一种基于SVD和Hilbert变换的科氏流量计相位差测量方法

相位差测量是科氏流量计信号处理的核心内容。针对实际应用中信号缓变特性,基于SVD降噪和Hilbert变换,提出一种科氏流量计信号相位差高精度测量方法。首先对信号重叠分段,利用SVD对近似平稳的各信号段降噪并重构原信号,然后由重构信号与其Hilbert变换经三角运算得相位差的时间函数,从而测得相位差。阐述了方法思路与原理,给出了实现步骤和流程,仿真分析了方法收敛特性、测量精度、初始相位差影响及动态测量性能,现场实验验证了方法有效性。结果表明:与现有方法相比,该方法没有迭代运算,不存在收敛过程,无需预知信号频率,且测量精度高,能检测出相位差微小变化。     

基于FPGA的高精度相位测量仪的设计

采用Altera Cyclone Ⅱ系列FPGA器件EP2C5,设计了高精度相位测量仪.测量相位差所需的信号源在FPGA内部运用DDS原理生成,然后通过高速时钟脉冲计算2路正弦波过零点之间的距离,最后通过一定的运算电路得到最终相位值,测相精度为0.01°.     

双积分原理在相位差测量中的应用

提出一种基于双积分T／D（时间／数字）变换原理测量相位差的方法，并对该方法进行了详细介绍和误差分析。这种新方法解决了常用的相位差测量方法在高频信号测量中的缺点，适用于中高频信号相位差的测量。     

应用动态调制与干涉条纹形状测量二维角度

采用四象限探测器接收干涉条纹进行位移测量时,干涉条纹的形状会影响各探测器之间的相位差。本文在建立干涉条纹形状与干涉夹角关系模型的基础上,提出了应用四象限探测器识别干涉条纹形状的方法。通过干涉条纹光强面积分运算方法,推导了干涉条纹形状参数与探测器信号相位差之间的理论公式,并给出了相位差与干涉夹角之间的关系。利用PZT匀速驱动参考镜的方法实现了干涉条纹的动态调制,提高了信号相位差的识别精度。通过椭圆拟合技术实现了相位差在(0,π)的高精度识别,并结合特定的正余弦累积运算实现了(-π,π)相位差的识别,从而完成了偏转角度方向的测量。相对传统CCD条纹形状识别方法,该方法扩大了角度测量范围,且更适合动态测量。与高精度自准直仪进行的比对实验表明,该方法在±300″的测量精度为3″。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

一种轴扭转变形动态测量系统的设计及实现

设计并实现了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的相位差式的扭转变形动态测量系统。该系统以反射式激光测头和制作在旋转轴上的色标带构成敏感转速和作用扭矩的色标传感器,输出信号为脉冲和相位差。此外,以FPGA为核心构建了专用的鉴相、周期及相位脉宽测量模块。仿真、现场标定和实际测试表明,在0~2000N.m量程范围内,系统的综合测量精度小于0.5%满量程,能有效解决恶劣条件下高速转轴扭转角、扭矩及功率等动态测量问题。     

受干扰波相位测量的一种新方法

为了测量受噪声和谐波干扰的两个信号间的相位差，基于自适应带通滤波器（ABF）和测量信道交换技术，提出了一种新的测量方法。ABF采用可编程开关电容滤波器（PSCF）和锁相环，明显地抑制了噪声和谐波干扰，频率跟踪范围超过四个倍频程（0．5Hz-6kHz）。用微处理器控制4个开关来交换测量信道，可以基本上消除测量通道引入的附加相位移。两种方法结合提高了相位差的测量精度。实验说明了该测量方法的有效性，该方法也适合于被测信号为慢时变情况。     

基于LabVIEW的数字式相位差测量仪的设计

介绍3种基于虚拟仪器的相位差测量方法：过零法、频谱分析法（FFT）、相关分析法。通过试验数据,分析了3种方法的误差来源及适用情况。与传统的硬件电路相位差测量方法相比,基于LabVIEW的数字式相位差测量仪具有测量精度高、设计灵活、电路简单等特点。     

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。     

DSP技术在智能功率表中的应用

就目前智能功率表中存在的计算速度和实时性不够高、整体精度和准确度较低等问题,以TMS320VC5402（DSP）为数据处理核心部件、单片机8051为管理中心,将DSP技术应用于智能功率表中,实现了高速、多点采样及大量累加和实时运算,降低了高次谐波对测量精度的影响,其测量精度可达0.02级。     

基于FPGA的喷绘机高速光纤通信系统设计与实现

为解决喷绘机打印数据实时传输问题,将以现场可编程门阵列(FPGA)和串行解串器为基础的高速光纤通信技术应用到打印数据的通讯中。系统中FPGA用于实现通讯数据的存取、8B/10B编解码和CRC校验的功能;串行解串器实现了并/串和串/并转换及锁相功能;光收发一体模块实现了电光转换和光电转换。该光纤通信系统在喷绘机上进行了实际打印试验,应用结果表明系统在300 Mbps通信带宽下能够稳定传输,在120小时的连续测试过程中没有出现打图错误现象。实现了高可靠性、长距离、高速数据传输的功能。     

基于FPGA的异步电动机变频调速系统

针对传统的单片机(MCU)或数字信号处理器(DSP)以软件方式实现的控制系统普遍存在速度慢、稳定性差等问题,以实现全数字电机控制器的集成化为背景,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)硬件设计方案,并结合EDA模块化的设计方法和Verilog HDL硬件描述语言,在一片FPGA芯片中得到了验证和实现;采用"top-down"设计思想,对系统按功能划分模块进行了设计;首先对各功能模块进行了设计、仿真、验证,然后将整个系统组合起来进行了仿真、验证,最后利用FPGA进行了硬件验证;在此基础上,完成了异步电机SVPWM调制方式的V/F开环变频调速系统的实验。研究结果表明,该系统稳定性高、占用资源少、复用性高,在实时性、灵活性等方面有着MCU、DSP无法比拟的优越性,为设计高性能的电机控制专用芯片奠定了基础。     

