一种基于分数阶微积分的CCM Boost变换器准在线无源参数的数字孪生辨识方法

由于具有高性价比、准确性和数字化等优点,数字孪生已成为电力电子变换器故障趋势判断和预知维护的先进技术。针对当前电力电子变换器所建立的数字孪生模型尚未考虑实际电感、电容的分数阶特性的问题,基于分数阶微积分构建电力电子电路的预估-校正数字孪生模型,应用基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的孪生参数辨识方法对不同分数阶阶次下的电感值(L)和电容值(C)进行辨识,并计算出等效串联电阻。通过与现有方法对比,该方法不仅提高了实际电感和实际电容的辨识精度,还能辨识出不同阶次下与不同C下的分数阶参数。最后,搭建不同L和C及分数阶阶次的连续导通模式Boost变换器物理样机,并考虑不同工况条件与不同辨识次数等因素来进行实验验证。实验结果验证了所提模型与方法的有效性。

基于数字PWM控制的Buck型DC/DC变换器设计

为解决集成电路生产成本随半导体制造工艺进步而升高的问题,尤其针对传统模拟架构DC/DC变换器中的电阻、电容、运算放大器等模块面积大、功耗高、稳定性差等问题,设计一款基于数字PWM调制buck型DC/DC变换器。设计基于CSMC 0.18μm BCD工艺,使用Verilog硬件描述语言设计数字PID补偿器,在VCS+XA数模混合仿真环境下进行仿真验证。仿真结果表明在不同PVT条件以及不同负载下,输出纹波较低,输出电压稳定,实现了低成本、高鲁棒性的设计目标。

双树复小波变换下的数字图像鲁棒性水印方法

为提高数字图像的峰值信噪比,提出基于双树复小波变换的数字图像鲁棒性水印方法。利用双树复小波变换对原始输入图像进行分解,结合小波函数与图像重构条件,降低输出信息的冗余度,并通过计算各子图的高频变量,确定水印嵌入位置,以此为依据,根据嵌入强度因子与水印嵌入密钥实现水印的嵌入,通过图像水印序列的解扩与反置乱操作,对图像水印进行提取,继而完成水印的嵌入与提取过程。实验结果表明,所提方法的峰值信噪比较高,具有良好的鲁棒性。

傅里叶变换红外光谱自适应数字滤波算法研究

针对傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪在不同类型环境噪声下导致的仪器性能下降的问题,提出了一种根据不同环境噪声实时更新滤波参数的自适应滤波算法。对该算法的基本原理和实现过程进行了理论推导,分析了不同滤波参数设置下的滤波效果,进而利用设计的滤波算法对实测光谱数据进行了滤波处理,对比分析了不同滤波方法下的光谱信噪比(SNR)。研究结果表明:基于巴特沃斯滤波的自适应FTIR光谱滤波方法在2100~2200 cm^(-1)和2500~2600 cm^(-1)波段的SNR较传统硬件滤波分别提高了1.29倍和1.13倍,表明该算法可以有效提升FTIR光谱信噪比,改善FTIR仪器的性能指标。

基于无透镜傅里叶变换数字全息的结构形貌测量

为了精确测量物体的形貌信息,提出了一种基于无透镜傅里叶变换数字全息的成像系统。首先,分析了无透镜傅里叶变换数字全息的成像原理,引入了倾斜平面校正方法;然后,搭建了成像系统平台,通过实验验证系统的成像性能。实验结果表明:系统的实际分辨率为57.02 lp/mm。测量结果的相对误差仅为3.95%,充分验证了该系统卓越的成像性能。

一种基于数字孪生的小功率DC/DC变换器健康状态监测方法

针对空间电源高可靠和长寿命的要求,提出一种基于数字孪生技术小功率DC/DC变换器健康状态监测方法。首先实时更新DC/DC变换器退化参数,建立“高保真”数字孪生模型;其次基于虚拟实体通过蒙特卡罗方法生成大量数据样本;然后使用层次分析法确定不同指标的权重,根据指标权重计算加权马氏距离,对最终的健康程度分类。以Superbuck变换器为实验电路,验证了所提方法的有效性。

用于Buck变换器监测的嵌入式概率数字孪生控制器

目前,数字孪生技术已经具备对给定物理系统进行测试和诊断的能力,可以完成对给定物理系统的预测和健康管理。该技术依靠给定物理系统实时更新的数据建立起相应的数字模型,并将数字模型作为与物理系统进行比较的并行参考,通过监测确定物理系统的运行状况。然而在电力电子功率变换器领域,使用此项技术进行控制器监测的研究相对较少,针对此问题,借助概率数字孪生和广义多项式混沌理论,提出一种用于Buck变换器监测的嵌入式概率数字孪生控制器。通过实验验证当功率变换器的占空比和元器件参数发生改变的情况下,所提方案的有效性和可行性。

