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等精度频率测量

  • 开关磁阻电机的减振降噪和低转矩脉动研究.rar

    开关磁阻电机(SR电机)驱动系统(SRD)是一种先进的机电一体化装置,但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有:由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源,因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式,定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理,推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算,不但减小了计算量,同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法,求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时,传统的非线性插值不但耗时,而且对有限元计算数据量要求高的问题,本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力,成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练,最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定;接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发,导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解;然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解,定性分析了影响振动振幅的各种因素;最后利用基于能量法的有限元解法,通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型,分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型,分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果,证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上,对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真,综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标,对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真,通过非线性插值得到径向力的波形,然后对径向力波形进行了频谱分析,从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况,利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化,使得减振效果整体最佳,所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上,针对其不足之处,提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的,达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法,和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声,并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法,最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求,选用了不对称半桥功率电路拓扑结构;出于降低成本以及提高可靠性考虑,采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验,对比转矩测量值与转矩有限元计算值,验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验,对比各种实验结果,充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项:“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”(2001AA501421)。本文的研究是在该项目的资助下完成,并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。

    标签: 开关磁阻电机 降噪

    上传时间: 2013-07-05

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  • 旋转电机铁心损耗的分析与计算.rar

    为设计高性能、低损耗的电机,需要准确地分析电机铁耗。本文从铁磁材料的磁化特点出发,以分离铁耗模型为基础,对交变磁化以及旋转磁化条件下铁磁材料和电机的铁耗进行分析和计算,分别从理论和实践角度着重就电机铁耗计算和测量中的一些相关问题作了深入研究。 按照分离铁耗模型,铁心损耗可以分成磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗。本文首先从交流磁滞回线的产生机理出发,在Preisach静态磁滞模型的基础上,利用极限磁滞回线的对称性,采用人工神经网络技术,建立了Preisach人工神经网络磁滞仿真模型,实现了对铁磁材料交流磁滞回线的理论计算,为磁滞损耗的理论分析和计算奠定了基础;为对交流磁滞回线进行实测,本文给出了一种采用爱泼斯坦方圈测量铁磁材料交流磁滞回线与磁滞损耗的新方法,该方法克服了环形样片测量法的不足,操作简单,且测量精度高,具有较好的实用价值。利用该方法得到的实验数据很好地验证了理论计算结果。 对涡流损耗以及异常损耗的计算模型,本文系统地给出了其推导过程,对模型中的参数进一步加以明确,并对模型的特点进行了分析。铁磁材料异常损耗计算模型是基于统计学原理推导而来的,模型中参数的确定涉及到铁磁材料的微观特性,本文给出了通过实验确定其参数的具体方法;考虑到工程中异常损耗计算模型是其理论模型的简化形式,文中对两者的差别进行了分析。 在分析电机铁耗时,既要考虑铁心材料本身的损耗特性,也要考虑电机供电方式以及铁心中磁场变化等因素对铁耗的影响。在对铁磁材料损耗特性分析的基础上,本文考虑到局部磁滞回环对电机铁耗的影响,推导了计及局部磁滞作用的电机铁耗模型,并从理论上对C.P.Steinmetz的磁滞损耗经验公式进行了验证,从而明确了公式中经验系数的物理意义;同时通过实验研究,分析了磁化频率对磁滞损耗系数的影响,提出了在磁化频率较高时分段确定磁滞损耗系数的方法;考虑到现代电机控制策略以及供电方式的多样性,本文对正弦波、方波以及三角波电压供电时铁心材料的交变铁耗模型分别进行了推导,给出了其解析表达式,并通过实测证明了模型的有效性;对SPWM这类应用较为广泛的非正弦供电方式,推导了电机交变损耗的一般计算模型,分析了SPWM变频器供电时电机铁耗与变频器参数的关系,给出了其关系的数量表达式; 同时采用改进的爱泼斯坦方圈试验平台对非正弦供电条件下的铁磁材料损耗和电机铁耗进行了实验研究。 考虑到电机铁心制造过程中冲压对铁心材料特性的影响,本文提出了一套简便的对铁磁材料进行冲压影响研究的实验方法,利用该方法,有效地对材料的冲压影响特性进行了分析。在实验研究的基础上,本文推导了考虑冲压影响时的铁磁材料损耗的修正系数,从而在传统交变铁耗分离模型的基础上,建立了计及冲压影响的电机铁耗计算模型。对模型中引入的冲压影响修正系数,给出了详细的推导过程和明确的计算方法,从而使传统的经验修正方法得到改善。 在旋转电机中,除交变磁化外,同时还存在大量的旋转磁化。本文对旋转磁化的物理机理进行了初步探讨,分析了旋转磁化条件下的损耗特点,系统介绍了当前铁磁材料旋转磁化性能以及旋转磁化损耗实验测量和理论计算的方法和手段。 在以上铁耗理论的基础上,充分考虑铁心的非线性及磁滞特性,本文建立了一般条件下的铁心动态电路模型,并将该模型应用于异步电动机铁心等效电路中,推导了异步电动机动态铁耗的分离等效电阻。以一台三相异步电动机为样机,采用以上铁耗的动态分离等效电阻,有效地对电机铁耗进行了分离,从而为深入研究电机的动态铁耗特性提供了便利。 论文最后以一台永磁无刷直流电机为例,对电机的运行特性以及铁心损耗进行了分析计算。分析中应用场路结合法,建立了永磁无刷电机换流等效电路模型,采用镜像法建立了深槽无刷电机电枢反应分析模型;在电机铁耗分析中,推导了考虑旋转磁化的电机铁耗工程计算模型,对样机铁耗进行了理论计算,并通过构建实验平台,对旋转磁化条件下的样机空载铁耗进行了测量,最终理论值与实测值吻合良好,证明了上述方法的有效性。

