复杂电力系统电气故障电磁暂态数字计算方法研究

电力系统电磁暂态的数值仿真研究是一个历久不衰的研究题目,尤其是其时域仿真研究中的Bergeron模型经Dommel实用化改进后,业已成功地应用于著名的EMTP当中,但EMTP的严重不足在于对各种故障和操作进行暂 态仿真前的预处理工作是相当繁杂的。文章针对EMTP使用中的不足,提出了一种普遍适用的电力系统电气故障电磁暂态仿真方法。该方法克服了EMTP由于系统结构或参数改变需要重新计算初始值的缺点,它可以仿真包括串补线路在内的单、双回线路任意点的电弧故障、母线故障、断路器开合和断线故障,并且故障起始角可以设定。新方法可极其方便地对线路故障点序列系列冲击电流、过电压和谐波分量进行系列数字仿真,亦可极其方便地仿真发展型故障,在线路保护仿真校验和过电压计算等方面极具意义。大量仿真表明,本方法精度高、速度快。

基于坐标旋转数字计算方法的三维坐标变换

针对软件实现坐标变换速度慢而传统算法的硬件实现又非常复杂的缺点,根据CORDIC算法只需简单的移位加减运算就能实现许多复杂运算的优点,提出了运用CORDIC算法的不同模式进行三维坐标变换,并在FPGA上实现。仿真结果表明:利用该算法实现三维坐标变换在节省硬件资源的同时能兼顾工作速度和精度的需要,具有一定的工程实际意义和应用前景。

数字下变频中基于CORDIC算法的NCO设计

在数字下变频中传统数字控制振荡器(Numerically Controlled Oscillator,NCO)模块都是基于查找表结构的,该结构在FPGA内部实现需要占用大量ROM资源,针对这一问题,提出采用坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)算法进行NCO设计,相比传统的NCO设计,该方法具有输出信号频谱纯度高、能够直接混频而不需要乘法器等优点。设计中采用变象限映射方法解决CORDIC算法无法全周期覆盖的问题,采用流水线技术解决串行迭代带来难以实时输出的问题。经过Modelsim仿真分析,实际输出值与理论值之间的相对误差在10-4~10-5数量级范围内,满足数字下变频中NCO的性能需要。

Photoshop软件图层混合模式的应用及计算

针对专业设计人员而言,Photoshop这款图像处理软件具有很高的实用性,其中最强大的功能大都集中在图层混合模式当中。图层混合模式实现了当前图层与下方图层图像的混合应用,其独特的混合功能可以制作出让人叹为观止的高质量图片内容,从而取得理想的设计效果。该文从正常模式与溶解模式的实际应用、变暗模式组的实际应用、变亮模式组的实际应用、对比模式组的实际应用、对照模式组的实际应用、颜色模式组的实际应用等就Photoshop图层混合模式的应用及其数字计算方法开展探究。

新型全数字三相SPWM发生器的设计与实现

传统SPWM(正弦脉宽调制)波形产生是通过查找表来产生正弦信号的,其查找表占用大量存储资源,增加芯片的面积和成本。文中自行研制了一种新型三相SPWM信号产生芯片,采用流水线结构CORDIC(坐标旋转数字计算机)算法实时计算正弦值,并且采用地址合成与数据分离、分时复用等技术,进一步减小了资源占用与成本。实验结果表明该芯片在节省硬件资源的同时能够达到设计的指标,具有一定的工程实际意义和应用前景。

基于FPGA的谐振陀螺正弦信号检测方法研究

硅微机械陀螺仪的驱动模态采用自激闭环的控制方式,实现陀螺在谐振频率上恒幅振荡。针对陀螺起振后的信号,设计基于CORDIC算法、LMS自适应算法及硬件频率计的正弦信号幅度和频率的检测系统,得到陀螺驱动模态振动幅值。实验表明:驱动响应信号的频率检测精度为0.5×10^-6,幅度检测精度为2×10^-6,振动幅值基本维持在0.800 V不变,证明了该检测系统的实用性。

