高选择性便携式正交锁相放大器研制

针对商用锁相放大器或虚拟锁相放大器体积较大、 价格昂贵, 无法集成在便携式设备中的问题, 利用信号相干检测原理, 设计并研制了一种基于ARM7的便携式正交锁相放大器, 包括两路参考信号相互正交的相敏检波器。为验证各电路功能, 详细测量了各模块的输出信号波形。利用信号发生器模拟产生待测信号, 对两路相敏检波器的输入输出关系做了标定, 并重点对所研制锁相放大器的性能做了测试和表征, 包括量程、 均值误差、 选频特性和检测下限等。实验结果显示, 系统测量下限小于等于5 mV, 检测范围为5~3 000 mV, 均值误差绝对值小于等于10 mV, 满度测量误差小于等于1%, 待测信号允许带宽0~50 kHz, 3 dB频带宽度小于1 Hz, 达到了便携式仪器的测量要求。     

基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计

设计了基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪,并成功地进行了运行检测.利用NI公司的PCI6251数据采集卡,虚拟信号分析仪能够分析信号频率小于50 kHz,最大幅值小于5V的电压信号的频谱;采集到的波形通过相应的程序处理模块处理,能够得到波形的频率、幅值、平均值和均方根等信息;波形信号、信号参数信息及波形的频谱分析结...     

一种纳亨级电感测试仪

在通信链路和高频前端电路中,尤其涉及匹配滤波网络时,纳亨级电感的应用十分广泛．但是小量值电感的制作和测量极为困难,同时分布参数对通信机的影响也是非常难以评估和改善的．设计了一种简洁、低成本、高效的高精度纳亨级电感测量仪,包含ARM7主控制器、液晶显示模块、按键、DDS扫频模块、AGC模块、高频匹配检波器、电源、数字接口和其他信号调理电路．该仪器通过ARM7控制DDS产生扫频信号,寻找串联LC谐振回路的中心频率,从而计算补偿得到待测电感数值和其Q参数,并利用渐近式算法提高测量速度．该仪器能够测量1nH—10μH的电感值,并且能够提供10kHz-60MHz的频率的正弦波信号输出．总的来说,该仪器结构模块化,易于调试,并且能够提供良好的人机交互界面和数字通信端口,方便自动测量．     

基于电压/频率转换的极简交流电压测量方法

为解决现有交流电压幅值测量方法中对模数转换器性能要求高、硬件电路复杂的问题,采用电压/频率 转换器将交流电压幅度信息调制成数字频率信号,通过分析数字频率信号,可计算出调制前的交流电压幅值。 推导出变换周期内电压/频率转换器的输出频率与输入交流电压幅值的数学关系; 在此基础上设计出仅含有电 压/频率转换芯片和一片双运放的交流电压幅值检测电路。实验结果表明,该方法正确,电路设计合理有效。 该方法利用数字频率信号易积分特性,将每个测试值均用于计算待测信号的幅度,提高了测试数据的利用率, 且简洁的电路设计提高了测量的稳定性。     

非线性系统的自适应输出反馈优化跟踪控制

针对只有输出信号可测且不可测状态与未知非线性函数相关,同时还受到外部扰动的非线性系统,提出了一种自适应神经网络动态面优化控制方法,旨在解决该类非线性系统的输出反馈跟踪问题。首先,构建了基于径向基函数神经网络的状态观测器,保证其观测误差可渐进收敛至0;其次,利用动态面技术设计了自适应输出反馈控制律;最后,利用最速下降法选取了最优控制参数,优化了控制输入和跟踪性能,减轻了控制参数整定的工作量。该方法能够保证闭环系统所有信号半全局一致有界,而且通过引入性能函数和跟踪误差转换,保证系统输出具有指定的跟踪性能,改善了控制系统的过渡性质。仿真结果表明:设计的状态观测器较准确地实现了对系统信号的估计,跟踪误差信号幅值始终不超过0.02,控制参数优化后的输入信号幅值明显减小,验证了该控制方法的有效性。     

大气压交流放电自动频率跟踪电路的设计

根据等离子体美容仪负载的特殊性要求,设计了大气压交流放电状态自动频率跟踪电路,以达到仪器的稳定输出.详细讨论了频率自动跟踪电路的设计思想和实现方案.利用窗口比较器来检测输出状态改变,并转换为V/f变换的控制信号,通过压控振荡使得功率变换器的振荡频率跟踪系统本征频率的变化,以保持谐振状态,得到稳定输出.对所研制的电路进行了具体测试,结果表明:频率跟踪效果好,仪器输出稳定,使用效果佳.     

