基于CPCIE的并行光电跟踪控制系统

光电跟踪系统作为外场中重要的目标观测与实时定位设备,有着不可忽视的作用。然而,随着目标机动性能的增加,对目标的实时响应就成了制约跟踪系统性能的关键。因此,采用更高性能的处理器和并行处理等手段来提高系统带宽、获得更好的实时性不失为一种好的方法。文章以PCIE总线为架构,以FPGA为协处理器实现数据的共享和分流,用两片DSP作为主要运算单元,搭建一个双路并行伺服控制系统,分别用来控制光电跟踪系统垂直轴和水平轴的两台伺服电机,替代以往的PCI总线架构和单片DSP同时控制垂直轴和水平轴电机的控制系统。采用上述结构不但大大提升了系统总线带宽,提高系统响应,还能克服单片DSP资源不足问题,更好地协调垂直轴和水平轴之间的相互配合。     

光电跟踪伺服系统先进控制策略概述

光电跟踪系统中的伺服控制技术是实现高精度跟踪的关键技术之一。系统自动化程度的提高,为先进控制策略的实现提供了必要条件。本文综述了国内外光电跟踪系统中的伺服控制技术,希望为该方向的工程研究提供基本的技术支持与参考。     

目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用

在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法。为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制。仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度。     

基于FPGA的精跟踪控制系统的设计与实验

针对自由空间光通信精跟踪系统对小型化、智能化的要求,设计了一套以FPGA为处理核心的精跟踪控制系统,完成了对光斑的采集处理、补偿控制及相机的自适应控制等功能,并重点介绍了模糊自适应PID控制的原理及实现方法.最后,搭建了室内试验平台,对系统进行了评估.     

基于FPGA的光电编码器接口设计

基于减小导弹舵机系统的体积的目的,采用一个控制器控制四个舵机,舵机控制器以DSP＋FPGA为核心架构,控制器中的编码器接口通过FPGA来实现。根据增量式光电码盘进行位置检测的原理,本文采用Verilog语言,提出了一种基于FPGA的实现增量式光电编码器接口的设计方案。通过实验证明,该接口具有数字滤波、方向鉴别、双向计数、复位等功能,能够与DSP等多种CPU相连。     

光电跟踪转台伺服控制策略研究

针对高性能光电跟踪转台负载重、摩擦大、跟踪精度要求高等特点,提出了基于复合控制的伺服控制策略,速度环路设计了带有扰动观测器的线性二次最优反馈控制器,并在前向通道增加了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),提高速度环的跟踪性能,位置环采用非线性PID反馈控制方式降低超调,提高稳态精度;将低速率的位置给定信息分别进行插值细分和滤波,通过高增益微分器和卡尔曼预测滤波,对转台速度和加速度进行预测和估计,进行前馈实现复合控制,实践证明,这种策略可以有效提高大加速度下的跟踪精度。     

前馈控制在光电跟踪系统中的应用研究

为了提高光电跟踪系统的跟踪性能,对前馈控制技术进行了研究。首先,介绍了光电跟踪系统的组成,对伺服控制中的跟踪环路进行了原理性说明;其次,给出了前馈控制技术的理论分析,通过在速度环输入端引入前馈信息,可减小系统跟踪误差;再次,通过Matlab软件进行了仿真分析,仿真结果验证了该方法的有效性;最后,在某型光电跟踪系统中进行了试验,表明加入前馈控制有效提高了光电跟踪系统的跟踪精度。     

光电跟踪仪目标捕获过程控制技术研究

在分析光电跟踪仪性能特点的基础上,探讨了目标捕获过程控制技术,基于自适应原理提出了相对速度截止控制方法,经实验验证,效果明显,具有工程实用价值。还介绍了基于位置预计的过程控制方法,并对两种方法及其应用环境进行了比较。     

基于FPGA的步进电机发射机控制系统设计

本文提出一种采用FPGA对步进电机速度与位置控制的方法,建立一种步进电机驱动控制系统,该系统采用脉冲频率实现步进电机速度控制,可防止失步和过冲,提高工作效率,并结合实际工作控制,结果表明该方法的可行性。     

基于DSP、FPGA与CAN总线的跟踪控制器设计

DSP和FPGA组成的伺服控制系统能够满足复杂的控制算法要求。通过对TI公司的DSP控制芯片和ALTERA公司的FPGA芯片的功能和特点分析,结合CAN总线与上位机通信,设计了一种基于DSP、FPGA与CAN总线的跟踪控制器。给出了该控制器的功能和硬件结构,以及软件流程设计。重点介绍了该控制器的硬件资源选择,工作原理,基本功能模块构成及算法实现。该控制器能够满足高速跟踪的伺服系统在实时性、精确度和稳定性上的高要求,具有良好的功能扩展能力。     

基于FPGA的分子动力学模拟系统设计

FPGA加速分子动力学模拟在材料科学、分子科学等方面应用广泛,一直是高性能计算领域的热门话题之一,在分子动力学模拟中,分子问作用力(LJ力)的计算是整个过程耗时最长的部分,文中设计的系统将其放在FPGA上完成,其余部分由CPU完成,根据LJ力的特点,FPGA加速的计算采用以下方法进行设计:利用邻近粒子搜索算法-元胞列表算法选取粒子对,并使用过滤模块进一步减少计算量;计算LJ力时采用先离散后插值的方法计算公式中的高次幂同时避免了开方运算,所有部件组成流水线结构,进一步提高整体的性能.     

