基于双NIOS Ⅱ核FPGA励磁控制系统的研究与设计

根据国内外励磁控制系统发展的趋势,研究与设计了以Altera CycloneⅡEP2C20F484C7 FPGA为核心控制芯片,具有模糊自调节PID的励磁控制系统。设计中以SOPC技术为基础,采用基于FPGA的NIOSⅡ核处理器,在实现设计方案的同时尝试使用了多NIOSⅡ核架构,成功验证了硬件设计和控制算法的软件实现。实验证明,基于双NIOSⅡ核的发电机励磁控制系统能够快速、稳定地达到所需励磁电压,具有很好的推广前景。     

基于NIOSⅡ的高可靠性1553B总线接口实现

针对当前1553B总线接口芯片为国外所垄断的情况,提出了基于Altera公司NIOSⅡ软核处理器实现1553B总线接口的嵌入式系统设计方案.采用SOPC技术和软硬件协同设计思想,把NIOSⅡ软核CPU与用户外设集成在一块FPGA上,在NIOSⅡIDE开发环境中编写软件;并用VHDL语言设计了自检测配置电路以实现1553B总线接口的高可靠性要求.该1553B总线接口经检测表明,能够满足MIL-STD-1553B数据总线标准,具有良好的军事和经济效益.     

基于FPGA的无刷直流电机舵机控制器设计

针对无刷直流电机的运行特点,建立了以FPGA芯片为核心的相互独立的四轴无刷直流电机舵机伺服控制系统。利用VHDL语言设计了各功能硬件模块和NIOS软核处理器,并用C语言编程在软核中实现了针对无刷直流电机的带前馈的电流、速度和位置三闭环软件控制算法。整个控制系统体积小、可靠性高、灵活性强,实现了全数字控制。通过实验验证了基于FPGA芯片的无刷直流电机舵机全数字化控制器的先进性。     

基于SoPC的人工神经网络的硬件实现方法

提出了一种基于SoPC的神经网络的硬件实现方法,该方法以FPGA器件为硬件载体,NIOSⅡ软核处理器为CPU,Avalon片内总线为数据交换架构。研究了多层前馈神经网络在FPGA上的实现方法,描述了神经网络模块与Avalon片内总线的接口技术。整个系统在Altera的EP2C8Q208C8器件上实现,结果表明,该方法的应用不仅提高了人工神经网络的运算速度,还提高了整个系统的灵活性。     

基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计

介绍了一种新型的基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统及设计方法.该系统采用FPGA作为核心器件,极大减少了分离元件的使用,充分利用NIOS处理器集成度高、灵活性强、实时控制的特点在片内实现电机控制逻辑,因此系统具有极大的灵活性、扩展性和通用性,抗干扰能力强、且系统本身结构紧凑,已成功应用于机器人仿人灵巧手手指中.     

32位软核处理器NIOS Ⅱ的以太网接口设计与实现

本文阐述了32位软核处理器NIOSⅡ以太网接口的实现方法，结合SOPC可以灵活配置的特点，定制了硬件系统，给出了软件设计的主要流程及部分实现要点。在FPGA上构建SOPC系统，并在NIOSⅡ上移植了操作系统uClinux，编写了软件驱动程序，通过PC向片上可编程系统发数据包，可以从以太网接121获得所有数据包的返回信息。实验表明，以NIOSⅡ和DM9000A以太网控制器构成的网络化测控系统，结构简单、性能稳定可靠。     

基于FPGA的机械臂多路舵机控制器设计

在FPGA中内嵌NIOS Ⅱ软核和PWM模块,实现机械手的多路舵机控制.硬件主要包括NIOS Ⅱ软核和PWM模块,PWM模块包括分频单元、地址译码单元、输出使能单元和PWM产生单元.软件部分主要完成与上位机的交互.与单片机+FPGA的方案相比,成本降低.同时,硬件扩展方便,通道数目多,软件编程简单,控制精度高,在50 MHz的时钟下,最大脉宽精度可以达到20ns.     

