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大功率电磁发射机伪随机编码驱动装置设计与实现

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大功率电磁发射机伪随机编码驱动装置设计与实现

作者：郑起佳北京工业大学

学位级别：硕士

电磁法勘探是地球物理勘探技术中的重要手段。电磁发射机作为电磁信号的发射装置,通过电能的交-直-交变换,将输入的交流电能变换为人工场源电磁法需要的激励源信号。传统的地面电磁探测激励源有双极性方波、梯形波、三角波以及半正弦波... 详细信息

电磁法勘探是地球物理勘探技术中的重要手段。电磁发射机作为电磁信号的发射装置,通过电能的交-直-交变换,将输入的交流电能变换为人工场源电磁法需要的激励源信号。传统的地面电磁探测激励源有双极性方波、梯形波、三角波以及半正弦波。双极性方波等传统周期信号由于频点单一,往往需要扫频发射,工时长,效率低。伪随机序列的功率谱密度在一定频带范围内逼近白噪声特性。与传统信号源激励方式相比,采用伪随机m序列对激励源电流波形进行编码,能够提高电磁探测的深度和分辨能力,单周期发射即可包含频带内所有频点,工时短,效率高。针对电磁法勘探的新方法,即伪随机m序列电磁探测法中需要将伪随机m序列编码电流波形作为发射激励源的需求,设计了一种伪随机编码驱动装置,用于将大功率电磁发射机的发射电流波形编码为伪随机m序列。本文以研究设计一种编码质量高,频率准确度高,时间同步精度高,抗干扰能力强,整体工作性能稳定的伪随机编码驱动装置为目的,根据伪随机电磁探测法要求的技术指标,从理论分析、硬件设计、软件设计与样机实验等几个方面详细描述了其设计过程以及验证结果。本文所作的主要工作如下:首先,详细介绍了电法勘探中常用的方法,通过对比电磁探测方法中时间域电磁法、大地电磁法、可控源音频大地电磁法的优点和局限性,强调了伪随机电磁探测法作为新兴方法的优势。m序列为最长线性反馈移位寄存器序列,有着其他伪随机序列不具有的特点,利用m序列的特点进行相关辨识,可以取得良好的效果。伪随机m序列相关辨识方法与电磁法相结合,构成伪随机m序列电磁勘探法。介绍了伪随机m序列电磁探测法的基本原理与作业方法。其次,采用“从上到下”的设计方法,从硬件整体结构设计出发,先后设计了伪随机编码驱动装置的码型发生与控制器电路、授时与时钟源电路、无线通信电路以及码型输出驱动电路。码型发生电路以FPGA为核心,设计相关辅助电路。控制器电路采用工业控制上常用的TI C2000系列DSP控制器TMS320F28335。授时与时钟源电路采用GPS授时芯片与高精度压控恒温晶振相结合的方式,将GPS授时长期准确、压控恒温晶振短期频率精度高的优点互补。码型输出驱动电路加强了抗干扰设计,采用差分方式传输编码信号。然后,在硬件设计的基础上,完成了m序列发生单元、控制单元以及时间同步单元的软件设计。m序列发生单元在码型发生电路的基础上,利用Verilog HDL语言在FPGA中设计m序列发生模块以及阶数选择、码率控制、发射逻辑控制等模块。控制单元基于DSP控制器,主要设计装置的控制逻辑以及与上位机、FPGA的通信。时间同步单元通过FPGA获取GPS时间,并利用压控恒温晶振的时钟脉冲对1PPS信号进行滤波,同时利用1PPS信号对压控恒温晶振的频率进行校正,达到优点互补的目的。最后,根据伪随机编码驱动装置的硬件设计与软件设计,搭建了工程样机,进行了详细的指标测试,并对工程样机与电磁发射机进行了联合测试。利用伪随机编码驱动装置与电磁发射机进行了大量的伪随机电磁探测法野外勘探实验,实验结果验证了本文设计的可行性与可靠性。

关键词：电磁法勘探伪随机码 FPGA DSP 驱动装置

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液体火箭发动机自锁定机电伺服机构

深空探测学报（中英文） 2021年第1期8卷 27-33页

作者：姜洋兰天郑起佳王智慧赵迎鑫北京精密机电控制设备研究所北京100076

针对我国新一代运载火箭"长征八号"批量生产和"三平"敏捷发射的需求,提出了大推力液体火箭发动机自锁定机电伺服机构方案。采用自锁定模块,设计了紧凑的串联式模块化机电作动器结构和谐振抑制控制策略,并进行了试验研究。结果表明,该方... 详细信息

