电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，对维护电力系统的安全、稳定和可靠运行起着重要的作用。如何使断路器高度智能化，并且更安全和可靠，是电力系统保护的发展要求，也是本论文研究的目的。 本文在深入研究了智能断路器国内外发展状况的基础上，精心设计了以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心的系统硬件。DSP是智能断路器测控单元的核心器件，它实现断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。CPLD完成状态量的监测，以及各种逻辑信号的输出。两种器件相互配合使得断路器系统更加智能化。研究了断路器测控单元的测量原理及保护算法，并进行了具体的硬件和软件模块的设计，旨在实现断路器的智能保护、远程控制和集中管理。本设计以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心。硬件设计主要包括信号调理模块设计、信号采样模块设计、保护执行模块设计、CPLD模块设计和输入输出模块设计。并且利用TMS320LF2407本身具有的CAN2.0模块，通过CAN总线实现断路器和上位机的通信，实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能。软件采用模块化设计，每一个模块相对独立，完成某个特定功能，便于维护和添加新功能，并且调试灵活方便。文中给出了主程序及各个子程序的流程图，其中子程序有数据采集子程序、FFT计算子程序、液晶显示子程序、短路瞬时保护子程序、过载长延时保护子程序、接地故障保护子程序和短路短延时保护子程序等。并且设计中充分考虑了断路器工作环境的恶劣性，分析了各种干扰的来源，并针对各种干扰采取了对应的软件和硬件的抗干扰措施。最后，为了验证全波傅氏算法能否满足电网数据处理精度的要求，利用MATLAB搭建仿真平台，对其进行了仿真。结果表明全波傅氏算法能达到系统的要求。
上传时间： 2013-04-24
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高压变频调速技术节能效果显著，多电平逆变器是其常用的一种电路拓扑形式。三电平逆变器能降低功率器件耐压要求、降低谐波含量，普遍地采用电压空间矢量脉宽调制的控制策略。将DSP数字控制技术应用于三电平逆变器不仅简化了系统的硬件结构，提高系统性能，还可以实现系统的优化控制。 本文首先简要介绍了三电平逆变器的拓扑结构和控制策略，并阐述了二极管箝位式三电平逆变器电路结构和电压空间矢量脉宽调制控制策略的实现方法。在此基础上，通过对逆变器的工作过程分析，建立了逆变器的数学模型。并提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡并且能降低开关损耗的电压空间矢量脉宽调制方法。 本文在综述人工神经网络技术的基础上，提出一种基于复合人工神经网络的电压空间矢量脉宽调制算法，充分利用人工神经网络的快速并行处理能力、学习能力，缩短了计算时间，降低了由控制延时引起的谐波成分。最后在MATIAB/Simulink环境下，结合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真结果证明了基于复合人工神经网络算法的可行性。 本文进行了三电平逆变器的主电路、开关器件驱动电路、电流电压检测电路和保护电路等的设计。根据三电平逆变器主电路功率开关多，驱动信号不能共地的特点，本文设计一种利用光耦隔离驱动功率开关器件的驱动保护电路，降低电磁干扰，并在过流等异常情况下实时保护功率开关器件。最后以TMS320LF2407DSP为数字控制平台，实现了三电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制控制策略。
上传时间： 2013-07-07
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扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗窄带干扰，抗多径干扰，抗人为干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等优点，在近年来得到了迅速的发展。论文针对直扩通信系统中伪码和载波同步问题而展开，研究了直扩系统的结构、性能及完成了相关参数的计算，改进了包络算法，设计了解扩和解调器，最后用ISE9.1实现了解扩和解调器的仿真波形，验证了设计的正确性。 论文研究了扩频通信系统的特点、国内外发展现状及理论基础，完成了DS-QPSK接收机的解扩器和解调器的设计与实现。解扩器主要围绕着伪码的捕获与跟踪这一核心，分析了解扩器的结构、性能及其完成了相关参数的计算，完成了数字下变频器、伪码发生电路、伪码相关积分提取电路、多通道快码捕获电路、伪码跟踪鉴相电路、伪码时钟调整电路的设计，并在ISE9.1编程综合得到仿真结果，验证了设计的正确性。由于相关积分包络算法是整个系统的基础和核心，为了减少时延和系统所占硬件资源，改进了包络算法并得到了仿真验证。结果表明，它不但减少了硬件资源的占用、缩短了延时，而且对整个系统的优化起着决定性的作用。论文给出了伪码同步的仿真结果及资源占用情况，有力地说明了解扩器占用资源少、时延短等特点。 解调器研究了频偏及载波相位误差对信号的影响及同步方案，完成了数控振荡器、反正切鉴频器、环路滤波器的设计并得到了相关的仿真波形，实现了载波的跟踪，给出了仿真结果及资源占用情况，对系统实现过程中的一些经验进行了总结。最后是对论文工作的一些总结和对今后工作的展望。