无人车硬件在环虚拟测试系统设计与验证

为了解决在验证无人车的智能行为时,实地道路测试中面临的诸多问题,如费时、经济性差、道路环境要求高,以及易受天气环境的影响等。通过设计无人车硬件在环虚拟测试系统以及虚拟现实的方式对无人车的智能行为进行测试,该系统包括虚拟交通环境、道路模拟、车辆动力学以及模拟车载传感器的感知4个部分,可满足在无人车测试时对不同的交通状况、不同车型、不同传感器的测试需求。在虚拟交通环境部分提出了动态场景的自动触发机制,可适用于虚拟场景内所有动态运动目标的触发;在车辆动力学部分,设计了2个车辆模型通过在实时系统中的接口映射方案,解决了场景软件中车辆模型自由度少、车辆模型精度差等问题;在模拟传感器感知部分,提出了2种激励信号方案,一方面解决了因传感器目标模拟系统的物理因素导致的不足,另一方面也更好地适应复杂场景下车辆算法测试。通过该系统设计的一个虚拟测试场景,在场景中验证动态场景的自动触发机制,通过配置某待测实车的车辆动力学模型,在该虚拟测试场景中测试待测实车整车控制器的自适应巡航功能。研究结果表明:自动触发机制可准点触发虚拟目标车辆运动,待测实车整车控制器的自适应巡航能力良好,在低速场景中跟车距离稳定在40 m左右;此外系统存在一定程度的机械延迟,对系统不同激励信号方式的应用研究表明,在坡度与弯道场景中黑盒模拟法存在一定的不足。该系统可完成无人车硬件在环的虚拟测试。     

单片机综合应用实验设计——低频信号幅频综合检测

针对单片机综合应用实验设计,该文设计了低实验成本的低频信号幅频综合检测实验。实验涉及了单片机定时器、外部中断、AD接口技术以及电子测量技术等知识综合应用,知识考查面广。该文提出的幅频检测方案利用放大和整形电路将待测信号转换成单片机可识别的二值信号,再通过单片机利用测频法测出信号频率;利用具有电压负反馈的峰值保持电路和AD转换器采集待测信号的幅值。实验结果表明设计方案可行。通过实验可提高学生的创新实践能力,培养学生查找问题、分析问题和解决问题的能力。     

输入非仿射不确定性混沌系统的输出跟踪控制

针对一类输入非仿射不确定性混沌系统,采用反演设计了一种新的控制器. 该方法结合非线性跟踪微分器以及扩展状态观测器,非线性跟踪微分器用于逼近虚拟控制量的导数或者参考信号的导数;扩展状态观测器用于估计系统中的未知项及扰动项,并且证明了其收敛性能. 该方法的运算时间远远小于现有设计方法,并且跟踪误差是渐近一致稳定的;该方法保证了此类系统的输出能跟踪任意可微的参考信号. 对具有非仿射输入及扰动和不确定性的混沌系统的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.      

一维波方程非同位误差反馈调节

采用自适应的方法研究了带有分布谐波扰动的一维波方程的误差反馈调节问题.假设谐波扰动的频率已知,振幅未知,量测输出为左边界位移与跟踪信号之间的跟踪误差及误差导数.首先,通过构造调节器方程将原始系统变为辅助系统,将分布的谐波干扰变为边界扰动信号.其次,仅利用可量测的误差信号设计自适应状态观测器及未知参数的更新律,从而估计出辅助系统的状态及谐波干扰、参考信号的未知振幅.最后,通过再次构造辅助系统将非同位的干扰与控制变至同一端,为被控系统设计边界误差反馈调节器,利用可逆的backstepping变换证明闭环系统存在唯一的有界解,跟踪误差渐近趋于零.     

基于WIFI技术的远程示波器实验设备研制

为满足电子类实验教学对示波器功能及性能指标的要求,设计了参数可灵活设定、应用场所不受空间限制的无线示波器设备。系统以FPGA( Field Programmable Gata Array) 作为主控制器用于信号的处理,硬件部分主要由信号调理模块、A/D( Analog-to-Digital) 转换模块、无线传输模块、电源模块组成,上位机基于Labview 可视化编程软件设计。硬件采集处理部分与软件客户端通过WIFI 技术进行参数与信号传输,使观测效果不受被测点空间位置的限制。系统可同时实现4 路信号的采集与无线观测。经测试,该系统最高可分辨700 kHz 的波形特征,可准确测试2 MHz 的信号频率与幅值。该系统与实验室现有传统示波器互为补充,可满足本科实验教学及课外实践的设备要求。     

