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基于labview fpga的内模反馈控制仿真与实验研究

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基于LabVIEW FPGA的内模反馈控制仿真与实验研究

作者：季长涛哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

振动控制是振动工程领域一个重要的研究方向。有源控制由于其良好的外部扰动频率变化的适应性和低频控制性能,现在已成为振动工程领域中的热点。本文的研究方向主要是自适应内模反馈控制在有源控制中的应用。论文以NI公司的Lab VIEW软... 详细信息

振动控制是振动工程领域一个重要的研究方向。有源控制由于其良好的外部扰动频率变化的适应性和低频控制性能,现在已成为振动工程领域中的热点。本文的研究方向主要是自适应内模反馈控制在有源控制中的应用。论文以NI公司的Lab VIEW软件为开发平台,采用图形化编程的方式,开发了基于自适应内模反馈控制算法的仿真和控制软件,并在此基础上进行了振动主动控制的仿真和实验研究。本文首先详细推导了自适应标准LMS算法,对算法的稳定性做了理论分析,并将其应用于系统辨识。然后推导了前馈滤波x-LMS算法,在考虑到前馈控制需要参考信号,而参考信号有时不易获得时,前馈算法并不适用,因此进一步推导了内模反馈算法。以labview为平台,编写了系统辨识、基于离线辨识的内模反馈控制仿真程序,进行了单通道、双通道耦合的仿真分析,验证了开发程序的正确性和稳定性。由于传统的操作系统例如Windows下定时精度较低,而在时序要求严格的测控方面并不满足要求。因此,本文以labviewfpga为开发工具,开发了基于fpga的控制算法程序,通过读写控件和先进先出队列(FIFO)实现fpga与RT (Real Time)实时控制器的数据交换。fpga (Field Programmable Gates Array)控制器主要负责内模控制算法运行,RT实时控制器保证算法运行以及A/D、D/A的实时性。通过打开fpga VI引用,调用fpga程序,并对系统辨识和基于离线辨识的内模反馈控制进行了仿真研究。在算法仿真研究的基础上,本文以NI公司生产的PXIe-8135实时控制器和PXI-7966R高性能fpga控制器为硬件平台,以PXI6280/6123/6733实时数据采集卡以及SCXI-1125/1142/1102B等信号调理卡为A/D、D/A的硬件设备,在悬臂梁模型台架上进行了系统辨识和内模反馈控制的实验研究。实验表明,实时环境下可以精确的实现A/D、D/A和控制算法的运行。在误差通道离线辨识的基础上,实验过程中,在单频20Hz激励均取得了较好的控制效果。本文的仿真和试验均表明,labview平台具有良好的人机交互性,并且极大地缩短了开发的周期,能够高效、便捷的进行振动主动控制的仿真研究。通过使用labview RT和labviewfpga模块,开展振动主动控制的试验,能够保证算法对实时性的要求。

关键词：振动主动控制 labview fpga 内模反馈控制算法误差通道辨识

基于labview fpga的某应答机测试系统研制

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基于LabVIEW FPGA的某应答机测试系统研制

作者：宋志一哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

应答机是飞行器与地面测控站之间实现信息交互的重要设备,其可靠性对于飞行器的稳定运行具有重要意义,因此在其设计、生产、服役的各阶段均需要对其进行测试。然而,传统的由分立仪器构成的应答机测试设备普遍存在体积大、工作频段固定... 详细信息

应答机是飞行器与地面测控站之间实现信息交互的重要设备,其可靠性对于飞行器的稳定运行具有重要意义,因此在其设计、生产、服役的各阶段均需要对其进行测试。然而,传统的由分立仪器构成的应答机测试设备普遍存在体积大、工作频段固定、信号处理实时性不强等问题,难以实现对应答机的自动化全面测试。针对以上问题,本文开发基于labview fpga平台和PXIe模块化仪器的某型号飞行器应答机测试系统,为应答机的全面测试提供更完备的方案。本文首先针对某应答机的测试功能和技术指标需求,确定了以PXIe模块化仪器为硬件平台、以labview fpga为主要开发工具的总体设计方案。系统采用矢量信号发生器实现应答机上行信号的生成和发射,矢量信号分析仪实现应答机下行信号的接收和处理,多用表、示波器实现应答机电气、波形测试,串行通信板卡实现飞行器主控计算机模拟。硬件平台中的基带信号产生、中频信号接收、本地振荡器、混频器等模块均采用独立PXIe模块实现,提升了系统的可升级性。此外,利用labview fpga开发环境实现测试系统中测试信号的本地处理,极大地提升了测试系统信号实时处理能力和测试的覆盖性。以此为基础,本课题重点研究应答机测试系统中核心部分上下行通信链路的关键技术和实现方法:上行通信链路设计包括卷积编码、交织、扩频调制、DQPSK调制等模块的设计;下行通信链路设计包括数字下变频、DQPSK解调、扩频解调、帧同步、去交织、维特比译码等模块的设计,其中重点研究了基于CORDIC算法的并行数字下变频fpga设计以及基于Costas载波同步算法和Gardner符号同步算法的联合同步算法fpga设计,提升了系统的信号处理性能。利用labview fpga平台配合Vivado开发环境实现各个算法模块的设计,并对各模块进行了仿真验证,证明了其功能的正确性。本文使用labview开发工具进行了系统上位机软件的设计,利用台式示波器、应答机模拟器、真实应答机等设备验证了系统各部分功能的正确性,最后进行了测试系统整体功能验证,结果表明,本文所设计的应答机测试系统满足系统功能和技术指标需求。

