仿生自修复电路中基本逻辑单元设计

仿生自修复是一种能够在电路运行过程中自行发现故障、自行修复故障的先进技术,在对可靠性要求较高的航空航天等领域具有广阔的应用前景。设计了仿生自修复电路中最基本的逻辑单元。该逻辑单元可以根据需求灵活配置为各种功能,发生故障时能够自动检测并向自修复控制逻辑报警,从而实现电路的自修复功能。仿真实验和硬件实验表明,所设计的基本逻辑单元能够在增加一定硬件冗余的条件下实现在线检测,并且资源消耗量较少,信号延迟低,满足仿生自修复电路的设计需求。     

基于CPLD的真空断路器智能控制单元的设计

基于CPLD技术设计了真空断路器永磁操动机构的智能控制单元 ,该控制单元包括输入、输出和控制三个模块。描述了该控制单元的结构、逻辑控制功能 ,以及实现该控制单元的硬件电路和软件。对控制断路器的逻辑功能进行了仿真 ,并在断路器上进行了试验验证。     

静电放电损伤自修复数字电路模型的建立与优化

为了使数字电路在产生故障失效后实现功能自动恢复,提高电路可靠性,基于演化硬件(EHW)原理建立了自修复数字电路模型,该模型主要包括微处理器和重配置电路2个部分。利用自修复数字电路模型实现无刷直流电机控制系统中的换相电路,并对换相电路进行了故障注入修复实验。深入分析了自修复数字电路模型对电路演化修复的影响,通过引入关键函数对自修复数字电路模型进行了改进。实验结果表明,当注入故障单元数小于总单元数的50%时,改进后的自修复数字电路模型修复率达到100%。因此,该模型能够对部分故障进行成功修复,改进的自修复数字电路模型降低了电路生成时间,提高了电路修复概率和速度。     

片上可重构阵列容错方法研究

设计了一种具有容错能力的可重构阵列,它以2D-Mesh型片上网络(Network-on-Chip,No C)路由器作为互连单元,以精简指令集的处理器为计算单元,这种结构适用于数字信号处理等应用领域。对于阵列互连结构中的瞬态故障,采用三模冗余、扩展海明码和检错重传的方法对其进行容错,使用连线内建自测试(build-in self-test)与自修复及自适应路由的方法对互连结构中的永久故障进行容错。对于计算单元失效的情况,模仿生物体胚胎细胞的分化机制,通过调整相关配置信息实现计算任务的重新分配,从而实现容错。将一个19阶的音频FIR带通滤波器映射到3×3的容错可重构阵列上,分别对其运算和容错能力进行了验证,结果表明系统可以实现预期的运算功能,且具有较强的容错能力。     

复杂系统的多FPGA可重构设计与实现

大规模可编程逻辑器件基本组成单元包括与或阵列、查找表、多路开关和多级与非门等多种类型,通过对可编程逻辑器件的电路组成结构与基本原理的分析,并对可编程器件的在线可重构技术的方法、设计时序等进行了研究;利用多FPGA的可重构设计技术,通过修改软件设计对系统进行重构的方法,实现了对由多个部件组成的控制系统的集成,对系统进行的可重构设计与集成大大提高了原系统的可靠性、减少系统故障,降低了使用与维护成本。     

固态切换开关触发控制单元的研究

为了保证固态切换开关在切换过程中晶闸管阀能准确无误地导通,设计了一种固态切换开关触发控制单元.首先,介绍了固态切换开关结构组成及工作原理和该触发控制单元结构组成及功能.其次,对该触发控制单元的核心模块逻辑回路的功能及工作时序做出了详细的阐述,介绍了触发控制单元重要模块电压检测回路的工作原理,提出了一种过电压保护电路,该...     

基于STC12C5A60S2的步进电机控制系统的设计与实现

利用STC12C5A60S2单片机作为微处理器,设计了控制步进电机转速、转角及转向的系统。硬件电路主要包括步进电机驱动模块、阵列键盘电路及其驱动模块、液晶显示模块等。通过对单片机定时器的控制可得到一系列频率不同的PWM波,从而实现了对步进电机正反转、角速度及角度的控制。阵列键盘可方便实现角度及角速度预设功能,PCA(可编程计数模块)中断可实现时钟功能。最后,通过硬件调试与测试验证了系统的可靠性。     

基于可编程序通用逻辑模块的剪板机控制

对剪板机的结构、工作原理及控制特点进行了全面的分析.为实现对剪板机高效、安全和可靠的自动控制,采用SIEMENS公司推出的通用逻辑控制模块LOGO!作为系统主机,对剪板机进行自动控制.该逻辑控制模块简化了控制系统的硬件电路,提高了控制的柔性和功能的可拓展性.运行分析证明,LOGO!控制系统工作可靠,操作简单,能有效地对剪扳机设备进行控制.     

