同步电路设计

2024-05-18

同步电路设计(精选12篇)

同步电路设计 篇1

0 引言

随着无线通信迅速发展和用户需求日益增加,有限的频谱资源显得越发宝贵,波束赋形天线也因此渐渐受到了广泛的关注。波束赋形天线是多天线技术的一种[1],它将数字信号处理技术引入到了天线设计中,结合天线阵产生直接指向目标用户的定向波束。与传统的定向天线相比,波束赋形天线具有更高的方向增益,更低的干扰水平,以及灵活的自适应性。

波束赋形智能天线根据工作方式可分为两种:自适应天线阵列和切换波束阵列[2]。自适应天线阵是通过到达方向(Direction of Arrival,Do A)算法获取用户角度信息,从而自适应地生成指向性波束,保证用户可获取最大功率。Do A算法的问题是需要大量矩阵运算,包括求逆、乘法等,造成很高的运算复杂度。这对硬件实现的实时通信系统是一个巨大挑战。在硬件资源有限的情况下,基于切换波束阵列天线的快速波束同步方法成为主要的选择。基站通过扫描每个波束的输出功率,选择出对准目标用户的波束方向。搜索算法的设计直接影响同步效率。

文献[3,4]提出基于优化波束搜索算法的同步方式,分别提出利用宽波束获取快速同步和波束子集划分的搜索算法。此类方法有效降低了波束搜索的冗余和算法复杂度,但仍是基于搜索由于对准概率的存在依然会产生较多搜索冗余。另外文献[5,6]提出利用序列的特殊结构表示不同的扇区,通过识别序列来获取当前工作的扇区。此种方法通过一定次数的发射和接收同步序列就可以实现波束的同步,规避了波束的搜索,但是多次的导频收发造成了时间和频谱资源浪费。

本文提出了一种基于同步序列设计的波束同步方法。文中对同步序列的帧结构设计方案和序列选择方案进行了详细的阐述。利用此同步帧结构,可以在两个同步帧内完成基站间的波束同步,有效避免了波束搜索的冗余,也降低了传统序列设计方法造成的资源浪费。创新地提出了双模式的同步序列,利用不同的序列模式,基站可以完成波束同步和同步的跟踪。最终,设计序列的仿真结果说明同步序列具有良好的性能,在低信噪比下获取了低漏检概率和低扇区识别错误率。

1 波束赋形通信系统概述

在本系统中,基站间通信采用OFDM技术和波束赋形技术。考虑系统中的波束赋形天线是基于切换天线阵列,将基站间通信的小区结构设计成如图1所示。每个基站被划分成几个主要的扇区(比如6个),并且每个扇区再被划分成更小的扇区(比如6个),称之为片区。

此划分方案能够降低搜索算法的开销。首先,根据扇区进行搜索,需要6条同步序列进行标识并进6次序列检测。再进行片区的识别,同样需要6次序列检测,考虑到同步序列可重复利用,这里不需要额外的序列对片区进行标识。6×6×2的计算开销显然会远小于直接搜索带来的36×36的开销,同步效率会显著地提高。

同步帧在完整帧中的位置和结构如图2所示。基站在每一帧开头的2+n个OFDM符号传输同步信号。同步信号帮助基站完成基站间时偏和频偏的同步并标明出发射区域的ID。如图2所示,开头的两个同步符号由相同的导频序列构成,其结构类似于循环前缀(cyclic-prefix,CP),这样的帧头结构可以用于信号的捕获、同步和帧头位置的确定。Zn序列的作用是标明当前序列发射扇区或片区,不同的下标n代表了不同的发送区域ID。比如基站被划分为6个工作扇区,则需要6个不同的Zn同步序列来对应6个扇区。

本波束赋形系统的基础参数如表1所示。帧头序列P利用所有有效子载波传输导频序列,获取最大的捕获概率和同步精度,占用1292个子载波。扇区标识序列Zn的设计参考LTE的主同步信号[7],占用系统带宽2.6MHz,总共含有138个子载波,位于载波两侧的低频段。

系统的导频序列采用Zaddoff-Chu(ZC)序列[8],这种序列具有良好的自相关和互相关性质,它的自相关结果为冲击函数,并且两个不同ZC序列互相关结果为常数。ZC序列在经过FFT后依然为ZC序列,那么其在频域和时域上都具有相同的相关性质。ZC序列可以通过以下公式得到:

其中,k=0,…,NZC-1,NZC为奇数,u代表了ZC序列的根值。从式(1)中可以看出,u和NZC应当是互质的,否则会出现不同根植下序列相同的情况,所以一般选择NZC为质数来获得最优的相关性质。

2 同步序列和波束同步方案设计

2.1 同步序列设计

如上所述,帧头序列P占用全部有效带宽,子载波个数为1292,那么选取最接近于其的质数1291为ZC序列的长度。由于帧头P采用类似于CP的结构,那么其捕获可以通过延迟相关检测快速的实现,可表示为:

其中,r为接收序列,m代表延迟点数,L代表帧头序列P的长度。搜索相关峰值出现的位置可以完成帧头的捕获,而具体的信号时频偏同步算法通过文献[9]提出的最大似然估计算法实现,不作为本文的重点,不做赘述。

标识序列Zn占用带宽2.6MHz,有效子载波数138,那么选取接近于其的质数127作为ZC序列的长度,保留部分子载波作为保护带宽。为了区分不同的扇区和片区,设计以下两种不同的Zn序列,称为模式a和模式b,如下所示:

①模式a:不同根值ZC组成序列代表不同扇区。

②模式b:同一根值ZC,利用循环移位组成n个序列代表n个片区。同时序列根值代表了当前的发射扇区。

为了获取更长的同步序列,采用不重复的导频结构,如图3所示,中间的垫零是为了规避直流载波。对于不同根值序列,检测算法为本地序列和接收序列的互相关,可表述为:

其中,x为本地序列,N为序列长度。对于循环移位组成的序列,由于相关函数是一个冲击函数,那么公式(3)将无法获得相关峰值。因此,采用本地序列和接收序列的周期相关进行检测,可表示为:

在检测不同ZC序列根值的同时还可以通过峰值的位置,可以判断序列的循环移位长度,从而区分出不同的波束发射区域。考虑到实际系统中可能出现的时间偏差,将导致相关性减弱,公式(3)表示的算法无法检测出序列,因此提出统一采用公式(4)所示的算法,对序列进行检测。为了降低算法实现的复杂度,利用FFT将接收序列和本地序列转换到频域,可以将周期相关的运算简化为:

如上所述,系统有效子载波数为1292,需要采用2048点长度的FFT/IFFT生成OFDM符号,这导致了ZC序列的过采样,会丢失部分的自相关和互相关的性能。因此在进行Zn序列设计的时候,需要考虑到不同根值ZC序列之间互相关性能的最优化。为了表示6个不同的扇区,需要选择6个不同的根值,从127中选6总共有5169379425种组合,比对所有组合需要庞大的计算量。为了简化可能的组合,利用ZC序列的另一性质,当u2=Nzc-u1时,ZCu1[k]=ZCu2[k]*,u1和u2被称为共轭根。利用共轭根值可将需要存储的序列减少为原来的一半,并且一个相关器就可以计算两个根值序列的相关结果。所以可选的根值组合减少为39711,另外的三条序列选择为这3个根值的共轭根值。另外,OFDM符号的峰均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)也是影响性能的重要指标[10],ZC序列的选择将直接影响同步帧符号的PAPR,其值会在3d B~7d B内浮动。通过仿真可以选择出峰均比低于4d B的组合作为导频的序列,共有7对的序列组合是低于4d B的。从这7对中选出3个组合作为最终的序列,总共只有35种选择,进一步缩小了可选的范围。通过ZC序列的互相关仿真,可以选出序列相关峰值最小的组合为{1,32,63,64,95,126},它们的PA-PR最大值为3.128d B,互相关和PAPR计算结果如表2所示。最终这6个根值的序列被选为最终的序列根值组合。对于循环移位的序列,为了形成6个不同的序列,一次循环移位的长度设定为20点,可以构成6个不同的循环移位长度,{0,20,40,60,80,100}。

最终设计的同步序列具有以下几个特点:①同步序列是基于ZC序列,帧头P的序列长度为1291,波束区域划分序列Zn的长度为127;②选出了6条不同根值的ZC序列来表示不同的发射扇区ID,并用循环移位生成6条序列来区分不同的发射片区ID;③Zn序列的选择方案保证了序列互相关性能和PAPR之间最好的权衡;④利用ZC序列的共轭根值性质,减少了序列所需的存储空间,降低了在硬件实现上的复杂度。

2.2 波束同步方案设计

本文基于上述帧结构提出了波束同步具体实现方案。如图4所示,本系统中的通信基站都具有两种工作模式,分别是全向广播和指向通信。以两基站之间的同步为例,基站A(简称A)和基站B(简称B),A为未同步基站,B为通信网络内已同步基站。波束同步和跟踪可通过以下4个步骤实现:

①A获取B的发射波束扇区。假设B已知有基站需要接入网络,从而发出方向同步帧,A进行方向帧接收。此步骤中B选择发送模式a的ZC序列来代表6个扇区方向。B对帧头P进行全向的发射,A可以利用此同步序列完成方向帧的捕获,之后的6个符号B将会按6个扇区的方向进行发送,A全向接收得到6个同步符号。利用ZC序列的相关检测可以得到信号能量最强的Zk,根据k值可以得知B的发射扇区ID,利用波束的对称性A可以得到相应的发射扇区。

②B获取A的发射波束片区。A可直接选择使用模式b的ZC序列来同时标识扇区和片区,定向地向B发送同步帧,B进行全向的接收。B利用帧头P完成同步帧的获取后,通过ZC的检测算法,确定ZC序列的根值,从而获得A的发射扇区ID。再利用ZC序列的循环移位点数,获得A的发射片区ID。B可一次性完成了最优的波束发射扇区和片区的获取。

③A获取B的发射波束片区。步骤②中,B可以获得A的最优发射片区,从而重复步骤②的过程,B在其发射片区上向A定向发射模式b的同步序列,A通过检测即可得到B的发射片区ID。经过以上三个步骤之后,A和B就完成各自发射和接收扇区的确认。在同步流程中,A只需进行一次方向同步帧的发射,而B需进行两次方向同步帧的发射。所以基站的波束同步可以在两个方向同步帧的时间长度内完成。

④波束方向的跟踪。基站在本系统中认为是可移动的,所以在通信过程中,通信帧与通信帧之间波束的方向可能随时间发生变化。但是角度变化应当是有连续性的变化,而不是角度的突变。因此本文提出在每帧通信帧的帧头都发送模式b的同步序列,也就是重复进行步骤②和步骤③,发射基站就可以不断通知接收基站波束方向的变化,从而不断修正波束方向。