基于FPGA的液晶控制器设计

介绍了一种基于 FPGA 的集成液晶控制器.系统由显示模块和控制模块组成,显示模块(LEM101)为10 bit 多功能通用型器件,内含看门狗(WDT)/时钟发生器,2 种频率的蜂鸣驱动电路,内置显示RAM,及3-4线串行接口.控制器基于1.5万门 FPGA 芯片(Xilinx XC3S1500),易于扩展和升级.利用 Verilog 语言,在 FPGA 芯片中实现了控制模块的设计,通过 GR-XC3S-1500 开发板验证,本设计完全满足对液晶模块的控制要求,并成功应用于光栅测量显示控制系统中.控制模块由四部分组成:存储、译码、串并转换器、输出控制.文章讨论了设计方法和设计过程,给出了部分 Verilog 代码.此外,本设计还创造性地在电源和 FPGA 芯片间插入低成本元件,满足了液晶上电后,初始化命令的延迟要求,从而节约了 FPGA 的硬件资源.     

基于FPGA的多制式视频转换系统

分析了视频转换中的关键技术，即，视频扫描转换和视频图像处理的基本原理，并给出了一种实际的实现方案，构建了以FPGA为控制核心的视频转换硬件系统。利用FPGA对整个系统进行编程配置，灵活地对系统进行控制，实现从非标准视频制式到标准视频制式以及标准制式之间的相互转换。     

实时视频采集系统的SDRAM控制器设计

描述了一种在PAL→VGA的实时视频采集系统中图像数据处理的方法.针对实时视频采集系统一般使用2片SDRAM进行乒乓缓存的方式,给出一种使用一片SDRAM的不同BANK进行乒乓操作的相对容易实现的SDRAM控制器设计方法.该方法通过充分利用SDRAM的切换BANK存取操作并采用指令计数的方式进行读写状态转换,在PAL→VGA实时视频采集系统中实现了利用一片SDRAM进行图像缓存.它在实时视频采集系统中图像数据处理方面,具有良好的应用价值.     

基于FPGA的自然对数变换器的设计与实现

本文利用CORD IC算法在FPGA上实现了自然对数运算器.实验结果表明该对数运算器的输出误差为10-4数量级,最高频率可迟到80MHz.该运算器适用于高速大数据量的数据处理.     

基于FPGA的大面阵CCD高帧频驱动电路设计

介绍了Dalsa公司的33M像素大面阵CCD的内部结构,着重分析了该款CCD的驱动时序.针对大面阵CCD图像传感器帧频较低的缺点,设计了基于现场可编程逻辑门阵列的驱动电路.改进了CCD芯片的偏置电压电路,提出了4 路同时输出以提高帧频的电路设计方法,最高帧频可达2.7帧/s ,相比单端输出时的0.7帧/s提高了约4倍.选用FPGA作为核心器件,使用VHDL语言设计驱动时序,在ISE和Modelsim环境下对所设计的驱动时序发生器进行仿真实验.实验结果表明,所设计的驱动电路能够满足大面阵CCD高帧频应用.     

基于FPGA的SVPWM算法的ESL设计

为了解决复杂的全数字交流伺服系统的设计,提出了一种基于FPGA的ESL设计方法,并采用此方法完成了电机控制器模块的设计.依据电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,基于DSP Builder提供的功能模块库,给出了扇区判断、矢量作用时间计算、开通时间计算、开通时间分配及PWM生成等模块的设计方法,实现了一种采用FPGA和DSP功能相结合的全数字化速度伺服系统.仿真结果表明,该系统的电流环和速度环的采样频率可达到20 kHZ以上,具有响应速度快.调速范围宽等优点,所设计的SVPWM模块功能正确,同时也为全数字交流伺服系统的SOC设计提供了一种有效的实现方法.     

基于FPGA的图像自适应AWB系统设计与实现

为了解决常见自动白平衡(Auto White Balance, AWB)方法的场景适应能力不足且实时性较差等问题,提出了一种基于颜色通道直方图重构的自适应AWB方法,并使用现场可编程门阵列(FPGA)对所提出的算法进行硬件电路实现,在校正图像白平衡的同时也确保了系统高速实时处理图像。首先对图像进行限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)处理来提高图像对比度,然后对图像进行灰度级区间的通道分区统计,对不同场景类别的图像采用颜色直方图匹配或平移的重构方式做自适应处理。实验结果表明,该算法在处理图像白平衡时,相比基于光源估计的AWB算法,色温校正准确率提高了14%,对不同色彩场景有更好的适应性,具有实时处理能力。     

基于FPGA的3道生理信号检测仪硬件电路设计

介绍了用于心电、心音、胸阻抗信号测量的3道生理信号检测仪的硬件电路设计,描述了3种信号的调理电路、串行A/D转换及FPGA电路,调理电路设计充分考虑了防止共模干扰和工频干扰,并提高了电路的共模抑制比。采用FPGA完成数字电路部分控制,连接键盘、彩色液晶屏作为人机交互设备。实测表明,系统工作稳定,性能良好。     

一种用于视频转换系统的VGA控制器设计与实现

在视频接口应用领域,VGA接口仍普遍存在。本文针对视频接口转换系统中VGA的应用,设计了VGA软件控制器及VGA硬件接口,并在FPGA上实现,能控制LCD显示屏显示清晰的24位真彩色图片。本设计特别适合应用在各种实时监控场景的后端图像显示方面;在要求高分辨率、低成本的图片显示应用场合具有优势;而且VGA控制器还可移植,作为视频接口转换系统的一部分控制VGA接口显示视频。