新一代地面站测控数传通用处理资源池设计

随着我国在轨卫星数量和类型的日益增多,对地面站测控数传系统的通用性、扩展性提出了更高的要求。提出了基于云计算架构、采用通用硬件基础设施搭建测控数传通用处理资源池的思路,对资源池的总体架构、硬件组成、软件实现方法、系统运行流程等关键技术进行了详细阐述;搭建了原型样机进行技术验证。基于云计算架构的新一代测控数传通用处理资源池系统能够显著提高测控数传系统的使用效率,提升航天地面测控系统的可重构能力、可扩展能力和多任务多目标的适应能力。

Real-time Virtual Environment Signal Extraction and Denoising Using Programmable Graphics Hardware

The sense of being within a three-dimensional （3D） space and interacting with virtual 3D objects in a computer-generated virtual environment （VE） often requires essential image, vision and sensor signal processing techniques such as differentiating and denoising. This paper describes novel implementations of the Gaussian filtering for characteristic signal extraction and waveletbased image denoising algorithms that run on the graphics processing unit （GPU）. While significant acceleration over standard CPU implementations is obtained through exploiting data parallelism provided by the modern programmable graphics hardware, the CPU can be freed up to run other computations more efficiently such as artificial intelligence （AI） and physics. The proposed GPU-based Gaussian filtering can extract surface information from a real object and provide its material features for rendering and illumination. The wavelet-based signal denoising for large size digital images realized in this project provided better realism for VE visualization without sacrificing real-time and interactive performances of an application.

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

基于LabVIEW-VISA的传感器检测虚拟实验平台设计

为提升应用本科机电专业学生智能传感应用能力,设计传感器检测虚拟实验平台。提出基于LabVIEWVISA的传感器检测虚拟实验平台及实验方法,在LabVIEW-VISA应用设计基础上搭建了传感器检测虚拟实验平台整体架构;设计了传感器实验箱、MyDAQ便携式测量、万用表、应变式传感器等主要硬件;进行了数据采集模块、数据处理、输出模块及信号处理电路等软件设计,利用信号处理电路实现数据在平台中的双通道传输,实现了预期目标。结果表明,设计的传感器检测虚拟实验平台实验验证灵敏度高、线性误差小,有利于提高人才实践动手能力培养。

电压控制型虚拟同步发电机的高频谐振特性分析与抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)模拟同步发电机的运行机制,引入了有功调频和无功调压控制环节,与传统电流控制型变流器不同,是一种电压控制型策略。文中立足电压控制型虚拟同步发电机控制结构和网源协调特性,构建小信号分析模型,分析在不同控制参数与电网参数场景下的振荡模态,进而掌握电压控制型虚拟同步发电机并网系统的高频谐振特性,并针对性提出高频谐振抑制策略。首先,分别建立电压控制型虚拟同步发电机、传统变流器各控制和电气环节的小信号分析模型,通过特征根分析方法,定量分析所有特征根的振荡模态和阻尼比,发现电压控制型虚拟同步发电机存在与传统变流器类似的高频振荡模态;同时分析虚拟同步发电机控制参数变化、电网强弱场景对其高频谐振阻尼作用机理。其次,基于电压控制型虚拟同步发电机控制策略,以有源阻尼方法为解决思路,提出基于电流内环前端通道引入虚拟阻抗控制策略的谐振抑制方法,抑制其高频谐振。最后,利用Matlab/Simulink仿真和RT-LAB控制器在环实验结果验证所提出的控制策略,结果表明虚拟阻抗控制环节起到有效正阻尼作用,相比于无源阻尼方法,在无需额外增加测点和外部控制量的情况下,电压控制型VSG网侧阻尼特性改善,暂态响应能力增强,高频失稳现象得到有效抑制。

