基于FPGA 的1GHz高速采样处理平台设计

介绍了一种高速宽带采样的数字信号处理平台设计方法，论述了在XilinxV4 FPGA中如何实现高速同步时钟设计和高速数据同步接收设计，介绍了与该设计相关的一些高速模数混合电路设计方法和一种采样后数据捕获的方法。该设计方案已用于瞬时测频中，并取得了良好的效果。     

智能型激光三角法振动测量技术研究

为了实现主轴振动实时非接触测量技术的智能化,提出了一种基于移动终端操作系统的振动测量方案。改进了激光三角法振动测量模型,推导出被测物体的振动位移变化量和反射光斑位移变化量成线性关系。设计了振动测量系统,通过WIFI进行数据传输,提高了数据的安全性,实现了远距离传输。设计了移动端软件,减小了振动测量系统的体积,采用滑动平均滤波法消除了周期性干扰。根据信息论进行不确定度分析,采用信息熵表示不确定度。经过实际测试,该系统的测量不确定度为2.66 bit。研究结果对振动测量方案的设计具有一定的指导意义,为相关机械领域中振动测量的后期深入研究奠定了理论和试验基础工作。     

薄片式挠弹性器件漫反射激光三角法频率测量

分析比较了薄片式挠弹性器件自振频率测量的不同方法,进而提出了应用漫反射激光三角法实现对薄片式挠弹性器件进行非接触瞬态激励测量。该方法利用漫反射激光三角法测量摆动部分位移,避免了测量过程中位移与转动的干涉。测量采用瞬态激励效应来避免传统采用共振法测量频率时引入的外界干扰;根据测量信号特点,采用了最大似然法对测量模型求解。实际结果表明,标准测试状态下,瞬态激励法的测量精度比常规静态测量法提高约50倍,达到0．006Hz。     

Harmonic vibration suppression of maglev rotor system under variable rotational speed without speed measurement

The high-speed rotating machinery equipped with active magnetic bearings (AMBs) always suffers from rotor unbalance and displacement sensor runout, which produce periodic fluctuations in current and cause power amplifier saturation and severe harmonic vibration. The harmonic vibration suppression, especially under variable rotational speed, requires the speed information, but the problem of no installation conditions for speed measurement sensors in some applications may rise with conventional suppression approaches. This paper presents a novel multi-notch filters (MNFs) method with frequency estimator to suppress the harmonic vibration. Firstly, the harmonic vibration dynamic modeling is described and the expressions of current and vibration force affected by harmonic displacement disturbance are obtained. The structure and notch characteristic of the MNFs are then presented, the frequency estimator based on one single channel displacement signal is developed and its convergence is analyzed. Moreover, the stability of the whole system with MNFs is investigated and the compensation phases are implemented according to system identification to maintain the closed-loop stability. Simulation and experiments are conducted on an AMB-rotor setup and validate the effectiveness of the proposed method on eliminating the harmonic current and suppressing the harmonic vibration under the variable rotational speed.     

基于FPGA的洗衣机控制系统设计

为提高家用双缸洗衣机控制系统的性能,改善定时精确度和洗涤效果,基于可编程性强的FPGA设计了一种用于洗衣机的控制系统,并进行了时序仿真。通过实验对设计方案进行了完善,得到了可进行数字化控制和显示的洗衣机控制系统,有效地提高了洗衣机性能。     

Induction machine condition monitoring with higher order spectra

This paper describes a novel method of detecting and unambiguously diagnosing the type and magnitude of three induction machine fault conditions from the single sensor measurement of the radial electromagnetic machine vibration. The detection mechanism is based on the hypothesis that the induction machine can be considered as a simple system, and that the action of the fault conditions are to alter the output of the system in a characteristic and predictable fashion. Further, the change in output and fault condition can be correlated allowing explicit fault identification. Using this technique, there is no requirement for a priori data describing machine fault conditions, the method is equally applicable to both sinusoidally and inverter-fed induction machines and is generally invariant of both the induction machine load and speed. The detection mechanisms are rigorously examined theoretically and experimentally, and it is shown that a robust and reliable induction machine condition-monitoring system has been produced. Further, this technique is developed into a software-based automated commercially applicable system     

宽带大动态瞬时测频接收机的设计与实现

论述了宽带大动态瞬时测频接收机的工作原理,在理论和实践的基础上,介绍了宽带大动态瞬时测频接收机的设计与实现。通过性能测试证明文中介绍的测频接收机技术先进可靠,结构简单合理。     

基于VHDL的洗衣机控制器的设计

为降低设计成本,缩短设计周期,提出一种基于VHDL的洗衣机控制器的设计方案.该方案采用模块化的设计思想,并使用状态机完成控制模块的设计.整个系统在QuartusⅡ开发平台上完成设计、编译和仿真,并在FPGA硬件实验箱上进行测试.仿真波形和测试结果均表明该设计方案切实可行.     

