基于FPGA的控制系统高效通信架构的设计与实现

为实现分布式系统高效数据传输和控制实时性要求,提出一种应用于集散控制系统的实时、高效通信架构(控制系统内部扩展总线),并且具体地给出总线接口的软硬件设计方法及总线协议的设计方法.通信架构主要由可编程逻辑阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)及ARM7嵌入式微处理器构成,在保证总线高速传输特性的基础上,实现了目标模块无冲击热插拔.在总线接口上,采用双通道和并行通信设计以提高系统的传输效率,采用通道间热冗余设计以提高总线传输的可靠性;在总线结构上,采用高效的二级缓冲和电气扩展以提高系统的可扩展性和柔性.该架构方案在控制系统原理样机上得到应用验证,结果表明具有良好的实时性和可靠性.     

主动队列管理算法的现场可编程门阵列硬件实现方案

提出了主动队列管理(AQM)算法的现场可编程门阵列(FPGA)硬件实现方案,以提高算法的执行速度和实时性,降低路由器的资源占用。编写了串口通信程序来实现FPGA与软路由器(IPCop)的数据传输,并将该实现方案应用于随机早期检验(RED)算法。实验结果表明,在硬件层面上实现了FPGA与路由器的通用通信接口以及RED算法快速、有效的拥塞控制功能,为FPGA实现其他AQM算法提供了一种有效可行的方案。     

基于232总线的步进电机集散控制系统

以2台步进电机为控制对象,完成了一套集散控制系统的整体设计.该系统由上位机(PC机)和下位机(单片机控制系统)组成,通过Visual Basic的串行通信控件MSComm和RS-232总线完成两者之间的通信.上位机发出控制指令,通过串行口通信,由下位机完成两台步进电机的速度与方向控制,并在上位机上实现步进电机速度的实时显示.实时运行结果表明了该系统的实用性和可靠性.     

基于FPGA的模糊控制器的设计

为提高模糊控制器的推理速度,研究了一种以FPGA(FLEX10k20)为核心器件,通过VHDL语言设计的两输入单输出模糊控制器的方法.阐述了知识库存储、模糊化、模糊推理以及逆模糊化模块在FPGA中的设计方法.该模糊控制器的推理过程既有并行又有串行,推理速度可达375 KLFIPS,可用到各种实时性要求高的模糊控制系统中.     

高压隔离开关电机操动机构控制系统

为了实现高压隔离开关(DS)的智能化操作,需对其操作过程中开关触头速度进行有效控制.在高压断路器电机操动机构控制系统的基础上,提出并设计了高压隔离开关无刷直流电机机构调速控制系统.控制系统通过采用双闭环PID控制策略对电机的绕组电流和转速进行调节,进而控制机构运动过程,以实现开关触头能够在特定行程点达到特定的速度,满足DS分合闸速度要求.以550 kV DS无刷直流电机操动机构为控制对象,研制了以数字信号处理器(DSP)为核心的操作控制系统并进行了大量实验.实验结果表明,DS电机操作机构采用上述控制系统,能够实现高压隔离开关在操作过程中对速度的实时调节控制,且具有响应速度快、稳定性好以及实时性强等优点.     

多任务、全双工串口通信的Visual Basic实现

利用VisualBasic开发工具编写了发电机励磁控制系统中工控机和单片机之间的通信程序 ,介绍了利用全双工串行方式实现多种通信任务的切换的方法 .在保证系统实时性和通信准确性的前提下 ,通过特定的通信规约灵活地实现通信任务     

基于FPGA的高斯滤波器的快速实现

为了降低高斯滤波器的结构复杂性,提高计算速度,提出基于FPGA的串联多级均值滤波器快速逼近高斯滤波器的方法,通过VHDL语言实现滤波器设计并给出在FPGA上的仿真实现结果.该方法简化了高斯滤波器的设计结构,提高了响应速度.实验结果表明：整个滤波器的实现时间可以跟FPGA的工作频率同步,满足了数据流实时性的要求.该设计可以应用到实时的信号处理过程中.     

基于FPGA的HDLC协议控制器

为了实现军航管制系统中雷达数据的可靠传输,根据HDLC协议的帧结构和循环冗余校验(CRC)原理,提出了一种新型的基于并行机制的HDLC协议控制器,讨论采用FPGA新技术实现 HDLC协议帧的构成、解析模块及其内部的CRC码生成、检验模块的方法.在FPGA内部采用硬件描述语言(HDL)并行设计多通道的高级数据链路控制(HDLC)协议控制器,该协议控制器有效利用FPGA的片内硬件资源,实现了并行解析和生成多通道的HDLC协议报文,提高了数据通信系统中的多通道扩展性、实时性和稳定性.     