3 仿真结果和分析

本节给出同步序列的仿真结果,系统基本参数如表1所示,其他仿真参数如下:①FFT长度2048点;②CP长度为168点;③信道为高斯白噪声信道。本文通过误警概率(false alarm)和漏检概率(miss detection)来评价设计序列的性能,两者的定义如下:

①误警概率:无此序列的情况下检测出序列的概率。

②漏检概率:存在此序列的情况下未检测出此序列的概率。

通过选择检测的门限值可以控制误警概率,仿真中将门限设定为0.3。此门限可以保障仿真中的误警概率低于10-3。

图5给出了帧头序列在不同信噪比(signalnoise-ratio,SNR)下的漏检概率,假设仿真是在全向模式下进行。由仿真结果可以得到为了保证帧头序列的检测概率大于99%,也就是漏检概率低于1%,需要SNR高于1.1d B。仿真也给出了在不同载波频偏(Carrier Frequency Offset,CFO)情况下的性能,从结果可以看出算法对频偏并不敏感,可以在未同步的情况下完成帧头的检测。

图6给出了扇区或片区标识序列Zn在不同SNR下的ID错检概率,ID错检概率由漏检概率和ZC序列识别错误概率组成。由于ZC序列良好的相关性质,漏检概率直接决定了ID错检概率,仿真表明两者相等,因此直接给出了序列的漏检概率仿真结果。仿真结果表明,序列检测具有很高的成功率,在没有角度偏差的情况下,为了保证检测成功率大于99%,SNR只需大于-25.2d B。由于此仿真是在15×15 Tx-Rx的指向通信模式下,所以与全面模式下的帧头检测相比有明显的功率增益。在序列检测时,接收角度可能存在明显误差,因为系统参数决定了片区间的间隔为10°,因此仿真选择的角度误差也为10°的整数倍。从仿真结果可得度误差对检测的影响是极其显著的。最大角度误差30°的情况下,性能大约会下降10d B。同时也要注意到误差30°情况下由于受到两扇区边界模糊的影响,检测成功率有一定的提升。此时,为了让漏检概率小于1%,需要系统的信噪比大于-16d B,仍然具有较好的性能。

在TI的数字信号处理器TMS320C6670上进行硬件实验,实验的具体参数如前所述。实验结果表明处理完成一次基于多重信号分类法的Do A估计需要耗时约2.6ms,而完成本方法的同步序列检测花费的时间和序列时间长度相关约0.5ms。比较的结果证明了本方法明显降低了对硬件资源的消耗。考虑到本系统的通信帧长为4ms,Do A算法的高耗时会明显影响系统的实时性,而本方案能有效克服了此问题。

4 结束语

本文提出了一种新的基于同步序列设计的波束同步方法。本方法相对于现有类似的方案能更快地完成波束同步,更是在没有增加冗余数据的情况下,创新性地解决了波束同步跟踪问题。仿真结果表明本文提出的帧头序列和标识序列在低信噪比下依然具有良好的检测性能,并且ID的错检概率可以达到极低的水平(小于10-3)。相比于基于DOA算法的波束同步,本方法在角度识别的分辨率上只能达到10°,但是明显减小了对硬件资源的消耗,能快速完成波束同步。因此,本方法非常适用于硬件资源有限的波束赋形通信系统。

参考文献

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[5]Abu-Surra S,Rajagopal S,Zhang Xiao-jie.Synchronization sequence design for mm Wave cellular systems[C].IEEE Consumer Communications and Networking Conference,2014:617-622.

[6]Barati C N,Hosseini S A.Directional cell search for millimeter wave cellular systems[C].IEEE International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications,2014:120-124.

[7]李希.LTE下行链路仿真平台实现和同步技术研究[D].成都:电子科技大学,2012.

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[9]Van de Beek J J,Sandell M,Borjesson P O.ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems[J].IEEE Transactions on Signal Processing,1997,45(7):1800-1805.

[10]杨刚.OFDM通信系统中PAPR抑制技术的研究[D].西安:西安电子科技大学,2006.

同步电路设计 篇2

【教材简析】这是一篇略读课文,课文介绍了一栋实验性综合电脑住宅的有关情况,全文是按照空间转换的顺序来介绍的,具体说明了电脑住宅中智能系统的使用和功能。课文表现了电脑的神奇和它给人们带来的快捷、方便、安全和舒适,使我们体会到迅速发展的科学技术给人们带来的便利,唤起学生对美好未来的憧憬和对科学技术的探索与追求。

【教学目标】

1、学习本课生字新词,能正确读写词语。

2、默读课文,能想象出课文描写的场景和事物。

3、和同学就感兴趣的课文内容展开讨论,交流,感受现代科学技术给人们的生活带来的舒适和便捷,唤起学生热爱科学,学习科学和探索科学的兴趣。

4、体会作者按一定顺序说明事物的方法。【教学重难点】想象课文描写的场景和事物。【课前准备】相关课件。【教学过程】

一、导入新课

上篇课文使我们感受到科学技术的飞速发展使人们的生活发生了巨大的变化。今天我们去一个高科技的住宅做客,那儿的设施会令你们大开眼界。

出示课题:电脑住宅

学生齐读课题。

二、初读课文,学习生字新词

1、自读课文画出生字词(借助工具书解决)。

2、交流学习情况:

课件展示字词:

仓(cāng)储(chǔ)烹(pēng)盗(dào)综(zōng)判(pàn)

⑴ 读准字音。

⑵ 认读词语:

指出自己不理解的词语,让其他同学帮助理解。

⑶ 现在你能更熟练地朗读课文吗?