基于存储扫描方式的任意波形信号发生器卡的设计

设计一种基于PC总线的任意波形信号发生器板卡.该板卡采用大容量存储器,自动扫描电路,16 bit高精度D/A转换实现了在不占用CPU资源的情况下输出任意波形.通过对输出波形的理论误差分析,得到了采样点数、扫描频率对波形输出精度影响的规律,并进行了试验,试验结果表明,该信号发生器板卡可以精确地产生任意波形,输出信号的频带宽度为10-5 Hz～200 kHz,输出信号幅值精度2 mV,在200采样点时频率准确度为99.51%.该卡可以应用在虚拟仪器领域.     

工程装备通用自动测试系统设计

为了提高自动测试系统的通用性能,将自动测试技术和虚拟仪器技术相结合,设计并实现了一种基于"PXI模块化仪器 程控仪器 连接器-适配器"结构的工程装备通用自动测试系统.系统根据各待测单元的信号频率和功能特征设计标准阵列接口连接器ICA(interface connector assembly);在仪器控制方面为了弥补可互换虚拟仪器ⅣⅠ(interchangeable virtual instruments)规范的不足,采用ⅣⅠ类仪器模型的基本思想,建立了系统的"ATS(automatic test system)资源模型",利用IVI规范配置仪器无关性系统;软件平台让用户根据待测单元的测试需求完成TPS(test program set)的开发,使在此软件平台上开发出的TPS完全独立于测试资源.工程应用表明,该系统具有良好的实用性和扩展性.     

基于电磁传感器的智能车设计与实现

设计了基于电磁传感器的自动循迹智能车。使用32位单片机MCF52259作为核心控制单元,设计了电源模块电路、停车检测电路、电机驱动电路及信号采集电路,采用PID控制算法使得智能车自动采集路径信息,控制电机加减速、舵机转向,实现了智能车的自动循迹行驶功能。     

基于船舶人机工程的虚拟人操作驱动建模仿真技术

针对船舶设计过程中复杂的人机工程学问题,提出了在虚拟环境中通过满足精度要求的虚拟人实时驱动模型仿真的新方法.采用动态约束方法,基于旋转信息建立虚拟人实时驱动模型,将运动跟踪系统捕获的真人运动参数映射到实时驱动模型而实现对不同百分位人体模型的操作;建立驱动误差模型,分析运动跟踪系统误差对实时驱动模型驱动精度的影响;基于上述方法开发了船舶虚拟人实时驱动模块,并集成到船舶产品设计的虚拟评估系统中;以某型船舶机舱设施布局的人机工程学评估为例进行应用验证.结果表明,所提出的虚拟人操作驱动模型具有较好的有效性.
     

双H型石英音叉陀螺驱动信号频率跟踪算法的研究

为提高双H型石英音叉陀螺驱动信号的稳定性,基于DSP设计了一种数字化闭环控制电路,依据双H型石英音叉陀螺在串联谐振频率点处工作时驱动叉指振动的幅度随频率变化的影响最小,通过相位控制实现了驱动信号频率的跟踪,并利用希尔伯特变换产生了一对正交的参考信号用作相位检测.实验结果表明,双H型石英音叉陀螺工作稳定后,驱动信号频率跟踪算法的相位标准差为4mrad,精度达到0.003 4Hz.     

基于Labview/Matlab的数字信号处理课程实验系统设计

基于实验室现有的Labview和Matlab软硬件等设备,结合测控专业特点,设计出课程实验系统。系统包括话机按键双音频信号识别、圆轮廓形状误差谐波分析、数字音频效果及原理性演示实验等。该实验系统内容全面,融合数字信号处理技术、虚拟仪器技术及精密测量技术,具有综合型、设计型和障碍型的特点。教学实践表明,该系统具有良好的教学效果。     

基于虚拟仪器的混频生物阻抗测量系统

为获得同一时刻、不同频率下的生物阻抗信息,设计了基于虚拟仪器的混频生物阻抗测量系统.该系统硬件平台由自主开发的信号源模块和信号调理模块以及NI公司的PCI-6111板卡组成.对混频激励下阻抗信息的提取方法进行了研究,提出了基于虚参考点的数据采集方法,利用LabVIEW实现数据的采集、分析处理、显示和存储等,大大提高了开发效率.通过与Agilent4294A阻抗分析仪进行比对,证明该系统具有较高的测量精度和准确性.