基于高速摄像技术的管系振动位移测量

针对试验中高速摄像技术在远距离测量振动响应精度较低的问题,提出结合双三次 插值法与Sobel算子边缘检测图像技术的方法,用其处理测得图像来提高测量精度。首先,设计了采 用高速摄像与加速度计两种测量系统的管系振动台试验。然后,对高速摄像系统测得的图像 与加速度计测得的加速度振动响应进行处理并提取位移振动响应数据。最后,从时域和频域 两个角度对比高速摄像与加速度计两种测量系统测得的位移振动响应数据,对高速摄像系统 测得数据的准确性进行分析。结果表明,结合双三次插值法与Sobel算子边缘检测图像处理 技术优化高速摄像技术测得的图像可以获得满足测量与使用要求的高精度位移振动响应数 据。     

一种优化超稳光学腔的数值方法

为了降低超稳光学腔的振动敏感度,在综合考虑振动所导致的腔镜位移及转动后,定义了一个新的表征腔体振动敏感度的参量。采用有限元数值分析方法,用所定义的单一参量优化了一个典型的立式超稳光学腔。优化过程考虑了腔体端面直径、支撑孔位置和深度等关键几何参量。结果表明,优化后的腔体结构和支撑方式可以明显降低超稳腔对振动的敏感度,腔体稳定性比优化前提高1.5倍。该优化方法操作性强,能够有效提升超稳腔仿真和设计的效率。     

直线振动电机非线性电磁特性有限元仿真研究

对动铁式直线振动电机进行研究,采用有限元仿真和实验测试相结合的方法,对直线电机的电磁力-位移特性进行分析研究.实验结果表明仿真的正确性.创新点在于该电机为非线性电磁出力特性,特别适于压缩机等非线性负载应用场合,且无永磁电机失磁弱点.电磁分析为动态电磁力特性研究和结构优化设计提供了基础.     

激光多普勒测振仪对激光陀螺动态特性测试分析

为了研究激光陀螺动态响应的幅频特性,提出了一种利用激光多普勒测振仪对激光陀螺幅频特性测试的方法。由于激光陀螺角振动测量属于接触式测量,测量结果易受被测物体振动频率的影响,因此对其幅频特性的研究具有重要意义。实验中利用压电式角振动台产生正弦激励信号,通过比较激光陀螺和激光多普勒测振仪对角振动台角振幅的测量值,得到激光陀螺幅频特性曲线。实验结果表明:在角振动频率低于300 Hz时,激光陀螺测量值准确;角振动频率较高时,由于机械结构传递特性影响将导致激光陀螺对角振动台振幅测量失真。     

超声调制电加工系统换能器的特性分析与研究

根据压电振子的动态特性和超声复合电加工振动系统对换能器的要求,设计压电陶瓷换能器;利用ANSYS有限元法对压电陶瓷晶堆进行建模,分析压电陶瓷晶堆的动力学特性。通过ANSYS参数化设计方法,运用多物理场耦合模块分析了压电陶瓷晶堆片数、输入电压信号大小、输出振动位移幅值和晶堆固有频率之间的相互关系,验证了压电换能器设计的合理性及特性分析的正确性。     

基于数字相关算法的动平衡测试系统的研究

针对大型旋转机械动平衡，从数字相关算法的角度深入地研究了多路动平衡测试仪器的信号处理算法在数字信号处理器（DSP）上的实现问题。充分利用DSP内部资源，开发了以DSP为核心的严格同步八通道数据采集系统，通过信号处理可以准确地从通频振动信号中提取出基频信号的幅值和相位，文中给出了具体软件处理思想和流程。     

A Novel, Fast, Reliable Data Transmission Algorithm for Wireless Machine Health Monitoring