基于双DSP和FPGA的导航处理系统设计

机电技术的发展为惯性测量系统的大量应用奠定了基础。针对深海导航应用场合,为了提高深海惯性导航的精度和实时性,设计了基于双数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑门阵列（FPGA）的捷联惯性导航计算机,成功构建了低成本、小型化的捷联惯性导航系统（SINS）。重点描述了双DSP和FPGA导航计算机的硬件设计思路。扼要介绍了系统软件的框架结构。与目前大多数的惯性导航系统相比,该系统体积小、重量轻、功耗低,适用于运算复杂的嵌入式惯性导航系统。实验室车载实验结果证明了上述设计的正确性和可行性。     

基于FPGA的直接数字合成器的设计

介绍了直接数字合成器（DDS）的基本组成及工作原理,采用QUARTUS1I软件提供的模块和VHDL语言自行设计的寄存器,实现了现场可编程门阵列（FPGA）的相位累加器和波形存储表的设计。通过频谱分析研究了DDS的输出频谱,分析讨论了引起输出杂散的原因及改善杂散的方法。研究结果表明,该设计具有较高的实际应用价值。     

基于SOPC技术的视频图像处理系统研究

视频图像处理系统从最早期的以模拟系统为主逐步向数字化转变,而目前常用的用数字信号处理专用芯片(digital signal processor,DSP)做处理器的数字视频图像处理系统在高速信号实时处理中难以达到要求,系统可靠性低;相对而言,FPGA用于实时图像处理,在速度上具有很大的优势,其内部自身结构易于实现分布式的算法结构,使得各功能块可以同时工作,更有利于高速数字信号处理。FPGA(现场可编程门阵列)设计技术将尽可能大而完整的电路系统在单一SOPC(片上可编程系统)中实现,从而使得所设计的电路在规模、可靠性、开发成本、产品维护和硬件升级等多方面实现最优化。     

一种基于FPGA的并行通讯模块的实现

针对横机控制系统内部存在高速、海量的数据通讯的特点,利用可编程逻辑门阵列（FPGA）丰富的逻辑资源,构造了一个双口RAM并行通讯模块,设计了配套的通讯协议,并对双口RAM存储空间进行了划分。研究结果表明,该模块具有通讯效率高、集成度高和通用性强的优点。实际应用结果表明,该模块完全满足横机控制系统的通讯要求。     

基于分段多项式的直接数字频率合成器设计

为提高直接数字频率合成器（DDS）系统的性能,将分段多项式逼近算法应用于优化相幅转换电路中,实现了基于此结构的直接数字频率合成器设计。提出了适合在流行的现场可编程门阵列（FPGA）平台上实现的电路结构方案,进行了硬件实验,给出了在Altera Cyclone II器件中的实现结果,并在性能和资源消耗方面与基于ROM查找表的方案作了比较。研究结果表明,由于避免了庞大的查找表,这一方案大大减小了电路面积,提高了系统性能。     

基于误差反馈学习的永磁同步电机变负载有限时间速度控制

针对传统永磁同步电机调速系统面对变负载和大范围调速时,P、I参数需要频繁调整且速度跟踪不理想的问题,提出了一种基于误差反馈学习结构的永磁同步电机有限时间速度控制方法。在对永磁同步电机运动方程分析的基础上,使用非线性PI和径向基神经网络建立了速度环控制器模型。前者保证控制系统收敛和稳定,其输出作为神经网络的误差学习参数;后者基于终端滑模理论设计参数调整律,加快神经网络的参数收敛速度,使得神经网络的输出逐渐取代非线性PI成为控制系统的主要控制器。利用李雅普诺夫稳定判据分析了控制器的收敛性,并在永磁同步电机调速系统上进行了试验。研究结果表明,基于误差反馈学习结构的有限时间控制策略能够减小系统静态误差和抖振,具有一定的抗干扰能力。     

Error separation in CMM coordinate metrology

测量形状误差是精密制造业质量控制的关键部分。坐标测量机(CMM)是自动化精确测量维度尺寸和几何形状的机器。本文选用两种类型的坐标测量机触发探针进行标准工件测量,旨在研究不同的每转波数(UPR)时不可预见的动态固有误差的影响。整个实验过程使用探针类型和探针速度参数,采用快速傅立叶变换分析实验结果,得到受CMM机械结构和探针扫描速度影响而可预见的几何误差。实验结果表明,UPR的数量在进行圆形测量时对CMM准确度水平起非常重要的作用。本文对探针系统和坐标测量机结构响应的具体误差公式也进行了假设与分析,以经验数据来预测PRISMO-Bridge-CMM在NIS中的准确度。     

基于快速原子力显微镜的正弦驱动信号设计

随着人们对微观世界的探知需求,原子力显微镜（AFM）的扫描速度与扫描范围愈发限制其在纳米级领域的应用。各种提高AFM扫描速度的手段应运而生。通过分析扫描速度过快对图像的影响以及对正弦驱动可行性的考察,利用Filed Programmable Gate Array（FPGA）为核心,结合基于PCI04控制系统的AFM的快速扫描的特点,设计正弦波驱动信号。设计中采用查表的方式以及嵌入式nios Ⅱ处理器,实现正弦信号的输出与串口通讯。从而将AFM扫描探针的驱动信号由传统的三角波变为正弦波以提高其扫描速度。