针对我国新一代运载火箭"长征八号"批量生产和"三平"敏捷发射的需求,提出了大推力液体火箭发动机自锁定机电伺服机构方案。采用自锁定模块,设计了紧凑的串联式模块化机电作动器结构和谐振抑制控制策略,并进行了试验研究。结果表明,该方案可满足长时间水平运输零位锁定需求,具备重力力矩下长时水平测试能力,可抑制液体发动机的低频谐振,适宜批量生产,为我国新一代中型运载火箭"长征八号"的研制工作提供技术支持。

关键词：长征八号伺服机构自锁定谐振抑制

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基于APSoC冗余智能控制驱动平台研制

导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第4期 50-55页

作者：王首浩仲悦郑起佳陈克勤郭燕红北京精密机电控制设备研究所北京100076

针对三冗余机电静压伺服系统的研制需求,设计了基于双核全可编程片上系统(All Programmable System on Chip,APSoC)技术的多总线三冗余伺服控制驱动器。通过数字总线实现子控制驱动模块之间信息共享,采用IP核技术实现硬件加速、多电机... 详细信息

针对三冗余机电静压伺服系统的研制需求,设计了基于双核全可编程片上系统(All Programmable System on Chip,APSoC)技术的多总线三冗余伺服控制驱动器。通过数字总线实现子控制驱动模块之间信息共享,采用IP核技术实现硬件加速、多电机高速并行控制;通过试验验证多电机控制的同步性能和测量细节全还原技术;采用多种温度、压力传感器、过流保护电路等构建伺服系统健康网络体系,结合余度表决和故障切除逻辑搭建了三冗余控制驱动平台,对多任务的不同实时性需求分配任务等级,双核协同工作,研制的产品实物通过了系统验证。

关键词：双核三冗余智能控制健康管理以太网全可编程片上系统

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基于单片机的投料盒智能控制装置

电子技术与软件工程 2020年第15期 104-105页

作者：孙宇伟王怀侠石炎郑起佳北京精密机电控制设备研究所北京市100076

本文设计了一种基于单片机控制系统用于完成对步进电机的全自动控制的控制电路板。本电路控制板具有的构成灵活、扩展方便、抗干扰能力强、可靠性高、编程调试简单、可适应各种恶劣运行环境等优点。

关键词：限流智能驱动高功率

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机载能源系统的发动机调速方法

电子技术与软件工程 2018年第17期 125-126页

作者：何雨昂樊茜郑起佳吴非林强强北京精密机电控制设备研究所北京市100071

随着机器人技术不断发展,对大功率、小体积的便携式能源系统的需求日益增加。在以往的机器人用机载能源系统中,通常使用电机转动带动泵旋转,进而使机器人的液压系统产生油压,最终推动负载动作。该方式需要较大容量的电池、并匹配相应功... 详细信息

随着机器人技术不断发展,对大功率、小体积的便携式能源系统的需求日益增加。在以往的机器人用机载能源系统中,通常使用电机转动带动泵旋转,进而使机器人的液压系统产生油压,最终推动负载动作。该方式需要较大容量的电池、并匹配相应功率的电机。以该方法实现的能源系统续航能力差、输出功率低。从功率密度考虑,使用发动机带动泵转动的工作效率更高,但发动机转速控制较难。本文提出了一种发动机转速控制方法,通过该方法可以实现便携式能源系统的发动机转速稳定控制,该方法经过测试,满足机器人系统使用要求。

关键词：发动机控制机载能源转速闭环

基于GPS的大功率电磁发射机时间同步装置的研制

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电气应用 2015年第8期34卷 120-124页

作者：韩磊张一鸣朱学政郑起佳北京工业大学电子信息与控制工程学院

电磁法勘探是地球物理勘探中一种重要的手段,而在电磁法勘探仪器的研制中,设计发射机和接收机之间的同步又是其中一项非常关键的技术。由于大功率电磁发射机工作时会对时间同步装置产生强电磁干扰,因此指出了现有时间同步方案的不足,设... 详细信息