三、细读课文,自主探究

1、整体感知,概括住宅特点:

⑴ 指名分段通读课文,学生评价读得怎么样。

⑵ 师:现在,你能概括出住宅的特点吗?

生:一切都由电脑指挥。

师:课文的哪里明确说了?

生:齐读第一自然段。

2、电脑如何指挥的呢?让我们去参观一下。

⑴ 用自己喜欢的方式读课文第2~7自然段,思考:

住宅中有哪些高级设施?

① 任选一个地方细细欣赏。

② 根据文中介绍,想象出现在眼前的景物是什么样的?

③ 把你想象的场景介绍给同桌。

⑵ 课件展示表格:

地方 设施 工作方法 功能

① 小组合作交流完成此表。

② 集体汇报交流。

⑶ 参观了这座住宅的高级设施,你感受如何?

学生可能回答:这座住宅真舒服!这座住宅真方便!我真想住进去!

⑷ 按课文顺序讨论各处的先进之处:

课件按顺序展示各处设施,学生介绍,要求:

① 介绍时以主人的身份发言。

② 图文并茂,介绍要细致。

⑸ 齐读最后一个自然段。

四、升华认识,再读课文

1、此时,你的心情怎样?有什么想法?

(设计这座住宅的人真令人佩服;科技的力量真伟大;自己要认真学习……)

2、学生带着自己的情绪朗读全文。

五、拓展延伸

科学技术的飞速发展给人们的生活带来了快捷、方便、安全、舒适,如果你是一个设计师,你想设计什么?它会有哪些先进设备,为人类提供了哪些方便?

电动汽车用永磁同步电机设计 篇3

关键词:电动汽车;永磁同步电机;永磁

1 电动汽车对驱动电机性能的要求

电动汽车运行工况多变复杂,因此对驱动电机的性能、尺寸都有相应的要求:①在电池电量一定的情况下行驶里程是电动汽车性能的关键因素,为了提高汽车的续航里程,要求电动机能耗低、效率高。②汽车在行驶中会走烂路低速行驶,也会走高速路高速行驶,会运行于多种不同工况之中,要求电机调速范围宽泛。③汽车在运行中会频繁起步、加速、制动减速、爬坡等,要求电机具有较大的启动转矩,在设计中可选取较大的过载系数。④为了增大汽车车内空间、便于电机布置同时减轻汽车重量,要求电机比功率较大、体积小、尽量采用较高的额定电压。

2 永磁同步电机总体设计

電动汽车用永磁同步电机总体设计首先需要确定电机的磁路结构,选用合理的计算方法确定电机各部件的尺寸参数,基本确定出电机的原型。

2.1 转子磁路结构选择 转子磁路结构对永磁同步电机的驱动性能产生很大影响,是电机设计阶段首先要考虑的问题。隔磁桥能有效控制磁漏系数的大小,因此合理设计隔磁桥很重要[1]。磁漏系数小电机的抗去磁能力减弱,磁漏系数大所需永磁体量就多。因此需要对电机的磁路结构进行合理设计以满足电动汽车对驱动电机的要求。

不同的磁路结构对电机的电感参数影响很大,主要根据永磁体布置与转子位置不同分为表面置式与内置式,如图1所示。由于永磁体内置式切向式永磁同步电机转矩输出能力比其他电机强、调速范围宽、结构紧凑、运行可靠。因此选用该种结构形式为本课题研究对象。

2.2 永磁体材料与尺寸选择 目前,永磁同步电机永磁体材料采用稀土材料钕铁硼[2],它具有很高的矫顽力和磁能积,磁能积是普通铁氧永磁体的6倍以上。因此本电机转子永磁体用稀土材料钕铁硼NdFe35作为永磁体材料。磁通面积的大小由永磁体的宽度决定,永磁体的退磁由厚度决定[3]。

2.3 主要尺寸与电机负荷计算与选择 电动汽车在行驶中会受到来自地面的摩擦阻力、空气的风阻力,同时也会受到加速阻力、爬坡阻力。根据汽车行驶方程式

3 永磁同步电机参数与尺寸的确定

3.1 电机主要参数的确定 根据电动汽车已知参数,对电动汽车主要运行工况进行计算分析,根据公式(1)到(5),初步估算出电机的基本性能参数,如表1所示。

为了达到电机的性能指标要求,运用公式(6)、(7)计算出电机的外形尺寸、永磁体、定子槽型尺寸。所需参数见表2。

确定电机估算结果如表3。

4 小结

文章首先介绍电动汽车不同运行状况对电机的要求,根据要求来确定永磁同步电机的性能参数,以满足电动汽车的要求。根据目标参数综合分析比较后确定转子结构为内置切向式的永磁同步电机为本论文研究对象。通过计算初步确定永磁同步电机的基本尺寸、绕组类型、定子槽型等。最后通过解析计算得出永磁同步电机各参数初选数值。

参考文献:

[1]赵云,李叶松.永磁同步电机宽范围最大转矩控制[J].电工技术学报,2010,25(7):45-50.

[2]代颖.电动车驱动用永磁同步电机的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2004.

[3]温有东.电动汽车用永磁同步电机的研究[D].哈尔滨工业大学,2012.

[4]程福秀,林金铭.现代电机设计[M].机械工业出版社,1993.