    标签: 旋转电机 损耗

    上传时间: 2013-07-02

    上传用户:不挑食的老鼠

  • 铁磁材料损耗及高速软磁复合材料电机的研究.rar

    准确计算电机铁耗一直是困扰电机设计者的一个难题。传统方法是假设电机内部磁场仅是交变磁化的,根据铁磁材料在交变磁化条件下测量的数据,计算电机齿部和轭部由基波磁场造成的损耗,对于计算值与实测值之间的误差通过经验系数来修正。这种方法对于已经长期制造和使用的电机而言勉强适用,对于近年来发展很快的永磁电机、高速电机和其他新结构电机,由于缺乏合适的经验系数,导致此方法难以适用。众多研究人员的成果已经证明电机的铁耗有相当一部分是由旋转磁化导致的,因此顾及旋转磁化的电机铁耗计算模型是本文的一个重要内容。 本文从铁磁材料的铁耗入手,先研究铁磁材料在交变磁化和旋转磁化方式下的计算和测量方法,目的是得到铁耗分立模型中磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗的计算系数。本文提出并实现了数字式的25cm爱泼斯坦方圈测试系统,它可以测量在任何频率和波形电源供电下硅钢片的损耗,本文还在二维铁耗测试系统中对硅钢片在圆形旋转磁化条件下的损耗进行了测量。结果表明,在同样频率和磁密的条件下,旋转磁化下的损耗要比交变磁化下的损耗大。本文提出了基于磁密轨迹的电机铁耗计算模型,它只采用较容易获得的交变磁化损耗系数,但又能顾及到旋转磁化带来的影响。通过实际电机的计算和测试,表明轨迹法的计算结果在未经任何系数修正的情况下就具有很好的精度,适合推广使用。 软磁复合材料是一种新型的粉末金属材料,它具有涡流损耗小和易制造成具有复杂结构电机等特点。为了探索这种材料在高频领域中的应用和验证本文提出的铁耗计算模型,本文成功地设计和制造了一台采用软磁复合材料的爪极式永磁电机,由于结构复杂,本文通过三维有限元分析,对该电机的磁通、磁链、电感、转矩和铁耗等参数和性能的计算提出了计算方法。对该种电机的热分析,本文提出了热网络法和磁热耦合有限元法。由于铁耗在高速电机总损耗中占有很大比例,因此在有限元方法中,本文通过映射剖分法,使磁场和热场模型中的单元总数、大小和顺序保持完全一致,轨迹法计算得到的各单元铁耗直接耦合进热场进行计算,得到了电机准确的温度分布。本文还进行了高速电机转子的模态分析,合理地调整转子的直径、长度和轴承位置,使转子的自然共振频率远离电机的工作频率范围。本文构建了一测试平台对样机进行了发电机状态测试,并通过假转子法测量了电机铁耗,实验结果证明了本文所用方法的可行性,得到的结论对软磁复合材料的应用及爪极式电机的设计与分析都具有很好的参考价值。

