，電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大，數量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用，使得電網中的諧波污染日益嚴重，給電力系統和各類用電設備帶來危害，輕則增加能耗，縮短設備使用壽命，重則造成用電事故，影響安全生產，電力諧波已經成為電力系統的公害。除了傳統的濾波方法，例如，無源濾波、改變系統的拓補結構來抑制諧波外，人們已廣泛應用有源濾波器(APF)來消除注入電網的諧波，而實現有源濾波策略的前提就是能夠實時、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。設計一種精度高、實時性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內外眾多學者致力研究的目標。 本文主要從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點，對國內外各種諧波檢測方法進行了分析和研究。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應用，綜述了可編程元器件的發展過程、工藝發展及目前的應用情況，并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺，以ISE6.0為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit的快速傅立葉變換系統，并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度，運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-06-02
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心血管疾病是當今危害人類健康的主要疾病之一，心電圖檢查是臨床上診斷心血管疾病的重要方法。心電圖準確的自動分析與診斷對于心血管疾病的診斷起著關鍵的作用，也是國內外學者所熱衷的研究課題。QRS復合波的檢測是心電自動分析的關鍵環節，檢出的位置精度關系到后續處理和分析的正確性和準確性。 本文在總結前人工作的基礎上，對基于小波變換的QRS復合波檢測算法做了深入研究;并針對小波變換算法與心電檢測算法的結構提出了一種硬件實現方法。本文的主要內容包括基于小波變換的心電信號檢測算法設計和該算法在FPGA系統上的實現兩個部分。 對國內外近年內發展起來的各種心電檢測方法進行了總結，并綜合考慮檢出率和硬件實現的實時性等問題，采用小波變換方法對QRS復合波進行檢測。根據QRs復合波經小波變換后，心電特征波在某些尺度上對應有相對明顯的模極值對，通過在對應尺度上判斷模極值對，進而檢測出對應的特征波。 設計了基于小波變換的心電信號檢測算法的FPGA實現系統。系統主要包含三個模塊：心電信號預處理模塊、小波分解模塊和檢測模塊。心電信號預處理模塊對輸入的心電信號進行濾波預處理，以消除工頻干擾和基線漂移。小波分解模塊采用流水線設計，即把各層小波分解分成各個模塊獨立實現，以提高運算效率。檢測模塊的功能是利用小波分解模塊的輸出結果在各尺度上尋找模極值對，并根據檢測策略檢測QRS復合波。 本文采用Veillog語言對設計進行了仿真驗證，并通過MIT-BIH心律失常標準數據庫對本文的設計實現進行性能評估，獲得了較好的檢出率。同時，綜合結果也表明系統時鐘能夠工作在較高的頻率，足以滿足高速實時對心電信號的處理與檢測。
上傳時間： 2013-04-24
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擴展頻譜通信技術,它的突出優點是保密性好,抗干擾性強.隨著通信系統與現代計算機軟、硬件技術與微電子技術發展,越來越多的通信系統構建于這種技術之上.在實際擴頻通信系統工程中,用得比較普遍的是直擴方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀50年代就開始對跳頻通信進行研究,在上個世紀末的幾次局部戰爭中,跳頻電臺得到了普遍的應用.跳頻通信的發展促進了其對抗技術的發展,目前,世界主要幾個軍事先進的國家,已經研究出高性能的跳頻通信對抗設備,國內這方面的發展相對國外差距比較大. 未來戰爭是科學技術的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設計了跳頻檢測的FPGA實現,利用基于時頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實現,通過測試,表明系統達到了設計要求,可以滿足實際的需要.主要內容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發展動態,闡述了擴展頻譜通信及短時傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比；利用抽取內插技術完成數據速率的轉換,使其滿足后續信號的處理要求；利用同相和正交的DDC實現結構,完成對跳頻信號的解跳. 3.設計完成了跳頻信號檢測與接收系統的FPGA實現,其主要包括:數據速率變換的實現,FIR低通濾波器的實現,快速傅立葉變換(FFT)的實現,下變頻的實現等.在濾波器的實現中,提出了兩種設計方法:基于常系數乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優缺點,選擇用分布式算法實現設計中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實現中,分析了基2和基4的算法結構,并分別實現了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設計中,使用濾波器的多相結構完成抽取的實現,并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標的要求.此外,設計中還包括雙端口RAM的實現,比較模塊的實現、數據緩存模塊和串并轉換模塊的實現. 4.介紹了實現系統的硬件平臺.