同步时序电路设计方法研究 篇4

1) 根据设计要求画出状态转换图。

2) 根据状态转换图写出状态方程和驱动方程。

3) 根据驱动方程画出逻辑电路图。

1 通过状态转换表对同步时序电路进行设计

以同步四进制加法计数器为例。

1.1 根据设计要求画出状态转换图

(00) → (01) → (10) → (11) → (00)

1.2 根据状态转换图写出状态转换表

1.3 根据状态转换表写出状态方程

将表1同步四进制加法计数器状态转换表分解为1号触发器和0号触发器状态转换真值表, 由状态转换真值表写出触发器的状态方程, 并将状态方程改写成标准形式。

1.4 根据状态方程写出驱动方程

将各触发器标准状态方程与JK触发器状态方程对比, 可得各触发器驱动方程。

1.5 根据驱动方程画出逻辑电路图

根据驱动方程, 采用JK触发器设计的同步四进制加法计数器电路图如图1所示。

2通过状态转换卡诺图对同步时序电路进行设计

以同步六进制加法计数器为例。

2.1 根据设计要求画出状态转换图

(000) → (001) → (010) → (011) → (100) → (101) → (000)

2.2 根据状态转换图写出状态转换卡诺图

由状态转换图可画出总的状态转换卡诺图, 然后将其分解为2号触发器、1号触发器和0号触发器状态转换卡诺图。为了直接得到触发器状态方程标准形式, 对各触发器状态转换卡诺图按0区和1区进行卡诺图画简。

2.3 根据状态转换卡诺图写出状态方程

由各触发器状态转换卡诺图写出其状态方程, 并将状态方程改写成标准形式。

2.4 根据状态方程写出驱动方程

将各触发器标准状态方程与JK触发器状态方程对比, 可得各触发器驱动方程。

2.5 根据驱动方程画出逻辑电路图

根据驱动方程, 采用JK触发器设计的同步六进制加法计数器电路图如图3所示。

3 通过Multisim对同步时序电路进行仿真

对所设计的同步六进制加法计数器进行Multisim仿真。

3.1 创建电路

以JK触发器作记忆元件, 三个JK触发器从左至右依次为Q1、Q2、Q3, 使能端接5V电源, 选方波发生器做时钟脉冲信号, 方波信号频率设置为10k Hz, 创建如图3所示同步六进制加法计数器电路。

3.2 观测计数器输出波形

将三个JK触发器的输出Q接在逻辑分析仪上, 以测试各触发器的输出。电路的输出波形如图4所示。由输出波形可以看出Q3Q2Q1的状态按000、001、010、101、110、101循环, 构成的是六进制同步计数器。

通过上述分析可以看出, 通过状态转换表对同步时序电路进行设计比较清晰, 通过状态转换卡诺图对同步时序电路进行设计比较方便, 通过Multisim对同步时序电路进行仿真比较直观。

摘要:同步时序电路, 可通过状态转换表进行设计, 也可通过状态转换卡诺图进行设计, 并可通过Multisim进行仿真, 本文以同步计数器为例进行设计方法分析和Multisim仿真。

关键词:时序电路,状态转换表,状态转换卡诺图,设计仿真

参考文献

[1]贾立新.数字电路[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[2]杨志忠.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2009.

同步电路设计 篇5

二.活动范围:三系,东校区及附属中专三.活动目的:宣传改革开放以来取得的辉煌成就及畅想2008年北京奥运会.四.参赛形式:以图片,文字或是互相结合的板报形式,以个人名义参赛,班级轮流展示.五.参赛要求:内容新颖,紧扣主题,具有吸引力,说服力,能充分展现改革开放以来取

得的辉煌成就,及对2008年北京奥运会的畅想.六.活动时间:见附表

七.奖励办法:我们将对作品进行综合评定,评出一等奖两名,二等奖三名,三等奖四名及优秀奖若干名,颁发证书及奖品.八.主办单位:院团委

九.承办单位:院学生会宣传部

院学生会宣传部

公共艺术与城市设计的协调与同步 篇6

关键词:公共艺术;城市设计;协调;同步

公共艺术是城市设计的重要组成部分,城市设计是公共艺术进行的重要支撑,两者之间存在着相互依存的关系。公共艺术水平的高低将直接影响到城市设计的最终展现成果,城市设计的理念、风格设定对公共艺术的设计走向同样有着重要的影响作用。在现代城市化建设的过程中,公共艺术与城市设计共同作为整个城市规划的重点,两者在日常设计中无论是从设计理念还是设计风格来讲都应与整个城市的特色保持高度的一致,直观地给人一种和谐的概念。相应的,公共艺术与城市设计两者共同作为城市设计的重要组成部分,在专业的规划设计过程中,也应保持彼此之间的和谐,做好部分之间的协调工作,才能够最大限度地发挥部分作用,从而促进整体上设计的和谐性。

一、公共艺术的介绍分析

公共艺术设计是在开放的、具有公共特质的区域进行的艺术创造,对于现今的城市规划来讲,同样是作为环境设计的一项工作。公共艺术是城市中凭借多种介质组合起来的一种景观,这种景观的存在与私人的、非公益性的特质最大的区别就是公共艺术最终呈现给人的是公益性的存在事物。公共艺术的设计存在对于现今城市生活景观的建设发展有着非常重要的意义,从文化层面上来看,公共艺术的设计应尊重自然文化生态而且应当重视异质性的生态文化经验,同时也是对所在地区文化的传承和延续。在现代城市中,公共艺术与城市设计的多种存在物,如城市雕像、喷泉、中心公园等的存在都是公共艺术与城市设计协调与整合后的存在物。由于公共艺术是存在于庞大的城市空间中的,所以在进行公共艺术与城市设计之前,为了能够最终体现系统整体的和谐性,需要事先对城市空间进行合理划分,然后在具体细化的区域基础上进行公共艺术和城市规划的设计,以此来实现两者之间的协调与同步。

