FPGA based hardware platform for trapped-ion-based multi-level quantum systems

We report a design and implementation of a field-programmable-gate-arrays(FPGA)based hardware platform,which is used to realize control and signal readout of trapped-ion-based multi-level quantum systems.This platform integrates a four-channel 2.8 Gsps@14 bits arbitrary waveform generator,a 16-channel 1 Gsps@14 bits direct-digital-synthesisbased radio-frequency generator,a 16-channel 8 ns resolution pulse generator,a 10-channel 16 bits digital-to-analogconverter module,and a 2-channel proportion integration differentiation controller.The hardware platform can be applied in the trapped-ion-based multi-level quantum systems,enabling quantum control of multi-level quantum system and highdimensional quantum simulation.The platform is scalable and more channels for control and signal readout can be implemented by utilizing more parallel duplications of the hardware.The hardware platform also has a bright future to be applied in scaled trapped-ion-based quantum systems.

A Hardware Platform Framework for an Intelligent Vehicle Based on a Driving Brain

The type, model, quantity, and location of sensors installed on the intelligent vehicle test platform are different, resulting in different sensor information processing modules, The driving map used in intelligent vehicle test platform has no uniform standard, which leads to different granularity of driving map information, The sensor information processing module is directly associated with the driving map information and decision-making module, which leads to the interface of intelligent driving system software module has no uniform standard, Based on the software and hardware architecture of intelligent vehicle, the sensor information and driving map information are processed by using the formal language of driving cognition to form a driving situation graph cluster and output to a decision-making module, and the out- put result of the decision-making module is shown as a cognitive arrow cluster, so that the whole process of intelligent driving from perception to decision-making is completed, The formalization of driving cognition reduces the influence of sensor type, model, quantity, and location on the whole software architec- ture, which makes the software architecture portable on different intelligent driving hardware platforms.

SPACECRAFT DOCKING SIMULATION USING HARDWARE-IN-THE-LOOP SIMULATOR WITH STEWART PLATFORM

A ground-based hardware-in-the-loop （HIL） simulation system with hydraulically driven Stewart platform for spacecraft docking simulation is presented. The system is used for simulating docking process of the on-orbit spacecraft. Principle and structure of the six-degree-of-freedom simulation system are introduced. The docking process dynamic of the vehicles is modeled. Experiment results and mathematical simulation data are compared to validating the simulation system. The comparisons of the results prove that the simulation system proposed can effectively simulate the on-orbit docking process of the spacecraft.

Hardware Implementation of STM32 Microcontroller-Based Indoor Environment Monitoring System

Microcontroller is widely used in the intelligent life of modern society. Intelligent development based on Microcontroller to solve the actual needs of people’s life, work, study and other fields is the core of Microcontroller application. Therefore, it is a task for researchers to understand the structure and performance of microcontroller, develop software, and be familiar with the method and process of intelligent development based on microcontroller. And with that in mind, this paper designs and produces a physical hardware system for indoor environment detection based on STM32 microcontroller. The system can detect the light intensity, temperature and humidity, and CO gas concentration in the indoor environment;and the data is integrated and processed by the STM32 microcontroller to display the current parameter values of each quantity in the indoor environment on a 3.5-inch resistive screen;at the same time, the PC can also log in to the OneNET cloud platform through the web page, and display the light intensity, temperature and humidity, and CO gas concentration values in the indoor environment in real time in the device created by OneNET for real-time viewing. The system can also display the light intensity, temperature and humidity, and CO gas concentration values in the indoor environment in real time. The hardware system has been tested and tested to achieve its function.

基于硬件在环的光储系统实验教学平台设计

现有新能源发电实验平台存在利用率低、交互性差等问题,难以满足培养学生解决复杂工程能力的要求。借助硬件在环仿真技术,设计并开发光伏-储能互补发电综合实验教学平台。基于该平台,设计了从基础教学到探索类实验项目,并具有可扩展性,实践表明,该实验平台实用、便捷,可快速实现先进控制算法在光储领域应用的教学实践。对培养新工科建设下的高水平卓越工程师具有重要作用。

基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台设计

以往的双介质喷嘴离线调试平台由于仅对双介质喷嘴特征参数的单个模型进行计算,导致平台的调试时间较长、调试效果较差,因此,设计基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台。在硬件上,设计微处理器和通信器;在软件设计上,利用最小二乘法对双介质喷嘴的特征进行参数化。在改进关联规则算法的支持下,设定相应的约束条件和离线调试目标,通过计算双介质喷嘴特征参数的一阶数学模型、二阶数学模型和参数状态离散控制模型,得到双介质喷嘴的离线调试函数,从而完成双介质喷嘴的离线调试。通过上述软硬件的设计,完成对双介质喷嘴离线调试平台的设计。在仿真实验中,与以往的双介质喷嘴离线调试平台相比,设计的基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台调试总时间仅为6.8 ms,调试时间更短,调试效果更好。

