基于现场可编程门阵列的稳定控制装置交流采样算法

根据基于离散傅立叶变换的修正算法,结合最新的现场可编程门阵列技术将该算法应用于稳定控制装置的交流采样计算,可以同时提高交流采样算法的速度和精度。FPGA并行计算的特性使得计算电气量的速度提高了数十倍,从而为稳定控制装置快速判断元件故障提供了充足时间。DFT修正算法的应用提高了电气量计算的精度和稳定控制装置的整体性能。实际系统的应用效果验证了该算法的有效性和可靠性。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

基于现场可编程门阵列的可重构手势交互教学机器人设计

针对传统教学机器人可重构性差、系统综合应用性不足、人机交互功能简单等缺点,本文设计开发一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的可重构动静态手势交互教学机器人。该机器人以Xilinx的Spartan6为控制器,通过OV5640摄像头对手势图像信息进行识别传输,利用I2C总线与FPGA控制芯片进行通信,利用WiFi模块进行数据传输,从而对机器人进行相应的手势指令控制,实现人机手势交互、机械臂抓物、自动循迹、超声避障、运动除障、语音播报等多种功能。同时,该手势控制机器人对测试者的数字手势和动作手势识别正确率达95.1%,实时识别响应时间小于0.5s。本文设计的基于FPGA的可重构动静态手势交互教学机器人可应用于FPGA系统设计等研究类课程教学中,具有推广价值。     

基于查找表和Newton插值算法的正余弦函数的FPGA实现

正余弦函数在任意次谐波电流的无锁相环ip-iq检测法中有着重要应用.提出了一种基于查找表和Newton插值算法相结合的正余弦函数的实现方法,给出了具体计算公式和RTL级方框图;与查表法和CODIC算法相比,该方法所需时钟周期少(只需120个时钟周期),精度高(可达±1LSB),占用资源少(只需483个LE单元).在Altera公司的Cyclone系列FPGA器件EP1C6Q240C8上完成了硬件验证,最终应用到某谐波检测ASIC设计中.     

基于正余弦滤波器对的相量算法

对由正交滤波器对构成的相量算法进行了系统地阐述。由于相量算法的滤波特性不仅与输入信号的频率有关,还与时间参数有关,因此提出了相量算法频率特性的概念。在此基础上,通过对不同窗函数及其频率特性的分析,以窗函数系数为参变量,推导了基于正余弦滤波器对的相量算法的通用离散时域算式和最大幅频特性的表达式。以发电机匝间保护为例,针对继电保护对某些典型特征谐波的滤波要求,提出了搜寻最佳窗函数系数的设计方法,使得算法可以有效地滤除特征谐波,同时又能够兼顾对其他非特征谐波的抑制。     

基于现场可编程门阵列的高压脉冲电场设备控制器研制

为更加快速稳定有效地控制高压脉冲电场设备,提高设备的稳定性、可调性和易用性,研制了1套基于现场可编程门阵列(FPGA)的高压脉冲电场(PEF)设备控制器。控制器包括用于人机交互操作的工控计算机触摸屏终端、执行控制任务的FPGA控制器及其附属外围电路3部分。FPGA控制器采用Cyclone系列的高速处理芯片,附属电路包括触发信号电平转换、光电隔离部分以及电压电流反馈部分。控制器能够连续调节脉冲波形的频率、占空比,以及实现对于高压IGBT的触发和过流监控,控制脉冲电场的电压电流等功能。通过实验室测试证实,系统较好地实现了设计目标,研制出频率(10~104 Hz)、占空比(2~10μs)、电压(0~35 k V)均可连续实时调节的高压脉冲电场发生器,同时其具有很强的扩展能力,能够配合新型脉冲发生器使用。     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

A Low-cost Reconfigurable Field-programmable Gate Array Based Three-phase Shunt Active Power Filter for Current Harmonic Elimination and Power Factor Constraints