基于超前滞后环节附加前馈阻尼的VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在引入同步机二阶转子运动方程,增大电力系统等效惯量的同时,也引入了同步发电机的振荡特性,有功低频振荡等动态稳定性问题也随之而来。引入调速侧电力系统稳定器(governor power system stabilizer,GPSS)能有效抑制VSG的功率低频振荡,但其在超调量及调节时间方面的控制效果仍有待提高。通过建立VSG的小信号模型从极点配置角度分析其稳定性,揭示基于GPSS的VSG控制策略在功率动态响应上存在较高超调和较长调节时间的原因。基于此,参考GPSS控制思想,提出了一种基于超前滞后环节附加前馈阻尼补偿的虚拟同步发电机控制策略。并从理论上分析验证了所提控制策略在不影响系统稳态特性的前提下,能够提供调整自由度更高的正阻尼,在有效地抑制功率超调的同时提高了系统的调节速度,从而更好地抑制了有功功率的低频振荡。最后通过MATLAB/Simulink进行对比仿真,仿真结果与理论分析结果一致,证明了所提控制策略的正确性和有效性。

基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器稳定性优化研究

构网型储能变流器作为高比例新能源接入电网的关键设备在强电网下存在稳定性问题。针对此问题,本工作提出一种基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器稳定性优化方法。首先,建立构网型储能变流器状态空间小信号模型,利用特征根分析法得出构网型储能变流器强电网下稳定性变差甚至振荡失稳的结论。然后,提出基于虚拟母线电压控制的稳定性优化方法,通过改变有功功率环跟踪电网电压相位的位置等效提高电网阻抗,从而提高强电网下构网型储能变流器系统并网的稳定性。接着,分析不同工况下加入虚拟母线电压控制前后系统的特征根变化趋势和稳定性提升效果,同时也分析了虚拟母线电压控制参数中补偿系数k和时间常数t对稳定性的影响并给出一般参数设计范围。最后,在MATLAB/Simulink中搭建构网型储能变流器并网模型进行时域验证,进一步搭建硬件在环实验平台进行半实物验证,验证结果表明基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器在强电网下的稳定性明显提高。

基于脑电节律能量与模糊熵的VR诱发晕动症水平检测研究

晕动症一直是影响虚拟现实用户体验及限制虚拟现实行业发展的一个关键因素。为解决这一问题,本文研究了虚拟现实晕动症对大脑神经活动的影响,并利用脑电特征对晕动症水平进行检测。为得到可度量眩晕水平的特征,记录受试者在体验眩晕测试场景前及过程中的脑电信号,计算节律能量和模糊熵,并利用统计分析进行特征选择,最后分类验证该特征的有效性。结果表明,受试者产生晕动症时,CP4和Oz的θ、α频段能量及C4的β、γ频段能量显著降低(p<0.01);在模糊熵方面,δ频段有FC4、Cz模糊熵值显著升高(p<0.0001),β频段有O1模糊熵值显著降低(p<0.0001)。对比线性判别分析(Linear discriminant analysis,LDA)、逻辑回归(Logistic regression,LR)和支持向量机(Support vector machine,SVM),K最近邻(K-nearest neighbor,KNN)算法的分类效果较好,它在节律能量和模糊熵上的分类准确率分别为89%和91%。本研究表明脑电节律能量及模糊熵有望成为晕动症水平检测的有效指标,为研究虚拟现实晕动症成因及缓解方案提供客观依据。

基于信号接口的IVI驱动器设计标准——IVI-Signal Interface及其应用

仪器互换性是通用ATS设计的重要指标。回顾仪器互换技术的发展过程 ,重点论述了IVI基金会在IVI -MSS(measure mentandstimulussubsystem)模型基础上提出的IVI -SignalInter face仪器驱动器设计标准 ,分析了它的技术规范、结构框架、工程应用和商业效应。IVI -SignalInterface标准基于信号接口 ,实现了更高层次的仪器互换 ,指明了未来驱动器设计的发展方向。

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator,VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。