    标签: 铁磁 材料 损耗

    上传时间: 2013-06-27

    上传用户:hjshhyy

  • 基于DSP的变频电源电参数测量系统的设计.rar

    变频电源具有低损耗和高效率等显著优点,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标,随着工业上变频电源的广泛应用,对其性能参数的检测也越来越重要,因此对变频电源设备输出电参数进行测量方面的研究具有重要的意义。 论文综述了国内外各种交流变频电参数测量系统的研究现状和应用技术,根据变频设备的工作机理和输出特性,提出了系统的总体设计方案。由于变频设备的输出范围广且变化快,并且国内大部分参数测量设备都是针对工频进行设计的,基于此本文采用高速的数字处理器和改进的算法来进行控制实现。 论文首先给出了各电参数测量的国际标准和理论基础,重点分析了如何通过希尔波特变换来实现频率的测量。为了滤除不需要的高次谐波并精确的测量频率,建立了FIR滤波器模型,通过MATLAB编程进行了数字仿真,验证了算法的正确性;利用周期法进行了其它电参数的测量实现,并在Labview 中进行了仿真,作为辅助分析软件具有快速直观的特点并有很大的通用性。 在理论分析和仿真的基础上,论文设计了基于TMS320F2812 DSP的控制系统,并结合原理图介绍了各模块运行原理;重点分析了如何利用CPLD来实现时序控制的功能,并给出了VHDL设计的程序和仿真结果。最后进行软件程序上的设计,对各部分进行了程序分析和设计,各模块结构相互关联,具有很好的扩展性和移植性。

    标签: DSP 变频电源 电参数

    上传时间: 2013-04-24

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  • 基于FPGA的粮仓温湿度模糊监控系统.rar

    温湿度是影响粮食储藏的重要参数,两者之间是相互关联的,温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变,且极易产生连锁反应,从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此,粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统,该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯;控制电路基于FPGA进行设计,主要负责采集湿度信息,计算温湿度偏差及其变化率,通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制,单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信,使上位机能够实时记录,显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测,使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路,易于系统扩展和升级,内部集成了信号处理、控制、检测电路,减少了系统的体积,缩短了开发周期,大大增强了系统的可靠性;配合功率驱动、电源等外围电路,完成信号采集、处理和控制等功能,节省了开发成本,使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度,集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路,其输出为频率脉冲信号,与湿度值成线性关系,该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数,这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换,进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样,通过了调试,已达到预期效果。

    标签: FPGA 温湿度 模糊

    上传时间: 2013-06-16

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  • 基于线阵CCD和FPGA干涉型甲烷测量仪的研究.rar

    近年来,瓦斯事故在煤矿生产事故中所占比例越来越高,给矿工的生产生活带来了极大的灾难,必须加强对瓦斯的监测监控,避免瓦斯爆炸事故。因此对瓦斯气体进行快速、实时检测对于煤矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。便携式甲烷检测报警仪是各国应用最早最普遍的一种甲烷浓度检测仪表,可随时检测作业场所的甲烷浓度,也可使用甲烷传感器对甲烷浓度进行连续实时地监测。大体上当前应用的便携式甲烷检测仪器,按检测原理分为光学甲烷检测仪、热导型甲烷检测仪、热催化型甲烷检测报警仪、气敏半导体式甲烷检测仪等几种。 光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长,测量准确,是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器。但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观,人为误差较大、不能存储数据等缺点。为此本文在干涉型甲烷检测仪实现的原理上提出利用线阵型电荷耦合器件(CCD)对干涉条纹进行非接触式的自动测量,获得条纹信息,通过CCD驱动、高速模数转换、数据采集等关键技术,实现了干涉条纹位移的精确测量,由单片机对量化后的测量信号进行智能处理,数字化显示甲烷含量的测量结果。 光干涉甲烷检测的关键是对干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测,本设计采用线阵CCD成像获取条纹信息判别其位置。CCD是一种性能独特的半导体光电器件,近年来在摄像、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用。将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求;运用FPGA实现CCD芯片的驱动具有速度快、稳定高等优点:模数转换之后的数据没有采用专用存储芯片进行存储,而采用FPGA硬件开发平台和Verilog HDL硬件描述语言编写代码实现数据采集模块系统,同时提高数据采集精准度,既降低成本又提高了存储效率。 本文设计的新系统使用方便、精度高、数据可储存,克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点,技术指标和功能都得到较大改善。

    标签: FPGA CCD 线阵

    上传时间: 2013-06-08

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  • 基于FPGA的精确时钟同步方法研究.rar

    在工业控制领域,多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展,国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性,而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术,适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统,特别适合于以太网,但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来,占用最少的网络和局部计算资源,在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法,如NTP协议,由于其实现机理的限制,其同步精度最好只能达到毫秒级;基于嵌入式软件的时钟同步方法,将时钟同步模块放在操作系统的驱动层,其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求,但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说,这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素,很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法,以IEEE 1588作为时钟同步协议,以Ethernet作为底层通讯网络,以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯,以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点,通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段,相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步,并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。