Vibration-based machine health monitoring is a well-known technique that is commonly used in machine fault diagnosis applications. In conjunction with existing wireless technologies, even machines that are operated in a hazardous or moveable environment can be monitored wirelessly. However, to facilitate a reliable machine health assessment, various sensory data, particularly the vibration signals, must be acquired at a high sampling rate, generating large packets of data. These requirements are impractical in a wireless data transmission context due to the usual low transmission rate, and lengthy transmission time. One possible solution is to compress the captured numerous sensory data before wireless transmission commences. This paper presents a novel data compression algorithm that combines Empirical Mode Decomposition (EMD) with Differential Pulse Code Modulation (DPCM). EMD is effective in decomposing and identifying any instantaneous changes in non-linear, and non-stationary signals that are caused by anomalous operation of machines. After the data have been decomposed and compressed by EMD, the DPCM is applied to further compress the data through the use of linear predictor and quantizer prior to wireless transmission. A pair of Bluetooth based wireless devices was tailor-made to host the EMD and DPCM for performing wireless communication. The effectiveness of the new algorithm has been verified using real machines, operating in a noisy environment. The results prove that the algorithm provides much faster wireless data transmission by significantly reducing the size of sensory data. Nevertheless, it maintains the integrity of sensory data with negligible reconstruction error at the receiving end of the wireless device.      

以太网控制器虚拟化模块结构设计

针对虚拟机监视器采用软件模拟来实现I/O虚拟化所造成CPU负担重和网络I/O效率低的问题,文中基于硬件辅助I/O虚拟化的思想,提出了一种以太网控制器虚拟化模块结构设计方案。设计方案中的虚拟信息处理模块根据解析数据帧得到的信息,完成数据帧的虚拟机队列决策;分页式内存管理单元则实现数据帧内存动态管理和创建描述符队列。二者联合将数据帧分类到正确的虚拟机收发队列。实验结果表明,文中设计的以太网控制器虚拟化模块结构方案,在硬件上实现单个端口支持多个虚拟机拥有独享的数据收发通路,从而减轻CPU的负担,提高虚拟机的网络I/O效率。     

某型功率和频点可控的视频发射机的设计与实现

根据某型电视图像发射机检测仪的信号标定及日常维护调试需要,研发了一种以锁相环技术为核心,由单片机控制的低功耗、频点及功率可控的视频发射机(信标机)。给出了基于锁相环芯片ADF4360的信标机的设计方法及系统组成,阐述了系统的软硬件设计方案。测试结果表明,由该方法设计的信标机具有稳定、可靠的变频特性,且各项指标均达到了要求。在实际使用过程中,操作人员可以方便地设置所需的频点及功率点,人机界面友好,使得操作更为灵活方便,具有良好的性价比和市场前景。     

正弦相位调制位移干涉测量技术中调制频率的优化选择

针对正弦相位调制(SPM)干涉测量技术用于位移测量时,调制频率对干涉信号相位解调的影响,提出一种调制频率的优化选择依据.通过对干涉信号的频谱进行分析,发现当被测位移幅度较小时,较小的调制频率即可满足相位解调的要求;而当被测位移较大时,必须相应地增大调制频率,才能获得比较准确的测量结果.模拟计算以及实验结果表明,被测位移信号的幅度每增大四分之一测量光源波长,调制频率需要相应增大4倍于被测信号频率的大小,才能满足正弦相位调制位移干涉测量技术信号处理的需要.     

微小卫星天线与飞轮共支撑结构优化设计与试验

针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题,将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计,提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标,体积分数和基频为约束条件,建立数学模型,对结构进行优化设计;对优化后的支撑结构工程分析,基频达到200 Hz以上,质量由1.9 kg减少到0.65 kg,降低65.6%;开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证,支撑结构基频210 Hz,加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54,满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明,该优化方法有效可行,支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。     

DC-10 GHz数字瞬时测频接收机设计

在射频前端宽开的条件下,为了实现DC-10GHz带宽范围内的信号频率瞬时测量,采用基于多速率欠采样信号处理的超宽带数字测频接收机方案设计,并运用Matlab对三个不同采样率情况下的频率求解算法进行仿真。算法仿真结果显示：当输入信号的信噪比为0dB、每个采样通道对应的FFT运算点数均为1 024时,测频精度可达±3 MHz,测频出错的概率小于3×10-5。克服了直接运用奈奎斯特采样进行DC-10GHz信号频率瞬时测量的困难。