二、公共艺术与城市设计实现协调

与同步要遵循的理念

公共艺术与城市设计作为人类主观能动性进行的创造,在具体的人员进行创造、发挥主观能动性之前,都是在一定的创造理念支持下进行的,所以为了保持公共艺术与城市设计的协调与同步,首先要保持设计理念上的一致性。

(一)可持续发展的理念

在我国现代化社会经济发展的过程中,可持续发展的理念是我国当前中国特色社会主义事业建设过程中发展出来的重要理念。可持续发展理念力图保持经济、政治、文化、社会、生态之间的和谐与协调,从而整体上促进社会的和谐发展,全方位地促进社会的可持续发展。在公共艺术和城市设计中,可持续发展理念已经逐渐成为两者设计发展的支撑理念,为城市的可持续发展奠定重要的基础。在现代化的发展过程中,我国为了追求经济利益的最大化,忽视了环境的保护,造成了不可弥补的错误。所以,现今我国在城市建设过程中为了能够实现可持续发展,公共艺术与城市设计的设计形态、存在方式及设计理念都能够切实地体现可持续发展的理念。一般而言,在具体的设计工程中应该最大限度地利用自然存在的自然景观加以设计,尽量减少高能耗、高成本的资源的利用。

(二)系统环境理念

城市作为一个生态系统,其实是由一个城市内所拥有的建筑物、自然景观、人文景观等多方面组成的。城市在进行规划设计的过程中,其内在所属各个部分的规划设计都应立足于系统的设计角度,从整体出发,做好部分的工作,从而最大限度地发挥整体的效应。现代化城市的规划设计中,公共艺术与城市设计在充分运用现代化管理科学设计理念的基础上,又不能丧失整个城市建设发展的整体特色。简言之,就是公共艺术和城市设计应保持协调与同步,不能因太过前卫、太过特殊化,从而打破整个城市的和谐性,给城市人民群众形成严重的视觉冲击。所以,公共艺术和城市设计为了能够实现两者的协调与同步,遵从系统环境的观念是非常必须的。

(三)尊重人居环境的科学规划设计理念

现代化城市建设过程中,应力图保持人与自然、人与社会、人与人之间的和谐,从这三个部分出发最终建设和谐社会。作为社会和谐建设中的一部分,公共艺术与城市设计应实现协调与同步,为人们和谐生活增添色彩,同时尊重人居环境的科学规划,公共艺术和城市设计可以为人民群众的生活发挥其应有的作用,作为人居环境中的重要组成部分,要尊重人居环境存在的科学性与合理性。

三、公共艺术与城市设计实现协调

与同步的具体实现步骤

在对公共艺术与城市设计实现协调与同步的理念进行介绍分析的基础上,在可持续发展、系统环境、人居环境三种理念的支持下,在具体的规划设计中利用具体的实施步骤促进公共艺术与城市设计的协调与同步。具体如下:

科学、合理的布局。公共艺术为了能够实现与城市设计的协调与同步 ,在两者进行规划设计之前,一般都要组织专业的规划设计团队在对整个城市的存在基础进行合理考察的基础上,制定合理、科学的布局。公共艺术虽然最终的呈现是作为城市设计的组成部分存在的,但是其最终效果呈现的高低直接依赖于是否与所在城市的风格、特色相适应、相配合。所以,公共艺术在进行具体的工作之前,有必要对公共艺术的设计方案作出科学的规划。不同的城市在总体发展过程中的经济和文化的发展水平的差异也是比较大的,所以公共艺术与城市设计的协调与同步应在严格尊重现实基础上进行,力图两者的设计能够最大限度地体现地域文化特色、城市发展的总体水平以及城市存在发展的特色。

具体而言,首先为了能够实现公共艺术和城市设计的协调与同步,应对面积、空间比较大的城市严格根据其主功能进行划分,在具体划分城市空间功能区的基础上,对进行设计、安置公共艺术建筑物的地方要组织人员实现对周围的景物、建筑物进行细致的考察和分析。在此基础上,做好定点区域的规划与布局工作,为了能够保持两者的协调性,避免布局方案设计的千篇一律性,忽视不同地方事物规划的特殊性。

其次为了能够保持两者之间的和谐性,合理地选择文化艺术题材也是非常重要的,文化艺术题材在公共艺术及城市设计中起着指引作用,最重要的是对规划设计方案及具体的施工设计同样起着重要的引导作用,所以专业人员在选择文化题材的时候,能够使其成为公共艺术和城市设计两者之间保持和谐的桥梁。文化艺术创作题材的选择能够与整个城市的文化特色、经济发展的主要动力产业以及整个城市的优势发展特色紧密结合在一起,并做好设计安排,以此加强公共艺术和城市设计之间的和谐与协调。

构建能够促进公共艺术和城市设计之间协调与同步的设计评价体系,通过评价体系的存在对两者设计实施过程中的事物进行科学地评价,而且评价体系的存在能够及时针对存在的问题提出改进的措施。评价体系的存在最重要的是对公共艺术和城市设计的内容进行严格的监督。科学的评价体系的构建是一个非常系统的部分,这一部分的建设是由多个子系统的合作协调组成的。在具体的建设运用的过程中,科学的评价体系的构建首先要建立美学评价体系。这一体系的存在能够对公共艺术和城市设计两者最直观的美学效果加以评价分析,可以对城市整体的设计效果进行合理监督,利用美学效果评价公共艺术和城市设计之间是否协调、同步。其次是建立评价体系中的功能评价体系,人居环境科学规划中已经明确表示公共艺术和城市设计的最终显示效果应该为人民群众的生产生活起着重要的辅助作用,这是其功能存在的现实意义。此外公共艺术和城市设计之间的协调与和谐不仅仅是两者外观上的和谐,更强调的是内部深层次两者之间功能上的协调与同步,所以科学的功能评价体系的存在对两者建设的功能进行合理的规划、然后进行具体的设计实施工作,避免功能上的冲突、重叠造成资源浪费的现象。城市之所以会进行规划设计,其最主要的且最根本的目标是满足人民群众的需求,所以评价体系建立的最终指标同样要从能够体现人民群众的生活需求入手,其主要从物质层面和精神层面两个方面进行。