关键词： labview fpga 应答机测试 DQPSK DSSS 交织卷积码

基于labview fpga模块的变速恒频双馈电机仿真

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基于LabVIEW FPGA模块的变速恒频双馈电机仿真

作者：衷鹏华北电力大学

学位级别：硕士

能源危机日益严重,优化能源结构、发展清洁环保的可再生能源迫在眉睫。风电产业茁壮成长,风电技术发展迅速,但我国风电产业起步较晚,技术多从国外引进,自主研发能力薄弱,因此提高自主研发能力是当务之急。将仿真技术应用于对风电技术的... 详细信息

能源危机日益严重,优化能源结构、发展清洁环保的可再生能源迫在眉睫。风电产业茁壮成长,风电技术发展迅速,但我国风电产业起步较晚,技术多从国外引进,自主研发能力薄弱,因此提高自主研发能力是当务之急。将仿真技术应用于对风电技术的研究不受环境限制,具有可视化、快速化、成本低、通用性好等特点。本文中交流励磁双馈电机仿真分为三部分：主控计算机、上位机和下位机,在下位机labview fpga平台上搭建了电机模型及其矢量控制系统进行仿真,并实现了主控计算机、上位机、下位机之间的通信,可以在主控计算机上进行参数设置及图形显示。本文采用labview fpga模块作为变速恒频双馈电机仿真平台,使用labview图形化编程技术开发fpga应用,既有软件编程的灵活性,又有硬件电路执行的速度和稳定性,还可与I/0模块配合使用,应用于硬件在环(HIL)实时仿真。对变速恒频风电系统中交流励磁双馈电机的研究,采用了等功率坐标变换和基于定子磁链定向下矢量控制的思想。首先,建立了交流励磁双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型;再经过等功率坐标变换,得到了电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型;然后,进一步规定定子磁链为两相同步旋转坐标系的d轴取向,推导出了电机矢量控制系统;最后对交流励磁双馈电机的空载并网控制、最大风能追踪控制以及有功和无功功率的解耦控制进行了实验仿真,验证了电机模型及其矢量控制策略的正确性,并优化了PID控制器参数。

关键词：风电技术 labview fpga 变速恒频交流励磁双馈电机定子磁链定向矢量控制

一种基于labview fpga的运载火箭数字量接口测试方法

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自动化与仪表 2023年第12期38卷 95-98,109页

作者：黄皓刘靓北京宇航系统工程研究所北京100076

在运载火箭综合试验过程中,为提高测量系统在综合试验中的数字量接口测试的通用化和自动化水平,该文设计一种基于PXI总线的外系统等效器发送数字量信号模拟源的方法,通过labview fpga模块方式来模拟控制系统的加表、陀螺脉冲、计算机字... 详细信息

在运载火箭综合试验过程中,为提高测量系统在综合试验中的数字量接口测试的通用化和自动化水平,该文设计一种基于PXI总线的外系统等效器发送数字量信号模拟源的方法,通过labview fpga模块方式来模拟控制系统的加表、陀螺脉冲、计算机字,使用labview图形化编程方式在上位机在线下载和编译fpga逻辑,从而实现数字量信号时序逻辑的软件自定义。该方法成功应用于某运载火箭型号测量系统综合试验,易于状态升级需求和移植到其他型号,具备较强的扩展性。

关键词：等效器 labview fpga 数字量信号

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基于labview和fpga的超声波探伤数据处理系统设计