基于NIOS Ⅱ的嵌入式云发生器电路设计

提出基于NIOSⅡ处理器系统在目标电路板的FPGA中实现嵌入式云发生器的设计方法。将定制处理器系统加入硬件设计实体，生成硬件配置文件，编写调试云发生器代码，生成软件配置文件，再利用二者生成最终的配置文件并下载到FPGA配置芯片中，实现嵌入式云发生器，具有接口灵活，扩展性强，低功耗，高性能，低成本等优点。     

基于线性电源的单/双频电磁流量计励磁控制系统

研制电磁流量计励磁控制系统,提出基于线性电源设计恒流源电路,并采用高压源激励使系统具有快速响应性能,基于H桥设计励磁线圈驱动电路以进行方波激励,设计检流电路以实现励磁电流的准确检测,基于DSP设计励磁时序产生电路实现单频或双频精确励磁。经实验验证,该励磁控制系统可实现精确的高频或双频励磁并保证电磁流量计输出信号具有稳定零点,从而为提高其测量速度和测量精度奠定基础。     

基于FPGA的六轴机械手驱动控制系统设计与测试

针对FPGA芯片具有快速硬件运算能力和平行处理能力的特点,设计以FPGA为基础的六轴关节型机械手伺服驱动控制系统。首先,推导以永磁同步电机为驱动的机械手数学模型,其位置控制器采用模糊控制器以提高位置控制的稳健性。其次,以嵌入软核Nios Ⅱ处理器的FPGA芯片开发机械手的伺服驱动控制器,以IP软核方式实现点对点运动轨迹规划,同时用数字硬件实现六轴位置、速度、电流控制。通过位置跟踪响应测试与点对点位置重现性测试证实,FPGA的六轴驱动控制系统具有有效性及正确性,同时实现了驱动器的一体化,有助于多轴伺服控制的发展。     

多路三相异步电机的以太网控制

完成了一套采用以太网通讯的多路天文台圆顶三相异步电机控制系统。采用支持NIOSⅡ软核技术的FPGA芯片作为主控制器,主要完成以太网的底层驱动开发;AX88180作为MAC芯片为MAC控制器为不同的圆顶编写MAC地址,并负责数据包的发送和接收;Marvell 88E1111作为PHY物理层芯片通过RJ-45接口与PC机通信。并且在Visual C++的环境下编写多路圆顶的控制界面,创造性的实现了多路三相异步电机以太网通讯实时控制。     

基于SOPC的边界扫描测试控制器开发

本文阐述了一种新颖的基于SOPC边界扫描控制器的设计,提出了一种更加灵活、高效的嵌入式系统新解决方案.该方案将边界扫描测试子系统嵌入在Altera公司推出的低成本、高密度、具有嵌入式NIOS软核CPU的Cyclone Ⅱ系列的现场可编程阵列(FPGA)上,大大提高了系统设计的灵活性、边界扫描的测试效率.同时开发的具有自主知识产权的JTAG控制IP核模块为SOPC系统提供了一个颇有实用价值的组件,无需专用边界扫描测试设备即可实现系统的边界扫描测试功能.详细论述了基于SOPC的边界扫描控制器设计及JTAG总线控制IP核模块的开发.仿真及实验结果表明,此设计正确合理,能够进行有效的边界扫描测试.     

基于FPGA的采样与控制系统设计

从板级设计和工程实践的角度研究并总结了基于FPGA的模拟信号采样与数字控制系统的设计技术,基于软硬件协同设计的思想把设计分为硬件设计和IP核设计两个部分,对设计中出现的常见问题做了分析并给出相应设计建议.给出了基于Protel DXP的FPGA采样控制系统电气原理和PCB设计方法,以A/D转换芯片的驱动为例阐述了基于VHDL语言的AD、DA芯片驱动以及控制算法等IP核的开发流程.在Modelsim中对IP核做了电路行为仿真,仿真结果表明IP核实现了预设功能.设计结果制成了样板,调试结果表明本文的硬件设计方法具有工程实践意义.     