上传时间： 2013-06-13
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本课题首先研究了常规的RS译码器的算法，确定在关键方程的计算中采用一种新改进的BM算法，然后提出了基于复数基的有限域快速并行乘法器和利用幂指数相减进行除法计算的有限域除法器，通过这些优化方法提高了RS译码器的速度，减少了译码延时和硬件资源使用，最后利用VHDL硬件描述语言在FPGA上实现了流水线处理的RS(255,223)译码器。 本课题实现的RS(255,223)硬件译码器的性能在国内具有领先水平，对我国以后航天项目高速数据传输系统的设计有着很大的意义。
上传时间： 2013-06-29
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随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，使得国内交通车辆与日剧增，随之带来的交通拥挤、交通堵塞、车辆盗窃等一系列问题成为人们生活中最直接的安全隐患。运用无线通信技术、ARM技术和GPS定位技术的车辆监控系统可以有效的解决这些问题，满足运输效率和安全保障的需要，并且带来极大的经济效益和社会效益。 通过对车辆监控系统和相关技术的研究与分析，本文提出了基于ARM和GPS的车辆监控系统研究。与传统的单片机控制的车辆监控系统相比，该系统克服了单片机系统因其功能简单、无操作系统、程序移植性差而只能满足简单控制的缺点，能实现复杂任务的监控，例如显示复杂的电子地图、数据进行复杂计算、高端产品甚至有网络互联和Web浏览功能等等。同时该系统采用了GPRS无线通讯方式，具有资源利用率高、传输速率高、计费合理等特点，解决了以往采用SMS短消息通讯技术中存在的通讯费用高、消息延时和消息丢失等问题，提高了系统的实时性和可靠性。 论文首先介绍了在车辆监控系统中应用的GPS全球卫星定位技术和GPRS通用无线分组业务，在GPS定位技术中介绍了GPS系统组成、GPS信号和编码、定位原理以及GPS误差；在GPRS通讯技术中介绍了GPRS的概念、GPRS网络的总体结构、GPRS的主要优点及发展动向。 论文随后分为车辆监控系统总体结构与功能、车载端的研究与设计、监控中心的研究与数据库设计三大部分进行介绍。车辆监控系统由车载端、监控中心和两者之间的通讯网络三部分组成，车载端主要由GPS定位模块、GPRS通信模块和ARM数据处理与控制模块这三大模块构成；监控中心包括Internet接入设备、中心服务器、监控端计算机以及一些辅助设备等。车载端分布在各个移动车辆上，负责接受OPS卫星定位信息，通过数据控制处理器解算出车辆所处的位置坐标，坐标数据经过处理后通过GPRS模块，最后将数据通过通讯网络GPRS发送到监控中心的信息服务器，信息服务器将收到的车台数据经过预处理之后分发给监控终端。
上传时间： 2013-06-14
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随着全控型变流技术的不断发展和应用领域的不断拓宽，具有高功率因数的PWM整流器在工业领域中逐渐得到普遍重视。在目前的PWM调制方法中，自然采样SPWM具有控制灵活、输出脉冲波形好、谐波含量低等优点，是一种性能优良的调制方法。传统的基于DSP的SPWM实现方法受DSP本身串行程序流工作模式的限制，是很难实时完成自然采样SPWM的计算的，这在一些特殊的应用领域限制了PWM整流器性能的提高。为此，论文提出了一种基于FPGA的自然采样SPWM实现方法，并在三相电流型整流器样机上进行了实验验证。由于FPGA具有丰富的可编程逻辑资源和I/O口，并且可以采用并行工作方式，因此控制系统具有更快的处理速度、更小的控制延时和更好的实时性，有利于PWM整流器性能的提高。仿真和实验研究都表明本文的设计是正确有效的。
上传时间： 2013-06-16
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纹理映射在计算机图形计算中属于光栅化阶段，处理的是像素，主要的特点是数据的吞吐量大，对实时系统来说转换的速度是一个关键的因素，人们寻求各种加速算法来提高运算速度。传统的方法是用更快的处理器，并行算法或专用硬件。随着数字技术的发展，尤其是可编程逻辑门阵列(FPGAs)的发展，提供了一种新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的发展，当前的FPGA芯片已经能够运算各种图形算法，而在速度上与专用的图形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常适合这项工作。 本文主要工作包括以下几个方面： 1、本文提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法，改进了MIPmapping映射细化层次算法及纹理图像的存储方式，减少纹理寻址的计算量，提高纹理存储的相关性。