高频开关电源变换器的数字控制研究

随着电力电子技术的迅速发展和高频开关电源变换器在各类电子设备中应用的日益广泛,数字控制技术因其卓越的性能和高度的灵活性成为研究的热点。通过分析数字脉宽调制(Digital Pulse Width Modulation,DPWM)生成数字占空比信号时产生的问题,引出将模拟控制信号转换成数字占空比信号存在的局限,进而基于Boost变换器提出一种类比例-微分(Proportional-Derivative,PD)的模糊逻辑控制器(Fuzzy Logic Controller,FLC)。该数字控制系统可以直接生成占空比信号而不会导致极限环振荡,并通过实验证明了设计的控制器的有效性。高频开关电源变换器的数字控制研究旨在为电力电子领域提供更加精确、灵活及高效的控制方案,进一步推动高频开关电源变换器技术的发展。

数字化技术在转速变换器计量校准中的应用

转速变换器是一种将频率量转换为电压量的二次装置,目前采用人工手动校准,效率低下且操作烦琐,易发生人为失误。本文在校准过程中引入数字化技术,实现了数据自动处理、报告一键生成等功能,同时建立专用校准数据库,采用数据挖掘等技术进行深度分析,为变换器的设计提供一定的参考。

滚动球变换支持下的TIN-DDM地形特征线自动提取方法

针对传统规则格网数字高程模型地形特征线提取方法中存在阈值难以定量调控、连接方式无法自适应调整以及地形特征线类型不完整的问题,将滚动球变换模型应用于不规则三角网数字水深模型(triangulated irregular network digital depth model,TIN-DDM)地形特征线的自动提取,在构建临界滚动球半径关联的地形特征点定量识别判定准则基础上,引入地形形态边界点概念,采用逆向工程的建模思路,建立了以剖分单元为基础的地形特征线自动提取模型,结合地形类型判定准则的多尺度表达特性及顾及水深数值的地形特征优化模型,提出了可多尺度表达且类型完整的地形特征线自动提取方法。试验结果表明:相比于经典地表流水模拟方法,该方法可实现完整、连续且细分的TIN-DDM地形特征线自动提取及多尺度表达,且提取的地形特征线具有更高的地形重构精度。

基于边缘检测的数字媒体深度交互式图像分割算法

针对数字媒体深度交互式图像受噪声干扰,导致其边缘检测效果较差,影响其分割精度的问题,提出基于边缘检测的数字媒体深度交互式图像分割算法。首先,利用小波变换方法对数字媒体中的图像进行去噪处理,提高图像分割精度;其次,使用高斯函数与低通滤波增强去噪后的图像,提高图像的清晰度,为图像分割提供便利;最后,依据自适应阈值算法对数字媒体的图像进行边缘检测,像素合集中存在上下阈值。根据其上下阈值的计算求出像素合集中的高低两个阈值,并对其实施边缘连接,实现数字媒体图像分割。实验结果表明,所提方法对分割数字媒体图像去噪效果好,分割精度和效率高。

多路精确稳压输出的数字DC-DC变换器设计

数字电路具有功率密度高、控制方法灵活、参数可调、一致性好、抗干扰能力强、可操控性好等优点,是未来高能量密度、高可靠、智能化电源的发展方向。以常用的XX28512型DC-DC为例,采用推挽拓扑+同步Buck (Buck/Boost)电路结构,设计了一款三路独立闭环控制、精确稳压、输出可调的数字DC-DC变换器,通过测试,达到了设计预期。

基于离散余弦变换的数字水印算法研究

数字多媒体产品随着信息化和网络的发展,在网络上得到了广泛传播。为了保护数字产品的著作权和产地信息的标识,将数字水印技术应用到数字媒体产权的保护中。主要介绍了基于离散余弦变换(DCT)的数字水印算法,并研究了该算法。

双环型游标时间—数字变换专用集成电路的设计

低增益雪崩探测器(low-gain avalanche detector, LGAD)是一种硅基半导体探测器,其同时具有高时间精度和高空间分辨能力。由于LGAD的通道密度高,需通过高颗粒度的专用集成电路(application specific integrated circuit, ASIC)完成其高时间精度的读出,该ASIC需包含放大、甄别和时间-数字变换(time-to-digital conversion, TDC)功能。针对LGAD的高精度时间测量需求,本文进行了TDC电路的原型设计与测试验证。该TDC采用游标型的时间量化原理,结合双环型结构与延时差锁定,实现粗细结合的时间测量方式,兼顾了量化步长、电路面积、测量范围和转换时间。测试结果表明,该TDC实现了低于20 ps的最小量化步长和好于10 ps的时间精度。

面向数字射频存储的雷达欺骗干扰检测方法

基于数字射频存储(digital radio frequency memory,DRFM)技术的转发式欺骗干扰与真实雷达回波高度相干,这导致雷达难以分辨真假目标。针对该问题,提出一种基于Hough变换的DRFM欺骗干扰检测方法。建立基于线性调频的干扰信号模型,分析其谐波分量的频谱特性,采用短时傅里叶变换和二维恒虚警率检测器对干扰信号进行特征提取,并利用Hough变换完成欺骗干扰检测。所提方法是基于DRFM欺骗干扰本身的特征,不依赖于先验信息与应用场景,计算复杂度低,且在低信噪比条件下具有良好的检测性能。计算机仿真实验验证了方法的有效性。