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控制与信息技术 2022年第2期 12-21页

作者：谭群林张东方夏浪胡亮钟盛株洲时代电子技术有限公司湖南株洲412001

fpga在通信、控制、数据采集、信号处理、图像视频处理方面都有着广泛应用;labview fpga是一种开发效率高、代码可读性好、库函数丰富的嵌入式图形化开发环境,主要支持National instrument公司的fpga板卡。为满足多通道、高宽带和大吞... 详细信息

fpga在通信、控制、数据采集、信号处理、图像视频处理方面都有着广泛应用;labview fpga是一种开发效率高、代码可读性好、库函数丰富的嵌入式图形化开发环境,主要支持National instrument公司的fpga板卡。为满足多通道、高宽带和大吞吐率的应用要求,同时达到使用labview开发自主设计的fpga板卡来降本增效的目的,文章设计了一种超声波探伤数据处理系统,其采用fpga搭建系统硬件架构,采用labview搭建底层软件架构。文章全面阐述了基于fpga搭建DDR3内存、Flash存储器、双千兆以太网、编码器、超声激励、超声数据采集、UART收发器及接口互连(I2C)等硬件电路的构建原理,系统地介绍了基于labview设计DDR3读写、以太网通信、超声数据信号处理等并行线程的顶层构建方法,详细描述了Socket CLIP、IP Node技术实现labview与底层硬件之间的互联互通。最后以实际应用案例论证了用labview开发自研的fpga板卡的可行性,一方面,采用该系统可节约60%的硬件成本,缩小30%~50%的PCB面积;另一方面,成功实现了labview下创建自研fpga目标机的应用模式,它不仅可以发挥labview图形化编程的高效性能,而且还可以发挥自研fpga板卡带来的超高性价比,提升60%的开发效率。

关键词：无损探伤超声波滤波器 IP核 labview fpga fpga IP集成节点

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时分复用双光子成像系统高速数据处理研究

计算机测量与控制 2024年第9期32卷 290-298,306页

作者：张美林贾豫东北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

为满足高频脉冲时分复用的双独立扫描探测双光子显微成像系统中信号解多路复用、行场同步、像素值重建的需求,对高速数据的采集处理进行了研究;基于labview fpga,结合有限状态机、FIFO缓存和并行流水线等技术,设计了一种多功能采集处理... 详细信息

为满足高频脉冲时分复用的双独立扫描探测双光子显微成像系统中信号解多路复用、行场同步、像素值重建的需求,对高速数据的采集处理进行了研究;基于labview fpga,结合有限状态机、FIFO缓存和并行流水线等技术,设计了一种多功能采集处理系统,通过精确的时序控制,成功实现了高速数据的无损解复用和后续成像数据处理,并能够对共振振镜非线性运动导致的图像畸变进行校正;经过调试仿真和实验测试表明,在系统单通道采样率800 MSPS、200 MHz fpga处理时钟下,能够对160 MHz时间交错激光脉冲产生的来自不同位置的相应荧光信号进行复杂处理;经实际应用表明,系统满足实时成像的需求,为相关领域的研究者提供了有益的参考。

关键词：时分复用双光子显微成像系统高速数据解多路复用像素值重建图像畸变 labview fpga

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面向LTE-R的多频点APD测量技术及实现的研究

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面向LTE-R的多频点APD测量技术及实现的研究

作者：胡延北京交通大学

学位级别：硕士

LTE-R（LTE for railways）是面向铁路应用的下一代专用无线通信系统,亟需评估电气化铁路电磁骚扰对LTE-R的影响。同时,幅度概率分布（Amplitude Probability Distribution,APD）测量法可以获得比传统的准峰值以及其他检波方法更多的关... 详细信息

LTE-R（LTE for railways）是面向铁路应用的下一代专用无线通信系统,亟需评估电气化铁路电磁骚扰对LTE-R的影响。同时,幅度概率分布（Amplitude Probability Distribution,APD）测量法可以获得比传统的准峰值以及其他检波方法更多的关于电磁骚扰特性的信息,且研究表明骚扰信号的APD与通信系统的误码率相关,因此可以利用骚扰信号的APD评估其对LTE-R系统的影响。但由于LTER系统采用了正交频分复用技术,具有大量的正交子载波,而在各个子载波频率上同时同步测量骚扰信号的APD比较困难,因此本文基于NI Flex RIO仪器和Lab VIEW fpga软件开发平台研究了多频点APD测量接收机的关键技术,并成功开发了测量接收机,同时也搭建了接收机的验证平台。在测量接收机部分,首先射频前级模块采样接收信号,并通过硬件接口将数据传输至fpga中。在fpga中,为实现多频点测量功能,接收机基于快速傅里叶变换和高吞吐率数学函数,区分信号的各个频点。由于其输出数据动态范围大,采用循环移位和高吞吐率自然对数运算模块,设计了符合Lab VIEW数据流编程模式的对数压缩算法,实现数据的非均匀量化。同时,采用双端口随机存储器作为实时数据缓存,实现对压缩后数据同时同步的APD统计测量。最后,通过直接存储器访问机制,将测量结果传输至上位机,并在上位机处理数据后,实现了APD和频谱的显示功能。在接收机的验证平台部分,由于本测量接收机主要面向LTE-R系统的干扰信号APD统计测量需求,因此基于NI-5793和NI-5792,开发了正交频分复用信号的射频发射和接收半实物仿真平台,同时在发射端上位机实现了信号的基带调制,在接收端上位机实现了接收信号的基带解调和误码率计算。本文通过单频正弦信号和多频合成信号对多频点APD测量接收机进行了校准测量和功能验证,测试结果表明测量结果中的最大概率电平与理论值的误差通常小于0.1d B。对于接收机的验证平台,构造了伪噪声序列作为初始比特,接收端的星座图和误码率测试结果验证了验证平台的功能。最后,本文基于现有的干扰信号APD与系统误码率的关系的理论模型,分别利用干扰信号的测试和理论APD结果估计系统的误码率,并利用验证平台测试相同干扰条件下的误码率,通过对比分析相关实验结果验证了测量接收机的功能,其结果证明实测APD与理论APD的误差较小,利用APD测量接收机的结果估计的误码率与验证平台测试得到的误码率之间的关系符合预期。