考虑惯量增益与电网强度的VSC稳定性分析

在高比例新能源并网的背景下,电网的低惯量问题备受关注。虚拟惯量控制策略使得逆变器系统具备向电网提供惯量支撑的能力,然而其与控制环节与电网间存在耦合,对系统稳定性有一定影响。在目前的应用场景中,惯量增益和系统稳定的平衡点难以权衡。针对这一问题,首先根据系统主电路结构及相应控制策略建立采用虚拟惯量控制的并网VSC状态空间模型;其次利用特征根轨迹法及参与因子法对系统关键参数变化对系统稳定性的影响进行分析;最后在Matlab/Simulink中构建系统并进行仿真验证,进一步说明了模型的有效性和分析的正确性,为探索虚拟惯量控制的VSC系统适用场景做出了一定贡献。

基于虚拟仿真技术的混合式教学改革研究——以“信号与系统”课程为例

基于LabVIEW软件平台,文章将虚拟仪器技术引入“信号与系统”课程教学,以“信号抽样、调制与解调”为例,通过动态演示信号仿真结果,使抽象的理论知识转化为生动形象的视觉呈现,从而加深学生对该课程理论知识的理解,进而提高其学习效率和学习兴趣。

低成本接收阵列方向图测试系统与方法

采用传统的相控阵测试方法对数字阵列及数字波束合成进行测试,存在系统复杂、设备齐套周期长、问题难解耦等弊端。因此,对于数字阵列及相关算法,需要一种不依赖天线和物理环境,且能够以低成本和高效率,在系统开发中期完成相关性能评估和迭代的方法。给出一种基于阵列信号模拟技术的低成本接收阵列方向图测试系统,并提出了随机虚拟相移技术用于解决测试精度不足的问题。基于简要的理论分析、给出了测试平台构成和测试流程,并通过仿真和实测验证了方法的有效性。

双馈虚拟同步机快速励磁控制和功角补偿策略

针对以激磁电势为目标控制电压的双馈虚拟同步发电机策略下运行功角大而带来的功率耦合问题,提出采用快速励磁控制消除功角扰动对无功控制的影响,采用功角补偿消除激磁电势扰动对功角有功控制的影响的功率解耦方案。在分析双馈电机数学模型及双馈虚拟同步机整体控制策略的基础上,构建计及无功控制环节的双馈虚拟同步机小信号模型。通过分析无功环节PI控制器参数对功角稳定性的影响,设计快速励磁控制策略。通过分析无功扰动与功角变化的关系,确定功角补偿传递函数。设定风速扰动、电网频率扰动和电网电压扰动3种不同工况进行验证。结果表明:所提控制策略可有效避免双馈虚拟同步机大功角运行时有功功率控制和无功功率控制间的相互影响,实现功率解耦。

高铁线路互联互通场景下大号码道岔应答器设置方案研究

济青高铁与胶济客专在胶州北站互联互通,为满足不同线路间运输组织的需要,胶州北站设有多组42号大号码道岔,形成了连续大号码道岔的特殊场景。结合工程实际,针对该特殊场景进行分析,提出相应的应答器设置方案。方案一考虑在各大号码道岔防护信号机外方分别设置应答器;方案二、方案四考虑仅对应一组大号码道岔设置应答器;方案三考虑在第1组大号码道岔防护信号机外方再设置2组大号码道岔应答器。通过分析各方案动车组运行状态,从运输组织效率及行车安全方面进行比选,优选出场间采用虚拟信号机结合设置大号码道岔应答器的方案。经在现场实际应用,该优选方案保障了行车安全,提高了运输效率,节约了工程投资。同时,对类似胶州北站连续大号码道岔布置的特殊场景进行思考,提出合理建议以供后续工程设计参考。