遮阴影响下的光伏阵列结构研究

遮阴现象降低光伏发电系统发电效率.并且导致光伏模块产生热斑效应而缩短寿命.从光伏阵列结构布局出发,在光伏阵列宏观和微观结构布局2个层面上.研究了在遮阴影响下不同光伏阵列电气结构输出特性的变化情况.在此基础上,提出利用开关管与二极管电路连接光伏模块,实现小型光伏阵列的宏观与微观结构布局电气重构.在遮阴影响下,通过控制开关...     

CPLD逻辑控制单元在IGBT 驱动电路中的应用

简要分析了过流保护自锁电路在EXB841驱动电路中的必要性。针对由分立元件构成的传统过流保护自锁电路的种种弊端,提出一种全新的复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)逻辑控制单元,用以完成绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)控制电路和与驱动电路之间的接口功能．并在出现过流故障时实现过流保护自锁。重点介绍了CPLD逻辑控制单元的内部逻辑设计,并通过Xilinx Foudation 3．1i软件仿真说明其具体逻辑功能。该控制单元已应用于实际电路中,运行证明性能是可靠的。     

Fault detection and fault-tolerant control of interior permanent-magnet motor drive system for electric vehicle

This work presents a control strategy that provides fault tolerance to the major sensor faults which may occur in an interior-permanent-magnet-motor (IPMM)-based electric vehicle propulsion drive system. Failures of a position sensor, a dc-link voltage sensor, and current sensors are all included in the study assuming no multiple faults. For each possible sensor fault, a corresponding method of detection or diagnosis is provided. Additionally, once the fault is detected, the control scheme is automatically reconfigured to provide post-fault operational capability. A state observer is used to provide missing current information in the case of current sensor faults. Experimental results demonstrate the effectiveness of both the fault detection algorithm and the reconfigurable control scheme. The resulting IPMM drive system proves to be resilient to sensor failures while providing smooth transition to the post-fault operational mode.     

一种基于方向图重构机制的宽带宽视角相控阵天线

本文提出了一款风车形方向图可重构单元及其作为阵元的二维平面宽带宽视角扫描相控阵天线。所提出的单馈方向图可重构单元天线由辐射贴片、直流偏置电路以及宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)反射面构成。其中,辐射贴片为馈电结构可重构的四个Vivaldi缝隙组成的风车形贴片,它能够通过改变PIN二极管的通断以实现宽带内四个端射方向上的波束切换。此外,将AMC反射面加载于辐射结构的后端,使得最大辐射方向由原来的端射方向调整为准端射方向,这样有利于单元天线组阵后的扫描波束能够覆盖到侧射方向。对该天线单元及其构建的8×8均匀平面相控阵天线进行了仿真与分析。仿真结果显示,所设计的阵列天线同时具备了宽带宽视角二维波束扫描性能,其在5.4 ~ 6.1 GHz的工作频带内可以实现±60°范围内的二维波束扫描。同时,阵列的增益波动小于4.3 dB,并且具有较低的旁瓣电平。     

Active fault‐tolerant control system design with trajectory re‐planning against actuator faults and saturation: Application to a quadrotor unmanned aerial vehicle

During the past 30 years, various fault‐tolerant control (FTC) methods have been developed to address actuator or component faults for various systems with or without tracking control objectives. However, very few FTC strategies establish a relation between the post‐fault reference trajectory to track and the remaining resources in the system after fault occurrence. This is an open problem that is not well considered in the literature. The main contribution of this paper is in the design of a reconfigurable FTC and trajectory planning scheme with emphasis on online decision making using differential flatness. In the fault‐free case and on the basis of the available actuator resources, the reference trajectories are synthesized so as to drive the system as fast as possible to its desired setpoint without violating system constraints. In the fault case, the proposed active FTC system (AFTCS) consists in synthesizing a reconfigurable feedback control along with a modified reference trajectories once an actuator fault has been diagnosed by a fault detection and diagnosis scheme, which uses a parameter‐estimation‐based unscented Kalman filter. Benefited with the integration of trajectory re‐planning using the flatness concept and the compensation‐based reconfigurable controller, both faults and saturation in actuators can be handled effectively with the proposed AFTCS design. Advantages and limitations of the proposed AFTCS are illustrated using an experimental quadrotor unmanned aerial vehicle testbed.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

自适应二进制算术编码的动态可重构实现研究

针对H.266/VVC视频编码标准下的上下文自适应二进制算术编码器编码速度慢、资源开销大的问题,面向可重构结构依据算法的内在并行特性优化了编码架构,并基于动态可重构阵列处理器设计实现了CABAC编码器常规编码模式下的并行映射方法,阵列结构能够根据编码输入对优化后的算法进行动态重构,在避免专用硬件编码器较高的资源开销情况下利用软件重构的方法实现熵编码过程,保证编码准确性的同时提高了视频数据流编码效率,为此类运算密集型算法的硬件实现提供了更为灵活高效的参考途径。仿真结果表明,映射实现的编码过程中每个编码周期完成5个二进制序列的编码,平均编码效率达到384.13Mbin/s。基于FPGA的测试结果表明,软件重构方法与专用硬件实现的编码器相比,资源开销降低且编码效率提升5.47%,与同类型可重构视频编码结构相比,编码效率提升7.03%。     