一种用于直接射频采样ADC的多模式数字下变频器设计

为满足直接射频采样ADC对数字下变频器(digital down converter, DDC)抽取模式数量的需求,提出了一种多模式DDC设计。首先研究和分析了AD采样原理、DDC原理和高速高精度数控振荡器原理,建立了基于多模式抽取滤波器组的DDC模型,并进行了行为级仿真和分析;之后采用Verilog HDL完成了RTL设计与仿真,利用Synopsys数字后端工具链完成了基于28 nm工艺的版图设计与后仿。仿真显示,该设计可工作在1 GHz时钟下,实现了14种模式,最低阻带衰减大于100 dB,在抽取系数为2的条件下,-3 dB带宽达到478.867 MHz。包含ADC所需的其他数字电路的总面积为1 300μm×1 370μm(DDC约占67%),总仿真功耗为301.7 mW。该设计具有抽取模式多、功耗低、消耗资源少的优点,能够满足直接射频采样ADC对多模式DDC的需求。

一种CORDIC算法的FPGA实现

在数字化中频接收机中,为了实现相干解调,接收端的数控振荡器需要产生一个本地相干载波,其频率和相位必须与发送端载波的频率和相位严格保持一致,因此需要用到arctan函数计算相位差。研究了一种基于CORDIC算法计算arctan函数的方法,提出了基于CORDIC算法实现arctan函数运算的硬件流水线实现结构,并在芯片上进行仿真实现,仿真结果表明,其输出误差较小,与理论值基本一致,利用其可实现数字载波同步中鉴相、鉴频功能。

基于CORDIC的滑窗最小二乘递推算法

针对最小二乘算法涉及对数据自相关矩阵求逆,若直接求逆则计算量比较大,且求逆过程对误差比较敏感,有限字长效应明显的问题,提出一种基于Givens旋转的滑窗RLS实现方法,并且给出了CORDIC实现的方法,提高了基于QR分解的最小二乘算法实现的计算效率和数据吞吐率,使其适应于需要极高采样率的应用,并且该算法能够以滑窗形式的样本作为输入,比传统的Givens算法能够适应更多的应用环境。仿真结果验证了该方法的有效性。

一种基于贪婪算法的CORDIC改进算法

针对传统串行坐标旋转数字计算方法(CORDIC)耗时且占用较多资源的缺点,提出了一种旋转模式下CORDIC算法的新型改进算法,该改进算法可用来代替直接数字频率合成器(DDS)查找表进行正余弦的计算。通过采用贪婪算法实现对CORDIC旋转方向与旋转角度的优化,从而可以达到串行转并行和减少迭代次数、节约资源的目的。该算法可以应用于三角函数的复杂函数的硬件实现中。仿真结果表明,在迭代次数相同的情况下,改进算法较传统算法可以获得更高的精度。最后,在Xilinx FPGA的Spartan-3E芯片上实现了改进的CORDIC结构。与传统CORDIC算法相比,在运算精度为10-5时,可以节省Slices、LUTs(Look Up Tables)资源分别为28%和25%。

正交三角函数的CORDIC实现

本文首先介绍CORDIC算法和正交调制的基本原理,对基于流水线的CORDIC内核及前处理单元做了详细分析。给出了一种基于流水线的CORDIC算法来产生正交函数的信号发生器,在传统CORDIC算法的基础之上,通过采用流水线技术,优化参数,具有很高的精度和很快的速度,使设计出的硬件能够在精度要求较高的场合中使用。用Verilog HDL对其编程设计,进行功能仿真和时序仿真,及硬件下载,结果表明该信号发生器具有很好的实用性。

一种改进的流水线CORDIC算法结构

近些年CORD IC算法与飞速发展的VLSI技术结合,其优点越加受到人们的重视,且广泛地应用于计算性能要求较高的实时高质量信号、图像处理等方面。所以提出了一种对流水线CORD IC算法中模校正部分的改进方法。通过对该方法的理论分析、结构建模和综合,表明该方法在不降低其它性能指标的同时,可以有效减少流水级数,降低硬件复杂度,提高精度,且使CORD IC在圆周旋转和双曲旋转两种工作状态下的结构更加统一,有利于VLSI实现。

基于改进的CORDIC算法的FFT复乘及其FPGA实现

根据定点FFT中旋转因子所对应的CORDIC旋转方向可预先求解的特点,改进了CORDIC算法中旋转方向的计算方法,在节约乘法器资源的同时兼顾了速度与精度的要求,并基于改进的CORDIC算法,利用FPGA实现了这种FFT复乘模块。仿真结果表明该设计可行,具有一定的实际意义和应用前景。