FPGA串行通信电梯的研究

本文通过对串行通信特点的研究,分析了串行通信电梯的特点,以及单片微机实现串行通信控制系统的优缺点,设计了采用FPGA可编程器件的串行通信电梯控制系统。     

一种模型预测控制器的FPGA硬件实现

针对快速动态系统对模型预测控制(MPC)的微型化和高实时性的需求,提出了一种MPC控制器的现场可编程门阵列(FPGA)硬件实现方法。MPC中的二次规划(QP)问题采用粒子群优化(PSO)算法进行求解。通过分析算法的特点,对算法计算步骤进行循环展开、流水线等优化处理,充分利用FPGA的硬件并行计算特性提高MPC的在线计算性能,最终得到MPC控制器的最优实现方案。最后以电子节气门的跟踪控制为例,在实验平台上进行了实时仿真实验,验证了基于FPGA硬件实现方法设计的MPC控制器的有效性和实时性。     

整数小波变换在图像处理系统中的应用

随着互联网的普及和图像应用范围的不断扩大,对图像的处理提出了新的要求,为满足高速实时图像处理的要求,提出一种基于FPGA为辅助单元,ADSP-BF561处理器为核心图像数据处理单元的并行系统结构。其中DSP负责图像处理,FPGA负责实现整个系统的数字逻辑及I2C总线的配置,增加了该系统的灵活性及实时性。同时结合离散整数小波变换算法,在硬件系统上实现了整数小波变换,取得了较好的试验效果。     

基于CPCI总线的雷达信号处理系统

针对雷达数据流的高速、实时传输问题和非实时操作系统中信息传输的瓶颈问题，基于CPCI国际标准总线、高速TMS320C6416 DSP芯片以及FPGA器件等硬件设备，设计了一个通用的雷达信号处理系统．实验结果表明，该系统具有通用性、可编程性、兼容性、实时性等特点；该系统的设计成功为雷达等电子设备的信号处理分机设计提供了一条新的思路、     

基于CCD相机的转台转动速度测量方法研究

针对传统测速方法不能满足高速高精度下测量的要求,在研究CCD （Charge Coupled Device）相机的工作原理及特点的基础上,实现一种以现场可编程逻辑器件（FPGA,Field Programmable Gate Array）为控制核心的转台转动速度测量系统。工作在外触发方式下的高帧频CCD通过Camera Link接口作为相机图像数据的输入,利用FPGA的高速并行特性完成了高帧频数字图像的采集、数据流的缓存控制,并且综合分析了自相关算法的原理和过程,给出了该算法完成测速系统的具体实现方法,最后得出的速度通过通信端口实时的发给上位机。经试验验证：利用高帧频CCD相机的测速方法可精确测量转台转动的速度,系统误差率低且稳定可靠。     

均匀传输线的高速数据采集系统设计

以单片机C8051f020作为主控制器,现场可编程门阵列(FPGA)作为主要的高速存储器,闪电型芯片ad9054为高速模数转换器,设计并实现了应用于采集均匀传输线回波信号的高速数据采集系统.通过实验,很清晰的观测到了传输线上行波的反射和延时现象.     

均匀传输线的高速数据采集系统设计

以单片机C8051f020作为主控制器，现场可编程门阵列（FHGA）作为主要的高速存储器，闪电型芯片ad9054为高速模数转换器，设计并实现了应用于采集均匀传输线回波信号的高速数据采集系统．通过实验，很清晰的观测到了传输线上行波的反射和延时现象．     

基于嵌入式系统的智能数据采集系统

将 μC/OS Ⅱ实时嵌入式操作系统移植到高性能 1 6位单片机 80C1 96KC上 ,选用两片MAXIM公司八通道同步十四位A/D转换芯片MAX1 2 5构成实时高速十六通道同步数据采集系统。以IntelCHMOS高性能 1 6位单片机 80C1 96KC为核心 (MCU) ,并选用Lat tice公司可编程逻辑器件CPLD扩展 64路数字量采集和输出 ,数据采集系统可通过RS 485通信总线与其它系统建立通讯。该系统能广泛应用于电力系统、自动控制系统等对数据采集速度、精度、实时性要求高的场合 ,具有较强的应用价值。     

基于ARM和FPGA高速1553B总线测试系统的设计

鉴于传统的1553B总线设备传输速率低、接口单一化等不能满足实际应用需求的问题,利用Zynq-7000芯片设计一套基于嵌入式ARM控制器和FPGA的高速1553B总线测试系统.采用自顶向下的设计方法,对ARM(PS部分)、FP-GA(PL部分)分别进行设计.PS部分采取USB和以太网双接口完成跟PC机的数据通信;设计IP核实现符合1553B总线协议的编解码处理功能.通过Xilinx自带仿真工具ISE Simulator对各个模式下消息传输进行时序仿真,表明系统提高了1553B总线接口传输速度,使得总线设备与PC机通信更加方便满足实际应用.     

高速并条机自调匀整控制系统研究

针对高速并条机自调匀整控制周期短、实时性要求高的特点,本文对并条机自调匀整控制系统的硬件和软件进行了研究。采用了基于硬件触发的定长中断,保证了在高速下的精确控制,显著提高了控制精度。在上下位机通讯中采用了基于CAN总线的中断方式,提高人机界面的交互速度。同时,在软件结构上采用了双中断技术,克服了相互冲突和干扰等难题,降低了控制系统的硬件成本。并条机自调匀整控制系统的试验取得了较好的效果。     

基于快速分布式主从控制的PCS系统

针对分布式控制的并联逆变器系统（PCS）的环流问题,提出一种快速分布式主从控制方法.这种控制方法是依靠高速通讯总线传输实时的电流指令数据,取代了传统电流有效值指令,实现主机和从机的均流控制.由于从机的电流信号在通讯总线传输过程中延时,所以PCS系统存在一定环流.将信号延时作为输入变量,PCS系统的环流作为输出变量,构建数学模型.基于该数学模型的分析,可以得出结论：通过调整控制器参数可以有效限制PCS系统环流.理论分析和实验结果表明这种分布式控制方法可以有效抑制PCS系统的各套逆变器之间的环流.