面向国产高性能加速器的LLVM编译器设计及优化

国防科技大学自主研制的高性能加速器采用中央处理器(CPU)+通用数字信号处理器(GPDSP)的片上异构融合架构,使用超长指令集(VLIW)+单指令多数据流(SIMD)的向量化结构的GPDSP是峰值性能主要支撑的加速核。主流编译器在密集的数据计算指令排布、为指令静态分配硬件执行单元、GPDSP特有的向量指令等方面不能很好地支持高性能加速器。基于低级虚拟器(LLVM)编译框架,在前寄存器分配调度阶段,结合峰值寄存器压力感知方法(PERP)、蚁群优化(ACO)算法与GPDSP结构特点,优化代价模型,设计支持寄存器压力感知的指令调度模块;在后寄存器分配阶段提出支持静态功能单元分配的指令调度策略,通过冲突检测机制保证功能单元分配的正确性,为指令并行执行提供软件基础;在后端封装一系列丰富且规整的向量指令接口,实现对GPDSP向量指令的支持。实验结果表明,所提出的LLVM编译架构优化方法从功能和性能上实现了对GPDSP的良好支撑,GCC testsuite测试整体性能平均加速比为4.539,SPEC CPU 2017浮点测试整体性能平均加速比为4.49,SPEC CPU 2017整型测试整体性能平均加速比为3.24,使用向量接口的向量程序实现了平均97.1%的性能提升率。

车站信号控制虚拟仿真实验平台建设与探索

文章围绕轨道交通信号与控制专业课程培养目标,对车站信号控制虚拟仿真实验平台建设进行思考和总结,进而推动轨道交通信号与控制专业虚拟实验室建设的可持续和良性发展。首先,文章阐述了虚拟仿真实验平台的建设理念和总体思路;其次,文章通过虚拟仿真平台架构和功能模块对平台建设进行论述;最后,文章结合车站信号自动控制课程内容,进行实验内容设置和实验操作的过程评价。文章所提出并设计的虚拟仿真实验平台能够模拟车站信号自动控制各环节场景,使学生能够“一对一”地开展车站信号自动控制课程的相关实验和实践活动,自主完成学习,实现理论与实践的一体化教学。

基于有功微分补偿与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略

针对传统光储虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)存在并网有功稳态偏差与系统动态振荡难以兼顾的问题,提出一种基于有功微分补偿(active power differential compensation, APDC)与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略。首先,建立了基于APDC算法的光储VSG并网有功闭环小信号模型,并通过极点分布图与伯德图的分析,讨论了APDC算法对系统暂态振荡与有功稳态偏差的抑制效果,给出了相关系数的整定方法。然后,为改善频率响应并避免有功超调量的增加,设计了一种基于APDC算法的改进型虚拟惯量自适应策略,同时给出其参数的取值范围。最后,实验结果表明,所提策略能消除VSG并网有功的动态振荡与稳态偏差,具有更小的频率偏差与频率变化率。

基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制在下垂控制的基础上,引入了同步发电机的转动惯量和阻尼系数,改善了系统的动态频率响应特性,提高了交直流混合微电网的抗扰动能力,但同时忽略了一定的动态调节性能。针对这一问题,提出一种基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略。该控制策略能够降低系统在振荡过程中的超调量,进一步提升系统在面对扰动时的动态调节性能,且更具灵活性。首先,基于交直流混合微电网的瞬时功率平衡关系,给出接口变换器VSG控制策略;其次,建立整个闭环控制系统的小信号模型,分析关键参数对系统稳定性的影响;然后,基于模糊控制设计虚拟惯量和虚拟电容的自适应控制策略;最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性与优越性。

Traffic jam in signalized road network

Traffic jam in large signalized road network presents a complex nature.In order to reveal the jam characteristics,two indexes,SVS(speed of virtual signal) and VOS(velocity of spillover),were proposed respectively.SVS described the propagation of queue within a link while VOS reflected the spillover velocity of vehicle queue.Based on the two indexes,network jam simulation was carried out on a regular signalized road network.The simulation results show that:1) The propagation of traffic congestion on a signalized road network can be classified into two stages:virtual split driven stage and flow rate driven stage.The former stage is characterized by decreasing virtual split while the latter only depends on flow rate; 2) The jam propagation rate and direction are dependent on traffic demand distribution and other network parameters.The direction with higher demand gets more chance to be jammed.Our findings can serve as the basis of the prevention of the formation and propagation of network traffic jam.