新型软磁材料磁化电源的设计及实现

为降低磁化电源对软磁材料动态磁参数测量的影响,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)芯片的磁化电源设计方法.采用了坐标旋转数字算法理论(CORDIC算法)完成直接数字频率合成(DDS)模块的设计,并通过数模转换芯片完成数字波向模拟波的转换.实验结果表明:设计的磁化电源可以有效进行软磁材料的动态磁参数测量,并且利用其测量1J50和1J79这两种常用软磁材料样品的动态磁参数的测试结果的平均相对误差分别为1.69%和2.24%,明显小于所选取的对比磁化电源XD22A的测量误差.

改进的MVR-CORDIC算法在磁航向测量中的应用

在单片机进行磁航向计算过程中,针对基本MVR-CORDIC算法的执行速度和效率不高的问题,分析和列举了在航向测量中利用算法矢量模式进行航向解算的步骤,结合该系统单片机和算法的特点,提出了自适应迭代次数和改进的旋转序列查找方法,在保证精度的同时提高磁航向解算的速度。该改进算法在单片机中实现,与基本算法进行了实验对比,结果表明:自适应迭代使算法迭代次数减少为原来的67%,改进的查找方法缩短57%的原迭代时间,且改进算法达到了系统要求精度,证明了该改进算法的快速有效。

北斗信号捕获相位相干算法的设计与实现

针对北斗二号卫星导航系统信号捕获运算量大的问题,提出一种利用相位相干算法搜索起始码相位的方法,并给出基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位相干算法的具体实现方案,算法中关于旋转因子运算的问题主要借助坐标旋转数字计算方法和查找表方法得以解决。编译综合及仿真结果皆表明,与传统快速傅里叶变化(FFT)算法相比,新方法只需用到复数加法,运算量小,且能正确捕获信号。

基于FPGA的DBF导向矢量实时算法

针对某相控阵雷达的数字波束形成[1]的导向矢量计算,提出了一种基于FPGA的较为灵活的实时算法。利用CORDIC核及流水累加运算,在保证高精度计算的前提下,克服了以往查表带来的资源浪费与不便,直接根据天线阵元间距、波束指向和工作频率就可实时完成系统对波束形成的导向矢量的求取。

基于FPGA的CORDIC算法实现

针对传统CORDIC算法延时大,消耗资源多的缺点,在平行CORDIC算法的基础上提出了一种优化的平行算法。该算法利用二进制转两极算法和微旋转角度编码对低部和高部的旋转方向进行预测,并在高部旋转中利用特定的正反旋转抵消策略来减少旋转次数。采用FPGA对提出的算法进行了硬件设计和验证,结果表明,算法延时,资源消耗和精度较传统算法来说有了明显改善。

基于FPGA的并行DDS结构设计

频率合成器称为电子系统的"心脏",直接数字频率合成器(DDS)相对于传统的频率合成技术具有很明显的优点。然而,存在着输出频率有限、输出杂散严重的问题。用FPGA实现DDS受制于芯片本身运行速度和功耗的影响,因此,基于FPGA实现高速、低功耗的DDS具有重要的意义。主要设计了一种并行DDS结构。相位累加器采用四路并行,并在每一路采用两级流水线结构提高寻址速度。通过查找表与类似于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的角度旋转方法相结合实现相幅转换。最后,采用多相结构实现四路并行输出,得到约-120dB的无杂散动态范围(SFDR)的正交波形。四路并行结构相对于单路DDS,输出信号频谱带宽提高了四倍。

迭代最小二乘卫星定位算法

随着卫星定位系统的逐步完善,定位导航设备功能也不断增加,而数据处理器资源是有限的,为了降低定位解算时矩阵求逆的硬件复杂度和计算耗时,实现快速实时定位,可以利用坐标旋转数字计算方法对观测矩阵进行变换,将观测矩阵分解成上三角矩阵,然后解算出未知向量。通过对比迭代最小二乘定位算法在不同迭代次数下与传统最小二乘算法的定位精度和运算量,在相同的定位精度下,迭代最小二乘定位算法大大提高了运算效率,减轻了数据处理器的运算负担。