电磁法勘探是地球物理勘探中一种重要的手段,而在电磁法勘探仪器的研制中,设计发射机和接收机之间的同步又是其中一项非常关键的技术。由于大功率电磁发射机工作时会对时间同步装置产生强电磁干扰,因此指出了现有时间同步方案的不足,设计了一种新型的基于GPS的时间同步装置,对其工作原理和系统组成进行了阐述,重点介绍了时间同步装置在强电磁干扰下且GPS信号失效情况下仍保持较长时间高准确度输出的解决方案。该时间同步装置不仅适用于电磁法勘探仪器,而且可以广泛应用于电力、通信和计算机网络等需要高准确度实时同步的场合。

关键词：电磁法勘探强电磁干扰 GPS 时间同步

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基于ZYNQ7000的伺服控制平台设计

单片机与嵌入式系统应用 2021年第3期21卷 72-75,80页

作者：王首浩郑起佳孙宇伟郭燕红北京精密机电控制设备研究所北京100076

本文设计了基于ZYNQ7000的伺服控制平台,发挥APSoC异构多核架构的优势,将电机控制驱动器常用的控制、采集和算法功能封装成统一的定制化IP核,作为协处理器集成实现并行化硬件加速,详细描述了几种IP核的设计、集成、使用方法和波形测试验... 详细信息

本文设计了基于ZYNQ7000的伺服控制平台,发挥APSoC异构多核架构的优势,将电机控制驱动器常用的控制、采集和算法功能封装成统一的定制化IP核,作为协处理器集成实现并行化硬件加速,详细描述了几种IP核的设计、集成、使用方法和波形测试验证,研制了产品实物,通过了机电伺服系统测试验证。对比目前基于DSP为核心的电机控制方案,本方案具有集成度高、运算速度快、可扩展多电机同步控制等优势。

关键词：电机控制驱动器 ZYNQ7000 AXI4 IP核

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伺服传感器抗干扰与融合滤波技术研究

自动化技术与应用 2023年第4期42卷 53-56页

作者：郑起佳王首浩何雨昂孙思娴北京精密机电控制设备研究所航天伺服驱动与传动技术实验室北京100076

针对大功率机电伺服系统中电磁干扰导致伺服位移传感器数据采集不准确的问题,分析和实现了线位移传感器差分抗干扰技术和基于互补滤波的机电伺服系统传感器数据融合滤波技术。该技术将传统线位移传感器输出改进为差分信号,并将线位移传... 详细信息

针对大功率机电伺服系统中电磁干扰导致伺服位移传感器数据采集不准确的问题,分析和实现了线位移传感器差分抗干扰技术和基于互补滤波的机电伺服系统传感器数据融合滤波技术。该技术将传统线位移传感器输出改进为差分信号,并将线位移传感器采集的伺服位移数据与电机转速数据进行融合,从而获得动态响应好、数值可靠的伺服位移信号。通过在现有机电伺服系统中实现并取得试验数据,验证了该技术的有效性。

关键词：伺服传感器抗干扰融合滤波

基于ZVZCS软开关技术的大功率电磁发射机设计

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通信电源技术 2017年第3期34卷 16-18页

作者：李亮亮张一鸣郑起佳庞连路张心波北京工业大学信息学部北京100124

大功率电磁勘测发射机MTEM作为人工场源电磁法勘探必备的仪器设备,其性能和可靠性严重制约着整个地质勘测的水平。该发射机产生恒定电压源并按一定频率进行逆变发射,分析地下矿体产生的反馈电磁场以此来进行地球物理探测。为获得有效数... 详细信息

大功率电磁勘测发射机MTEM作为人工场源电磁法勘探必备的仪器设备,其性能和可靠性严重制约着整个地质勘测的水平。该发射机产生恒定电压源并按一定频率进行逆变发射,分析地下矿体产生的反馈电磁场以此来进行地球物理探测。为获得有效数据,要求MTEM发射机具有稳定大功率、大电流、质量轻、体积小的特点,为以后大功率地质勘探设备的工业化做准备。文中通过对比分析开关电源各种拓扑结构电路的特点,选用移相全桥ZVZCS变换器作为主拓扑结构,大大降低了发射机开关损耗,并使用伪随机编码作为发射波形,提高了整体探测结果的精度。

关键词：电磁探测 ZVZCS 软开关伪随机编码参数选取