    标签: FPGA 时钟同步 方法研究

    上传时间: 2013-08-04

    上传用户:hn891122

  • 基于FPGA的多路脉冲时序控制电路设计与实现.rar

    在团簇与激光相互作用的研究中和在团簇与加速器离子束的碰撞研究中,需要对加速器束流或者激光束进行脉冲化与时序同步,同时用于测量作用产物的探测系统如飞行时间谱仪(TOF)等要求各加速电场的控制具有一定的时序匹配。在整个实验中,需要用到符合要求的多路脉冲时序信号控制器,而且要求各脉冲序列的周期、占空比、重复频率等方便可调。为此,本论文基于FPGA设计完成了一款多路脉冲时序控制电路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8,设计出了一款可以同时输出8路脉冲序列、各脉冲序列之间具有可调高精度延迟、可调脉冲宽度及占空比等。论文讨论了FPGA芯片结构及开发流程,着重讨论了较高频率脉冲电路的可编程实现方法,以及如何利用VHDL语言实现硬件电路软件化设计的技巧与方法,给出了整个系统设计的原理与实现。讨论了高精密电源的PWM技术原理及实现,并由此设计了FPGA所需电源系统。给出了配置电路设计、数据通信及接口电路的实现。开发了上层控制软件来控制各路脉冲时序及属性。 该电路工作频率200MHz,输出脉冲最小宽度可达到10ns,最大宽度可达到us甚至ms量级。可以同时提供l路同步脉冲和7路脉冲,并且7路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调,调节步长为5ns。

    标签: FPGA 多路 脉冲

    上传时间: 2013-06-15

    上传用户:ZJX5201314

  • 基于FPGA的频率特性测试仪的研制

    频率特性测试仪(简称扫频仪)是一种测试电路频率特性的仪器,它广泛应用于无线电、电视、雷达及通信等领域,为分析和改善电路的性能提供了便利的手段。而传统的扫频仪由多个模块构成,电路复杂,体积庞大,而且在高频测量中,大量的分立元件易受温度变化和电磁干扰的影响。为此,本文提出了集成化设计的方法,针对可编程逻辑器件的特点,对硬件实现方法进行了探索。 本文对三大关键技术进行了深入研究: 第一,由扫频信号发生器的设计出发,对直接数字频率合成技术(DDS)进行了系统的理论研究,并改进了ROM压缩方法,在提高压缩比的同时,改进了DDS系统的杂散度,并且利用该方法实现了幅度和相位可调制的DDS系统-扫频信号发生器。 第二,为了提高系统时钟的工作频率,对流水线算法进行了深入的研究,并针对累加器的特点,进行了一系列的改进,使系统能在100MHz的频率下正常工作。 第三,从系统频率特性测试的理论出发,研究如何在FPGA中提高多位数学运算的速度,从而提出了一种实现多位BCD码除法运算的方法—高速串行BCD码除法;随后,又将流水线技术应用于该算法,对该方法进行改进,完成了基于流水线技术的BCD码除法运算的设计,并用此方法实现了频率特性的测试。 在研究以上理论方法的基础上,以大规模可编程逻辑器件EP1K100QC208和微处理器89C52为实现载体,提出了基于单片机和FPGA体系结构的集成化设计方案;以VerilogHDL为设计语言,实现了频率特性测试仪主要部分的设计。该频率特性测试仪完成扫频信号的输出和频率特性的测试两大主要任务,而扫频信号源和频率特性测试这两大主要模块可集成在一片可编程逻辑器件中,充分体现了可编程逻辑器件的优势。 本文首先对相关的概念理论进行了介绍,包括DDS原理、流水线技术等,进而提出了系统的总体设计方案,包括设计工具、语言和实现载体的选择,而后,简要介绍了微处理器电路和外围电路,最后,较为详细地阐述了两个主要模块的设计,并给出了实现方式。

    标签: FPGA 频率特性 测试 仪的研制

    上传时间: 2013-06-08

    上传用户:xiangwuy

  • 基于FPGA的双自触发脉冲激光测距关键技术研究

    激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手,重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR),通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器,而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成,这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约,同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此,本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能,基本解决了以上存在的问题。 论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析,对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块,在整个测距系统中是信号处理的核心部件,借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率,设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片,负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度,测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。

    标签: FPGA 自触发脉冲 激光测距 关键技术

    上传时间: 2013-06-02

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