基于分数阶傅里叶滤波的数字信道化储频

现代战场环境电磁日趋密集和复杂,各类信号相互混迭,同时各种相参雷达采用脉冲压缩技术以及相参处理方法,抗噪声和抗干扰能力大大增强,特别是采用线性调频(LFM)信号满足了雷达大威力、低截获的功能设计需求,抗干扰能力也得到提高。常规的数字储频(DRFM)采用宽带采集,在数字上对宽带信号进行调频、叠加等调制处理,在瞬时带宽内调制样式、参数是相同的,此处理方式导致瞬时带宽内多信号时,无法针对性施加不同的调制样式,以致干扰粗放、不够精确。为实现精确、有效的干扰相参脉冲压缩雷达,文中提出了采用频域子带处理与分数阶傅里叶滤波的数字信道化干扰设计,增强LFM信号去噪能力,通过DRFM技术形成假目标干扰信号,实施有效干扰。

基于纯硬件电路的轴角-数字解码系统研究

针对旋转变压器解码系统需要软硬件协同合作及系统结构复杂的问题,提出了一种基于纯硬件电路的轴角-数字解码系统,主要包括解调模块和解算模块。解调模块基于与激励信号同步的脉冲信号控制采样/保持电路来得到低频的解调信号;为避免使用AD转换、昂贵的压控振荡器等复杂硬件,解算模块采用了负反馈结构,主要基于计数器实现,通过正余弦LUT查找表将计数值转换为旋转变压器角度的线性输出,计数值表示解算角度;当解算角度与实际角度不一致时,解算模块会控制计数值增加或者减少,直到解算角度与实际角度一致。为验证该方法的有效性,在Matlab/Simulink中搭建系统模型进行多工况仿真验证,结果表明,纯硬件解码方法在角度阶跃变化、匀速变化及系统存在噪声时均能稳定正常工作,并且误差不超过0.2°,响应时间不超过2 ms,优于常规软件解码方法。最后进一步制作了验证板卡进行了实物验证,验证结果表明该系统具有较好的稳定性及精度。

关于“数字信号处理”课程“围线积分法”求z反变换思政教学的研究和探索

“数字信号处理”类课程思政教学实施起来难度较大且富有挑战性,本文对在“围线积分法”求z反变换教学过程中如何有效融入思政元素进行了研究和探索。论文首先从中算学著名的贾宪三角形及其所隐含的斐波那契序列相关的代数学规律出发,介绍了该序列通项计算表达式的具体特点。然后,基于数字信号处理课程教学中z反变换求取的“围线积分法”法,以例题形式分析了跟斐波那契序列通项公式求取相关的z变换表达式及收敛域的对应关系。在教学中,以例题讲解的形式可巧妙地把相关思政元素融入进去。经过3个学期的教学实践和反馈表明,如此进行思政教学,既可增强“围线积分法”求z反变换教学的趣味性,又可提高学生的学习兴趣和动力,具有良好的教学成效,值得在计算机学科相关教学过程中予以参考和借鉴。

数字控制DC-DC变换器改进离散迭代建模和稳定性分析

离散迭代模型是一种能精确描述数字控制变换器特性的工具,然而传统的离散模型通常计算复杂而且不够直观,不利于控制器的设计。该文对离散迭代模型进行合理近似,推导出数字控制DC-DC变换器在前沿和后沿调制下的二阶全局等效电路模型,解决了传统模型直观性和精确性之间的矛盾。该模型可以反映具有不同脉冲宽度调制方法的DC-DC变换器的稳态和动态行为。在等效电路的基础上,分析了数字控制的特性,推导出了z域传递函数,从而得到了不同调制方式下控制-输出的频率响应,并且分析了两种调制方式对系统稳定性的影响。此外,等效电路模型可以准确地跟踪详细开关电路的工作波形,并且对系统参数变化时系统的稳定边界做出精确预测。最后,搭建了DC-DC变换器的样机,验证了模型和理论分析的有效性。

基于Android的变换域数字图像水印算法

为了解决移动平台上的数字图像版权保护问题,提出了使用Android-Java本地接口(Java Native Interface,JNI)技术实现的基于移动平台的变换域数字图像水印算法。首先使用Android Studio开发工具,采用CMake编译方式将C++数字水印算法程序编译为移动平台可调用的库文件;其次开发Android应用,在Android平台上通过JNI技术实现数字水印算法程序,将RGB图像转换到YUV颜色空间,获取Y分量进行DFT变换,利用在离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)变换之后的数据,进行4×4分块,在每一个小块上嵌入和提取水印,实现在彩色图像上水印的嵌入和提取;最后通过实验验证了使用Android-JNI技术并采用CMake方式编译,能快速地将用C++编写的变换域数字图像水印算法运用到Android平台。