数字专网的通信终端与加密组件测试系统设计

为提高数字专网的通信终端与配套加密组件测试效率,降低实装测试环境的构建、运维及人力成本,开展了基于半实物仿真的测试系统设计;对通信终端与加密组件的测试需求进行了分析,提出并实现了一种模拟数字专网的通信建链流程和加密通信业务流程的方法;采用了通用AXIe(仪器与测试高级电信计算架构的扩展)测试平台与扩展测试仪器的架构进行系统设计,实现与不同测试对象的物理接口适配、信号调理以及报文数据交互控制,为通信终端及加密组件的加密业务成功率测试、语音质量评测以及远供工作电流测量提供自动化测试技术手段;经验证,测试系统通信链路时延<100 ns,可为通信终端提供良好的语音质量评测环境,PESQ(感知语音质量评测模型)测试≥4.20,可支持加密业务成功率指标≥99.9%的无人值守测试。

基于异构平台的卷积神经网络加速系统设计

在计算和存储资源受限的嵌入式设备上部署卷积神经网络,存在执行速度慢、计算效率低、功耗高的问题。提出了一种基于异构平台的新型卷积神经网络加速架构,设计并实现了基于MobileNet的轻量化卷积神经网络加速系统。首先,为降低硬件资源消耗以及数据传输成本,采用动态定点数量化和批标准化融合的设计方法,对网络模型进行了优化,并降低了加速系统的硬件设计复杂度;其次,通过实现卷积分块、并行卷积计算、数据流优化,有效提高了卷积运算效率和系统吞吐率。在PYNQ-Z2平台上的实验结果表明,此加速系统实现的MobileNet网络推理加速方案对单幅图像的识别时间为0.18 s,系统功耗为2.62 W,相较于ARM单核处理器加速效果提升了128倍。

异构多平台信号处理任务调度研究

简单的并行计算或单一异构平台已经无法满足计算量大、复杂度高的信号处理和任务调度需求,异构多平台系统已经成为信号处理和任务调度的发展趋势。针对提高平台的吞吐量、处理器的利用率以及任务的感知等问题,文中对异构多平台信号处理模型进行了研究,并利用有向无环图对调度任务和软硬件资源建模。基于已提出的调度算法,对任务调度进行了归纳总结、对比分析,发现基于任务感知的混合调度算法能够较好地满足平台调度需求。利用基于任务感知的混合调度算法解决信号处理中的任务调度将是未来研究发展的趋势。

中国地震预警技术测试平台建设与应用

为解决国内地震预警专业软硬件稳定性和可靠性不足、列装测试不充分的技术难题,尽可能降低地震预警系统运行的风险,建设了专业化的中国地震预警技术测试平台。该平台构建了软件和硬件两大测试系统,明确了测试方法、测试用例、测试流程和评价指标,具备在线功能测试、离线回溯测试、预警信息测试和信息安全测试等功能模块。通过系统性测试和综合评估测试结果,为地震预警专业软硬件完善和升级提供科学依据,筑牢地震预警系统的安全防线。

基于ZYNQ平台的卷积神经网络加速器设计与实现

针对卷积神经网络模型规模较大,以及嵌入式系统计算资源有限的问题,提出一种基于ZYNQ平台的卷积神经网络加速器设计方案。采用软硬件协同设计的原则,首先,在FPGA端设计图像、参数输入模块;然后,利用FPGA并行计算技术实现卷积层和池化层运算,并通过摄像头采集手写数字图像与LCD显示结果;最后,在嵌入式平台上实现手写数字识别。实验结果表明,卷积层和池化层的运算速度比ARM平台提高了2.68倍。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。

基于RTDS的直驱风机硬件在环实验方法

为实现风电机组硬件在环平台的通用性,文中在环实验平台搭建了通用风电机组硬件,完成了风电机组的优化控制。针对直驱风机在电网电压不平衡或不对称的情况下影响直驱风机正常运行的问题,文中采用基于正序和负序的电流解耦算法消除负序电流以保持恒定的输出功率。通过抑制故障时风电机组的无功功率两倍频波动,使有功和无功基准值均为0,电网无功功率两倍频波动分量的幅值为0,达到消除负序电流使风电机组稳定输出的目的,并在该实验平台进行仿真验证。实验结果表明,风电机组有功功率输出保持不变,显著提高了风电机组并网的适应性,验证了该方法的合理性和有效性。

异构无人平台软件框架的研究综述

通过对异构无人平台软件框架的研究开展相关综述,对该研究的必要性及关键性进行全面总结。介绍目前无人平台软件框架的研究现状,重点关注目前基于云平台的软件框架的优缺点及发展趋势;考虑智能汽车和无人平台具有相通之处,进一步说明智能汽车领域软件框架的研究现状,针对“软件定义汽车”的发展思路真正实现软硬解耦和远程升级;分析异构无人平台软件框架涉及的关键性技术,对该领域的未来发展趋势进行展望。