基于FPGA的车载取力发电机动态性能改善研究

针对因理论模型建立不准确影响取力发电机励磁控制系统设计的问题,基于现场可编程门阵列(FPGA),应用小信号测试原理,在闭环回路条件下测试系统开环频率特性。设计串联校正控制器以及为给定电压安排过渡过程,通过Verilog硬件描述语言在FPGA中实现相关功能。通过实验比较分析,该方法能够改善车载取力发电机励磁控制系统动态性能。并且该方法利用FPGA可重复编程的特点,调整参数更加便利。     

一种基于Nios Ⅱ的喷涂控制系统设计方案

文中介绍基于Nios Ⅱ处理器的嵌入式改进喷涂控制系统的实现.该系统通过在SOPC加载Nios软核和相应的外围电路,利用FPGA开发板和Nios Ⅱ的定制指令来实现.该系统具有开发周期短、成本低、易于实现等优点.     

基于SOPC的全彩色LED景观灯控制系统设计

针对全彩色LED景观灯控制系统的缺乏,结合SOPC嵌入式开发技术,以FPGA为核心开发了一款基于NiosⅡ嵌入式软核的灯控系统,通过μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统的多任务控制方式,实现了对LED灯群进行情景播放的控制。文中分析了系统的功能结构,给出了硬件系统总体设计方案,重点论述了系统中显示驱动单元的设计、PWMIP核的定制方法,对PWMIP核的功能进行了仿真,介绍了系统软件的设计思想和流程。仿真及实验结果表明,通过该系统控制的LED灯群,可以显示256种颜色,具有5种变化方式及全彩色动态变化效果。采用SOPC嵌入式开发技术,简化了系统结构,系统的处理能力、稳定性、功能扩展性显著增强。     

基于双谐波绕组的混合励磁发电机励磁控制系统

为了解决不同运行工况下混合励磁同步发电机端电压恒定的问题,设计了一种基于全桥变换器拓扑的励磁控制系统。励磁系统采用以电枢绕组电压为外环、定子谐波励磁绕组电流为内环的双闭环控制策略,以谐波无刷混合励磁同步发电机端电压为反馈信号,通过调节定子谐波励磁绕组电流,以维持发电机端电压恒定。阐述了双谐波绕组的混合励磁发电机的基本结构和工作原理,设计了励磁控制系统的软硬件,并测试了励磁控制系统的性能。实验结果表明：调节定子谐波励磁绕组电流,可以很好的调节发电机的端电压;通过励磁控制系统的自动调节功能,实现了发电机在不同负载情况下的输出电压恒定。     

变电站监测数据采集系统

针对智能电网的发展需求,提出了一种基于FPGA技术设计的变电站开关柜电能数据采集系统,在EP3C25Q240C8芯片上构建了基于SOPC的嵌入式系统作为数据采集终端。利用新型ZigBee射频芯片CC2530构建的ZigBee网络传输采集到的数据。同时设计了NIOS软核的程序流程及ZigBee传输网络的数据发送与组网流程,并针对某煤矿变电站做了现场测试工作。测试结果及传输实验表明,系统工作稳定性高,数据传输实时性好,具有较高的推广应用价值。     

脉冲发电机励磁控制器的先进触发控制

利用LabVIEW RT、LabVIEW FPGA软件模块和CompactRIO硬件平台,设计了一种具有先进触发控制的励磁控制器。控制器由上位机、励磁调节器和励磁触发器构成。励磁调节器和上位机分别完成PID控制和人机交互功能。基于CompactRIO内嵌FPGA电路开发的励磁触发器则实现同步信号的频率可靠追踪和可控硅触发脉冲的高精度控制。搭建试验验证平台对新型励磁控制器进行了验证。结果表明：该控制器各部分可靠运行,整体协调有序,脉冲触发控制满足高精度要求;该控制器提高了励磁调节中的触发控制效率。     

交流励磁发电机励磁控制系统实验研究

基于定子电压定向的交流励磁发电机解耦励磁控制策略,采用具有优良输入、输出特性的双PWM变换器,采用高速数字信号处理器TMS320F2812设计实现了交流励磁发电机励磁控制系统。其转子侧变换器采用功率、电流的双闭环解耦励磁控制策略,网侧变换器采用电压、电流的双闭环控制策略。控制系统可实现交流励磁发电机有功、无功功率的解耦控制以及交流励磁变速恒频发电运行,实验结果验证了控制系统的可行性。