建设专业的规划设计团队,强化人员对规划要素的控制。公共艺术作为城市设计中的一部分,不同人员专业性质的不同会造成其对城市整体的设计体会与感受也不相同。所以,为了能够最大限度地融合多方人员的意见,保持公共艺术和城市设计之间的协调与同步提供牢固的团队支撑,专业的团队人员之间的协作从而能够对设计规划中使用的资源、创作的材料进行合理地规划与控制。公共艺术和城市设计之间道德协调与同步首先体现在外观上给人的感受,而作为外观上的和谐最直接的体现也是设计材料的选择,这就需要专业的工作人员针对规划设计材料进行选择,力图保证所用的材料一方面能够适用于整个城市系统环境的存在,另一方面材料的选择应该遵循可持续发展的观念,无论是材质还是颜色的选择都应试图保持协调与同步,这就需要具有专业美学素质及其他专业素质的人员进行此项工作。所以,为了能够保持公共艺术和城市设计之间的协调与同步,建设高素质、高水平并且具有前瞻性、规划设计素质较高的人员,加强不同城市规划设计人员之间的交流与合作,并在团队内部形成一种勇于创新的氛围,是为公共艺术和城市设计奠定重要的人才基础。

四、结语

综上所述,在现代城市规划设计之中,公共艺术是非常重要的组成部分,为了能够保持公共艺术和城市设计之间的协调与同步,在遵循可持续发展、系统环境、科学规划人居环境的理念下,从合理的规划、评价体系的构建以及专业团队的建设方面做好管理与规划工作,促进公共艺术和城市设计之间的协调与同步,为现代化城市的建设进步提供重要的动力支撑。

参考文献:

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[3]曹雄.公共艺术对城市设计的风格和观念导向[J].美术教育研究,2015,(01):116-116.

作者单位:

基于FPGA的位同步电路设计 篇7

位同步又称码元同步,是数字通信中一种重要的同步技术。在接收端产生与接收码元频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为位同步,而所产生的定时脉冲序列也称为同步脉冲[1]。实现位同步的方法可分为外同步法和自同步法。自同步法从输入码元中提取同步信息,无需在发送端插入导频信号,是一种比较常用的方法。在自同步法中,各种锁相技术如超前-滞后位同步环、同相-中相位同步环、早-迟积分清除位同步环等[2]均能实现位同步功能。文献[3,4,5,6,7,8,9,10]讨论了基于上述各种锁相技术的位同步电路设计。

本文探讨一种基于数字锁相技术的接收端相位快速调整方案,与传统的位同步电路相比,本方案采用相位分段调整的方法,快速提取同步脉冲,并且能容忍一定程度的接收端码元抖动。

1 位同步原理

本小节讨论基于数字锁相技术的位同步原理。如图1所示,输入码元的速率为F b/s,接收端参考时钟的频率为N·F Hz。DPLL用于从输入码元中提取同步脉冲以正确采样输入码元。DPLL包括相位鉴别、相差处理、相位调整和N分频四个部分。相位鉴别单元比较输入码元和相位调整单元的反馈,输出相差信息;相差处理单元处理相差信息,输出相位调整控制信号;相位调整单元实施相位调整,跟踪输入码元;N分频单元还原码元速率,生成同步脉冲。DPLL完成相位调整,实现位同步后,给出同步指示,此时同步脉冲即可正确采样输入码元。

为使接收端较好地提取位同步脉冲,输入码元应包含较丰富的定时信息,通常在发送端对信源序列进行加扰或编码以实现此功能。此时,在接收端码元同步后需对所接收序列进行解扰或解码。接收端解扰或解码不在本文讨论范畴,在此不作详细探讨。

2 位同步电路设计

本小节详细讨论位同步电路设计,对速率为1 Mb/s的输入码元进行同步。接收端的参考时钟为16 MHz,即N=16。同步电路的设计以一个模16相位计数器为基础,根据相差分段快速调整相位计数值,最终提取出位同步信号。

(1)相位鉴别设计。相位鉴别电路首先检测输入码元的跳变沿,随即得到在输入码元跳变时刻的相位计数值,该计数值即为相差信息。此处相位计数器的当前值作为相位调整模块的反馈输入到相位鉴别模块。码元跳变沿检测电路如图2所示,其中RxDatIn为输入码元;RxDatEdgeDet为码元跳变指示;RefClk为参考时钟。由于输入码元在发送端生成,对于接收端参考时钟域来说是异步信号,此处采用由前两级D触发器组成的同步链来处理可能出现的亚稳态现象。

(2)相差处理设计。相差处理电路根据相位鉴别电路输出的相差计数值,产生5个相位调整控制信号。调相控制信息如表1所示。相位无需调整时,无控制信号输出,其余5种情况分别由5个相位调整控制信号输出至相位调整模块。