详细内容请阅读第三章。 2、提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法的硬件实现方案，该方案针对移动设备对功耗和面积的要求，以及分辨率不高的特点，在参数空间到纹理地址的计算中用定点数来实现。详细内容请阅读第四章。 3、实现了纹理映射流水线单元纹理地址产生电路，及纹理滤波电路的FPGA设计，并给出设计的综合和仿真结果。详细内容请阅读第五章4、实现了符合IEEE 754单精度标准的乘法、乘累加及除法运算器电路。乘法器采用改进型Booth编码电路以减少部分积数量，用Wallace对部分积进行压缩；乘累加器采用multiply-add fused算法，对关键路径进行了优化；除法器为基于改进型泰勒级数展开的查找表结构实现，查找表尺寸只有208字节，电路为固定时延，在电路尺寸、延时及复杂度方面进行了较好的平衡。
上传时间： 2013-04-24
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遗传算法是一种基于自然选择原理的优化算法，在很多领域有着广泛的应用。但是，遗传算法使用计算机软件实现时，会随着问题复杂度和求解精度要求的提高，产生很大的计算延时，这种计算的延时限制了遗传算法在很多实时性要求较高场合的应用。为了提升运行速度，可以使用FPGA作为硬件平台，设计数字系统完成遗传算法。和软件实现相比，硬件实现尽管在实时性和并行性方面具有很大优势，但同时会导致系统的灵活性不足、通用性不强。本文针对上述矛盾，使用基于功能的模块化思想，将基于FPGA的遗传算法硬件平台划分成两类模块：系统功能模块和算子功能模块。针对不同问题，可以在保持系统功能模块不变的前提下，选择不同的遗传算子功能模块完成所需要的优化运算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平台，使用VerilogHDL语言实现了伪随机数发生模块、随机数接口模块、存储器接口/控制模块和系统控制模块等系统功能模块，以及基本位交叉算子模块、PMX交叉算子模块、基本位变异算子模块、交换变异算子模块和逆转变异算子模块等遗传算法功能模块，构建了系统功能构架和遗传算子库。该设计方法不仅使遗传算法平台在解决问题时具有更高的灵活性和通用性，而且维持了系统架构的稳定。本文设计了多峰值、不连续、不可导函数的极值问题和16座城市的旅行商问题 (TSP)对遗传算法硬件平台进行了测试。根据测试结果，该硬件平台表现良好，所求取的最优解误差均在1％以内。相对于软件实现，该系统在求解一些复杂问题时，速度可以提高2个数量级。最后，本文使用FPGA实现了粗粒度并行遗传算法模型，并用于 TSP问题的求解。将硬件平台的运行速度在上述基础上提高了近1倍，取得了显著的效果。关键词：遗传算法，硬件实现，并行设计，FPGA，TSP
上传时间： 2013-06-15
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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的物理学中的逆问题，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年当时就得到了世界著名的《NATURE》杂志的高度评价。 华侨大学苏武浔教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形(包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等)的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 本文主要完成了两个方面的工作,Chen-Mobius多路通信系统的FPGA硬件设计实现和基于Chen-Mobius变换的语音加密双工通信系统的实现。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder软件对Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler将Chen-Mobius多路通信系统的主体模块(函数及积分器的产生等)转化成HDL硬件语言，后在QuartusⅡ软件平台上，结合利用VHDL编程的硬件程序模块(分频、延时、控制模块等)构架完整的Chen-Mobius通信系统，并对此系统设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，实现硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius多路通信系统的FPGA硬件实现。 另外，利用Chen-Mobius单路通信系统的调制、解调系统分别对语音信号进行加密与解密，在两块DE2的FPGA开发板上成功实现了基于Chen-Mobius变换的语音加密双工通信。完成本设计意义重大，它为今后Chen-Mobius通信系统应用于通信领域的各个方面，迈开坚实的一步。
标签： ChenMobius FPGA 通信系统 硬件实现
上传时间： 2013-07-24
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