上傳時間： 2013-04-24
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本文完成了一種高速高性能數字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現，包括系統架構設計、方案論證及仿真、算法實現、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數字脈沖壓縮系統的主要研究內容，關鍵技術及其發展趨勢，然后介紹了數字脈沖壓縮系統設計與實現的要求，最后給出了本文的主要研究內容。 第二章敘述了線性調頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統設計的實現方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數字系統結構化設計方面將本系統劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現的功能做了介紹。 第四章首先總結了數字脈沖壓縮的實現途徑；提出了基于自定制浮點數據格式和分時復用蝶型結構的數字脈沖壓縮系統設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統軟硬協同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統的片上測試，并分析系統的性能，證明系統的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數字脈沖壓縮處理器具有動態范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優點，為設計高性能的現代雷達信號處理系統提供了可靠的保證。
上傳時間： 2013-07-01
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電梯群控系統是一種控制三臺或以上電梯的控制系統，旨在提高對電梯乘客的服務質量并減少成本，如：電梯的功耗。目前大多數的電梯群控系統采用的是“大廳呼叫指派”的方法來指派電梯去響應乘客的呼梯。在這種方法中，電梯群控系統將根據目前建筑內的客流量來選擇最合適的電梯。在充分研究了當前普遍應用的電梯群控算法后，本文提出了一種基于模糊算法的電梯群控算法，該算法可根據不同的客流量模式對整個建筑中的電梯群進行派梯策略的調整，并在此基礎上，加入了經驗調整參數，使該算法增加了記憶調整功能。 本文在Matlab上對改進的算法進行了相關建模驗證。驗證結果表明，相比只是應用類似模糊算法的電梯群控算法，本算法對于客流量模式相對穩定的大型寫字樓等對群控系統要求比較嚴格的樓宇更為適用，即擁有更好的應用前景。 本文還對所提出的算法在工程上采用FPGA進行應用做了一定的研究。在用C程序建立該算法的基礎上采用了在Xilinx VirtexII Pro開發板上運行MicroBlaze軟IP核的方法對該算法進行了調試并運行成功。得到的運行結果與用Matlab驗證的結果一致。證明了該算法在工程上的可應用性。
上傳時間： 2013-07-02
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感應加熱電源以其環保、節能等優點在工業生產中得到了廣泛的應用，逆變控制電路是直接影響感應加熱電源能否安全、高效運行的關鍵因素。目前的感應加熱裝置很多采用模擬電路控制，而模擬控制電路觸點多，焊點多，系統可靠性低，對一些元件的工藝性要求高，電路中控制參數不容易進行修改，靈活性較差。近年來隨著微處理機的發展，數字式控制精確，軟件設計靈活，因而整個控制系統容易實現，在感應加熱領域中運用數字式控制已是一個發展方向。 本文在模擬逆變控制系統的基礎上，在可編程邏輯器件(FPGA)上進行了數字式并聯逆變控制系統的研究。 首先，本文針對感應加熱并聯逆變控制的數字化進行了詳細的研究。在參閱國內外相關文獻的基礎上，結合已有模擬并聯逆變控制電路的工作原理，設計了全數字鎖相環、它激轉自激掃頻啟動模塊等逆變控制功能模塊，并對各個模塊進行了相關的數學分析和功能仿真，結果證明可以達到預定的功能指標和設計要求。 然后，分析了感應加熱電源的整體工作流程，針對模擬控制電路中控制參數不易進行修改、靈活性較差等問題，設計了數據采集、存儲、顯示等功能模塊，有利于系統的調試，參數修改等實際操作。 最后，以模擬逆變控制策略為基礎，分析了數字控制器的控制要求和策略。由硬件狀態機實現數字控制器的設計，完成對整個逆變控制系統的整體控制操作。通過自上而下的總體設計，將各個部分組合起來，構成一個SOC系統。在FPGA集成軟件中進行了各部分和整體的仿真驗證，結果證明該設計可以完成逆變控制的各項需求和預定的人機交互操作。
上傳時間： 2013-07-09
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汽車工業在國民經濟增長中發揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業已經得到了飛速的發展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現國產化，嚴重制約了汽車工業的發展。針對這個現狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統設計，并利用dSPACE實時仿真發動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統都是基于專用單片機的。本文首先對現有的汽車發動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發動機模型搭建和控制算法的設計。發動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統中完成了上述算法的移植和優化。最后，利用dSPACE實時仿真發動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發動機模型和系統軟硬件設計，使得系統結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創新性，對于其他ECU系統的開發和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
上傳時間： 2013-05-30
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經廣泛應用于衛星通信系統。然而隨著航天事業的發展，衛星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內部進行功能和時序確認，最終在整個數據傳輸系統中測試其性能。本文所實現的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內此領域內的相關產品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調試一根據已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數據傳輸系統中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數傳系統進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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