多核混合可重构计算系统MRCS的设计

设计了一种面向计算密集型应用的多核混合架构可重构计算系统MRCS。其可重构处理器中的可重构阵列计算单元负责密集规则的运算,浮点处理器负责离散运算,配合灵活的本地缓冲,有效地提高了多核可重构计算系统对算法的适应性。实现了一个能够稳定地运行在100 MHz的基于FPGA的MRCS原型,并通过分别映射大维度浮点矩阵乘法、IDCT算法和运动估计算法进行性能验证。实验结果表明MRCS具有更高的计算效率和灵活性。     

MTL‐based implementation of current‐mode CMOS RMS‐to‐DC converters

In this paper, systematic implementation of current‐mode RMS‐to‐DC converters based upon MOS translinear (MTL) principle, utilizing symmetric cascoded MTL cell (SCMC) is proposed. Theory of operation and mathematical analysis of both explicit (direct) and implicit (indirect) techniques for realization of SCMC‐based RMS‐to‐DC converters are discussed. The SCMC includes a folded MTL loop and realizes an MTL equation. MTL principle utilizes the square law characteristics of saturated MOS transistors to realize square‐root domain (SRD) functions. The SCMC is constructed by two connected cascoded current mirrors and has a compact, symmetric, and multi‐purpose structure, with capability of implementing the circuits into the programmable and configurable structures. The proposed RMS‐to‐DC converters utilize the SCMC along with a configurable current mirror array. The required squaring and square‐rooting functions are realized using the SCMC, after proper configuration of the current mirror array. The proposed circuits have been implemented using a reconfigurable architecture fabricated in a 0.5 µm CMOS technology. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障研究

随着传感器阵列技术的发展,越来越多阵列技术用于设备的故障诊断研究中。针对设备中多滚动轴承诊断中故障的定性与定位问题,开展了基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障定位理论仿真研究,旨在进行阵列参数的优化。根据滚动轴承声学信号特性,进行L型麦克风阵列下利用2D-MUSIC算法对双声源信号进行仿真计算,通过改变信噪比、阵元间距以及阵元数量等参数进行仿真分析,确定最优声阵列参数。仿真结果表明,在两个信号源确定的情况下,通过优化阵列参数可以提高其故障定位分辨率并对声源定位系统进行优化。研究对于有轨机车多轴承驱动系统轴承故障的快速定位和实时诊断技术有较好的理论指导意义。     

光伏阵列故障类型的改进型RBF神经网络识别算法

光伏阵列是光伏系统中非常重要的组成部分。传统的BP神经网络诊断算法有着精度低、收敛速度慢等缺点,为了精确地诊断出光伏阵列内部的故障位置及其类型,通过分析阵列开路、短路、老化、阴影和电池板裂片5种故障,提出了一种改进型RBF神经网络的故障诊断识别算法。首先,建立RBF神经网络的光伏阵列故障诊断模型,确定基于遗传算法的故障模型隐层中心的确定方法,然后针对基于粒子群优化算法的网络模型进行自适应权重寻优的仿真实验。最后,将优化的算法与传统RBF神经网络算法进行对比。结果表明:该优化算法不仅可以有效地诊断光伏阵列的故障类型,还可以提高故障诊断的准确率。     

基于BP神经网络的光伏阵列故障诊断研究

光伏阵列多安装在较恶劣的室外环境中,因此在运行过程中常会发生故障。为辨别光伏阵列故障类型,提出了基于L-M算法的BP神经网络的故障诊断方法。在深入分析不同故障状态下光伏阵列输出量变化规律的基础上,确定了故障诊断模型的输入变量。本方法无需额外的设备支持,具有简便、成本低的优点;可以在线实时地进行故障诊断。仿真和初步实验结果验证了基于BP神经网络的故障诊断方法可以有效地检测出光伏阵列短路、断路、异常老化及局部阴影等四种故障。     

基于深度信念网络的光伏阵列故障诊断

光伏阵列所处环境恶劣严峻,导致故障频发。为提高光伏阵列故障诊断精度,针对光伏阵列的常见故障类型,提出基于深度信念网络（deep belief networks,DBN）的故障诊断方法。利用Matlab仿真模拟获取实验特征参数,建立以光伏阵列5种运行状态为输出的故障诊断模型;根据深度信念网络的特点,通过识别实验,分析不同训练集、训练周期以及受限玻尔兹曼机（restricted boltzmann machine,RBM）层数等对模型性能的影响,并从整体诊断精度和各类型故障诊断精度2方面,与模糊C均值聚类（fuzzy C-means clustering,FCM）、支持向量机（support vector machine,SVM）和BP神经网络（back propagation neural networks,BPNN）方法进行对比。实验结果表明,该方法适用于光伏阵列故障分类,相比于其他诊断模型,有效提高了故障识别准确率。