Non-linear loads, such as switched mode power supply, adjustable-speed drives, arc furnaces, etc., result in deterioration of power quality in terms of current harmonics and reactive power demand. Shunt active power filters are widely used to compensate the current harmonics, thereby improving power quality. Digital signal processors and microcontroller units used in digital control of shunt active power filters are constrained by a complex algorithm structure, adaptability, accuracy, the absence of feedback loop delays, and larger execution time. Shunt active power filters require a faster computation update rate to maintain the closed-loop bandwidth, accurate sensing of voltage and current, proper estimation of parameters, and a high frequency pulse-width modulation. In this article, a low-cost single all-on-chip field-programmable gate array implements the digital control of a three-phase shunt active power filter. This proposed implementation scheme has much less execution time and boosts the overall performance of the system. All required tasks of a typical shunt active power filter are implemented with a low-cost single all-on chip field-programmable gate array module that provides freedom to reconfigure for any other applications. Additional features, such as anti-windup, over-sampling, and time multiplexing, are also added to improve the overall performance. The proposed system is designed to meet IEEE 519 and IEC EN 61000-3 recommendations in terms of harmonic elimination and unity power factor requirements. The entire algorithm is coded, processed, and simulated using Xilinx 12.1 ISE Suite to estimate the advantages of the proposed system. This code is also defused on the low-cost single all-on-chip Xilinx Spartan 3A DSP-XC3SD1800 laboratory prototype, and experimental results obtained match with simulated counterparts. The proposed control scheme for the shunt active power filter results in reduces current harmonics under dynamic and steady-state operating conditions.     

基于FPGA和CORDIC算法的交流电动机直接转矩控制

提出一种基于FPGA的交流电机控制系统.在综合分析交流电动机直接转矩控制的基础上,运用CORDIC算法,开发了一种基于FPGA的电动机控制系统,提高了交流电动机控制系统的快速性和稳定性,在高性能运动控制系统中具有重要的应用价值.实验结果表明,此系统具有良好的动静态特性.     

基于CORDIC算法的高分辨率磁编码器设计

高分辨率磁编码器设计方案采用霍尔器件感应随转子旋转的两极磁环产生的磁场得到一对正交的电压信号,经A/D变换后通过CORDIC算法对该信号进行解码,从而获得转子的位置信息.磁编码器的分辨率及测速范围可根据要求自行定制,能够提供增量式输出(正交A/B、z信号;最小有效位信号、无刷直流电机换向所需的U、V、W信号)和绝对式输出(脉宽调制信号、模拟信号)等多种模式的转角位置信号.实验结果证明磁编码器可以提供精确的绝对角度位置信息,在一定转速下每旋转一周可以输出1024个位置信息,即分辨率达到0.35°.磁编码器提供的多种增量式输出信号能够在一定的精度范围内代替多种光电编码器,从而降低了系统成本,有实际应用价值.     

基于CORDIC算法数字下变频的FPGA实现

介绍了基于CORDIC算法数字下变频的FPGA实现,此种方法能同时完成NCO的功能和混频器功能.可以解决基于查找表的DDS实现数字下变频占用FPGA中的乘法器和大量的ROM资源以及输出频谱杂散较大的问题.介绍了CORDIC算法的基本原理,论述了基于CORDIC算法数字下变频结构原理和FPGA实现的具体方法.还在Quartus Ⅱ和Modelsim平台上综合并对滤波器和系统进行功能和时序的仿真.测试结果证明,该方案正确,且有效节省FPGA硬件资源.     

基于遗传算法和余弦序列的数字滤波器设计

有限长单位脉冲响应(FIR)数字滤波器具有系统稳定、线性相位、实现简单等优点,在数字信号处理领域得到了广泛应用:遗传算法具有记忆性、分布性和多样性等优点,广泛用于钾能计算、模式识别、优化设计等领域.本文提出了基于遗传算法和余弦序列相结合的FIR数字滤波器设计方法,即采用对余弦序列加权求和方式生成窗口函数,而加权系数通过遗传算法求解得到,并采用加窗方法实现数字滤波器.为了提高收敛速度和收敛精度,采用了精华模型和浮点编码等有效手段.以低通数字滤波器为例进行了仿真实验,实验结果验证了设计算法的有效性.本文提出的数字滤波器设计算法具有设计灵活、适应广泛、容易实现等优点.     

基于Matlab矢量化编程的节点优化潮流算法的实现

将潮流计算公式矢量化处理,利用Matlab编写潮流程序,并将Matlab的m文件编译成COM组件,可简单实现Matlab和其它语言的混合编程.通过简单的函数调用即可完成如稀疏、解方程等一系列数学运算,并可轻易实现相关图形的绘制.潮流计算中采用AMD算法对修正方程系数矩阵进行节点优化,并采用LDLT算法进行求解,有效地减少了注入元,计算速度成倍提高.在混合编程的模式下,提高了程序开发速度、程序可靠性、计算效率和保密性.