基于OpenVPX标准的异构融合处理模块软硬件协同设计研究

随着计算机软硬件技术的持续进步,机载计算平台集成的任务功能日益增多,导致平台内部的计算需求在规模和复杂性上不断攀升。面对智能化应用的迅猛增长,传统的单一处理器架构已不足以应对多样化的复杂任务。为此,基于OpenVPX标准,定义并设计了一种符合硬件开放式架构的3U异构融合处理模块,以适应多种复杂任务的需求。文中还提出了一种异构计算资源池化技术,旨在实现多类型任务应用的快速部署和高效运行,同时降低通信延迟,显著提升计算平台的处理能力和适用性。最后进行了实验验证,结果表明与多CPU架构相比,文中所设计的异构融合处理模块在执行特定神经网络算法时,处理时间缩短了约4.8倍,证明了其在性能上的显著提升。该研究成果不仅展示了异构融合处理模块在机载智能计算应用中的显著性能优势,而且为航空计算平台的未来发展提供了创新的解决方案和技术支持。

运用大数据载体创新高校网络思想政治教育探究

高校思政教育工作应充分运用新媒体信息技术手段,在现代网络中采集、捕捉、获取、辨析、筛选、使用大数据,运用大数据载体加强教育者与受教育者之间的交流互动,及时有效地反馈存在的问题,不断改进和优化高校网络思想政治教育。文章基于思想政治教育现实生活大数据分析,对搭建大数据载体硬件平台、系统平台、共享平台以及突破大数据技术壁垒、大数据与新媒介有机连接等方面进行详细的论述,以期为大数据背景下高校网络思想政治教育载体创新提供有力的支撑和有益的借鉴。

煤化工场景下光储氢热微网能量管理策略研究

针对煤化工场景下的光储氢热微网系统各设备的协调运行问题,满足煤化工“安稳长满优”运行要求,通过深入分析系统内光储氢热运行特点及煤化工生产用电要求,提出了一种基于能量预测和实时功率控制相结合的能量管理策略。首先以用电成本最低为目标,结合光伏及煤化工生产用热用氢预测曲线,建立系统能量预测模型,提出一种适用于煤化工与新能源耦合的光储氢热系统能量管理策略,规划各设备的日运营模式;其次,考虑制氢、储热、储能的运行边界、光伏预测误差及现场电网约束,基于制氢、储热、储能的动态响应特性,设计一种设备分级控制策略以动态调整功率设定值,在尽可能消纳新能源的前提下保证系统稳定运行;最后,基于国能智深控制器EDPF-NT和远宽公司MT8020实时仿真器,搭建能量管理半实物仿真平台。通过仿真结果分析,该策略可节省约19.8%的日用电费用,同时可以充分利用新能源,保证系统用电运行安全。

Arduino与Matlab相融合的自控实验平台

为帮助学生构建分析实际控制系统的方法,开发基于Arduino与Matlab相融合的自动控制实验平台。以温度控制系统为例,建立温度控制系统的数学模型;搭建基于Arduino平台数据采集、Matlab软件数据分析仿真和Python求解器参数优化的系统模型辨识平台。设计了内模PID控制算法,利用Matlab软件对辨识的模型进行仿真测试,同时对温度控制系统进行测试;实现Arduino平台代码的自动生成、自动下载运行以及硬件在环调试等功能。实验结果表明:系统模型辨识较为准确,所提控制策略效果较好;系统模型搭建、算法设计、仿真分析和系统测试全流程的体验,有助于学生提升分析控制系统的能力。

基于国产化芯片的轨道不平顺监测平台方案设计

针对现有轨道不平顺检测方法效率低、维护成本高的问题,设计搭建基于运营车辆振动加速度的轨道不平顺实时监测平台。首先,详细分析了实现轨道不平顺监测算法的硬件功能需求,结合算法逻辑设计平台总体架构;然后,基于平台硬件自主可控的考虑,结合工程应用经验,分析并选择符合平台功能需求的国产化芯片;最后,提出轨道不平顺监测平台完整且自主可控的设计方案。本方案一方面通过运营列车振动加速度对轨道不平顺进行监测,既节约成本,又无需单独占用运营时段;另一方面平台方案依托国产化芯片设计,保证了平台硬件技术层面的自主可控。

新型电力系统电磁暂态并行仿真关键技术及展望

在“碳达峰、碳中和”战略目标驱动下,电力系统逐渐发展成为高比例新能源并网和高比例电力电子设备接入的新型电力系统,其电源结构、电网形态和运行特征发生了显著变化。电磁暂态仿真由于能够全面、精确刻画电力系统的高频动态特性,已成为掌握新型电力系统运行特性的关键手段。然而,传统串行计算模式下的电磁暂态仿真技术在仿真效率上无法应对新能源大规模并网、交直流复杂耦合的仿真场景,亟需从高效并行算法和硬件加速角度出发,开展并行计算模式下的电磁暂态仿真相关研究。为此,首先概括了新型电力系统对电磁暂态仿真的新需求;其次,介绍了电磁暂态仿真的分网并行算法;再次,介绍了能够进一步提升电磁暂态仿真效率的多速率仿真方法;接着,介绍了基于并行计算设备的并行仿真实现方案;最后,梳理了国内外电磁暂态仿真平台的并行策略,总结指出算法硬件深度融合的仿真平台是未来的发展方向,并对其中的关键技术进行分析和展望。