关键词：幅度概率分布测量系统信号采集 NI FlexRIO labview fpga

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基于fpga的风电机组仿真实验研究

基于FPGA的风电机组仿真实验研究

作者：叶元谦华北电力大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展和工业规模的扩大,能源消耗飞速增长,环境能源问题日益严重,优化能源结构、发展清洁环保的可再生能源已迫在眉睫。风能是可再生的清洁能源,发展风力发电等可再生能源发电技术,有望从根本上解决我国能源和电力短缺问... 详细信息

随着科学技术的发展和工业规模的扩大,能源消耗飞速增长,环境能源问题日益严重,优化能源结构、发展清洁环保的可再生能源已迫在眉睫。风能是可再生的清洁能源,发展风力发电等可再生能源发电技术,有望从根本上解决我国能源和电力短缺问题。仿真技术由于其可视化、快速化、成本低、通用性好等特点被广泛应用于风电技术研究当中。本文使用labview图形化编程技术开发fpga应用,将风电机组仿真分为三部分：主控计算机、上位机和下位机。在主控计算机上采用叶素理论建模法搭建风轮模型、风电机组参数配置以及运行控制平台,然后下载至上位机PXI机箱中运行,在下位机labview fpga模块中搭建交流励磁双馈电机模型,采用基于定子磁链定向下矢量控制的策略,对于fpga的通讯模块进行合理的参数设置,实现上位机与下位机之间的数据通信。仿真运行结果由PXI机箱中实时控制器的以太网口传输给主控计算机,从而实现风电机组通信速率为lms的实时仿真,并观察在不同的风速下,风电机组的空载并网控制、额定风速以下的最大风能捕获控制以及超出额定风速后的恒功率控制运行情况,验证了机组在控制策略选择上的正确性、科学性。

关键词：风力发电风电机组 labview fpga 变速恒频实时仿真

UHF频段RFID空中接口协议测试系统设计

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UHF频段RFID空中接口协议测试系统设计

作者：郑辉北京邮电大学

学位级别：硕士

射频识别(RFID)是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。目前,RFID技术在国内外发展很快,很多国家都在不遗余力地推广射频识别技术。然而,射频识别技术本身还存在着一些尚未解决的问题,使它还未能走向大规模应用,只局限于小范... 详细信息

射频识别(RFID)是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。目前,RFID技术在国内外发展很快,很多国家都在不遗余力地推广射频识别技术。然而,射频识别技术本身还存在着一些尚未解决的问题,使它还未能走向大规模应用,只局限于小范围的示范应用。其中最急需解决的问题是全球没有RFID国际标准,多个组织制定的不同频段的不同标准在国际上存在着不兼容性。因此,通过建立RFID测试平台,提出RFID产品的系列测试方法,将来可以建立开放式RFID软硬件产品的联合测试平台,制定系列RFID软硬件产品测试标准与规范,最终形成RFID技术的测试标准体系,满足RFID技术研究测试、应用测试等公共服务需要。从而有助于促进整个RFID产业链的形成和发展。基于上述研究背景,本文设计与实现一个RFID通用测试平台。本文首先介绍了RFID的基本理论及软件无线电的基本概念。在此基础上,以UHF频段为切入点,详细讨论了UHF RFID测试平台的硬件和软件的设计方案。本测试平台硬件采用NI公司的IF RIO结合A/D、D/A转换器、数字下变频器(DDC)、数字上变频器(DUC)以及DSP设计实现仿真读写器来实现与标签的实时通信。并在此基础上构建RFID测试平台。本文的软件平台为图形化编程语言labview,并依据ISO/IEC 18000-6 Type C空中接口标准进行软件的设计,通过RFID一致性测试和性能测试,验证测试平台的通用性,并且对RFID测试系统性能进行了评估。

关键词： UHF RFID测试平台软件无线电 labview fpga