(3)相位调整设计。相位调整电路根据相差处理模块输出的相位调整控制信号实施相位分段调整。调相步进如表1所示。模16相位计数器是相位调整电路的核心,当无相位调整控制指示时,该计数器在参考时钟节拍下递增计数;当有相位调整控制指示时,该计数器在指定的调整点进行计数调整,此处相位调整点设为8。调整完成后,当前相位调整控制信号被清除。经过若干次相位调整,位同步电路即可跟踪输入码元,进入同步状态。实际应用中,由于码元抖动及码元速率误差等因素,进入同步状态后,电路仍然需要实施相位的动态调整,当然同步电路可以容忍一定程度的码元抖动。

(4)N分频设计。N分频电路基于模16相位计数器和相差信息生成同步指示,同步脉冲和接收端同步时钟,以便后级模块正确采样输入码元。同步指示具有迟滞性,以便容忍一定程度的码元抖动。位同步前,同步指示在相差计数值为0时置位,表示电路进入同步状态;位同步后,同步指示在相差计数值为4~12时清除,表示电路进入失步状态。接收端同步时钟在相位计数值为0时置0,在相位计数值为8时置1,其周期为1个码元宽度,上升沿正对接收码元中心。同步脉冲与接收端同步时钟上升沿生成,脉宽为一个参考时钟周期。当电路进入同步状态后,同步脉冲或接收端同步时钟对码元进行可靠的采样。

3 位同步电路仿真与实现

本小节给出位同步电路的实现结果,并结合仿真波形讨论相位调整以及位同步过程。位同步电路用VHDL语言描述,在Xilinx 7系列FPGA上实现。根据Xilinx FPGA资源使用报告,本同步电路仅需15个Slice LUT和16个Slice Register,合计占用5个Slice。使用Cadence IES仿真工具对位同步电路进行仿真,结果表明电路功能正确,可以快速提取同步脉冲,实现位同步。在无码元抖动的情况下,仅需2~3次相位调整即可实现位同步。

加入码元抖动后,位同步所需相位调整次数可能会有所增加。当码元抖动不超过0.2 UI时,首次位同步后电路一直保持在同步状态,码元采样正确可靠。当码元抖动大于0.35 UI时,电路开始出现采样错误。下面通过两个仿真用例展现位同步电路工作过程。

3.1 反相调整仿真用例分析

本仿真用例未加入码元抖动,用于分析位同步过程。仿真波形如图3所示,图中左侧所列位同步电路相关信号及其含义如表2所示。

位同步电路第一次检测到输入码元跳变时,相差计数值为6,PhaseJump置1,电路在相位调整点实施反相调整,步进为8。位同步电路第二次检测到输入码元调变时,由于前一次相位调整步进为8,此次相差计数值变为14,因而CoarseTuneDecr置1,电路在相位调整点实施后向粗调,步进为2。经过两次相位调整,当位同步电路第三次检测到输入码元跳变时,相差计数值最终变为0,电路进入同步状态,SyncInd置1。此后,所生成的同步脉冲和接收端同步时钟的上升沿均对准待采样码元中心,可以对码元进行正确采样。注意这里待采样码元是输入码元经过第2.1节中同步链电路后的输出。

3.2 码元抖动仿真用例分析

本仿真用例加入0.2 UI的码元抖动,用于分析电路在较大码元抖动的情形下进入同步状态后的相位动态调整与码元采样。仿真波形如图4所示,图中左侧所列位同步电路相关信号及其含义如表2所示。由于输入码元存在较大抖动,电路进入同步状态后的第一次相差检测值为2,于是进行相位前向粗调。若无抖动,同步后第二次相差检测值应为0,有抖动情况下,此次检测到的相差计数值为14,于是再一次进行相位后向粗调。如此往复,此例中的相差最终被调整为0。随着码元抖动,电路亦会再次调相。由于同步指示具有2.4节所述的迟滞特性,电路仍保持在同步状态。在位同步后的相位动态调整过程中,同步脉冲和接收端同步时钟的上升沿均处于待采样码元中心处,仍然可以正确采样码元。

4 结语

本文应用数字锁相技术,在位同步过程中对相位进行分段调整,从而实现同步脉冲的快速提取。并且所设计电路可以在一定程度上容忍接收端码元抖动。采用FPGA实现该位同步电路,其占用资源少、工作稳定、可较好地应用在实际的通信链路中。

参考文献

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[9]杜勇,刘帝英,罗宇智.基于FPGA的改进积分型位同步环设计[J].信息技术,2013(5):129-132.

同步电路设计 篇8

本文比较了两种符号同步方案的性能,即基于循环前缀的符号同步算法和基于训练序列的符号定时同步算法;并选取了以巴克码作为训练序列的符号定时同步算法作为OFDM系统的符号同步算法,并进行了硬件方案的设计和实现。

在电路设计方面,应用单片机AT89S52作为核心芯片,完成了OFDM信号源电路与符号同步电路的设计、焊接和调试工作;采用C 5 1语言编写了相应的实现程序。调试过程中,分析了出现的问题并提出解决方案。设计电路最后实现了基于巴克码的OFDM符号同步,验证了设计方案的可行性。

2 OFDM符号同步算法

目前较为普遍的O F D M符号同步算法有4种,即基于空符号能量检测的帧定时同步算法;基于训练符号的帧定时同步算法;基于循环前缀的最大似然符号定时同步算法,以及基于训练符号的符号定时同步算法[1]。本论文考虑了两种符号定时同步算法:一是基于循环前缀的符号同步算法,一是基于训练符号的符号定时同步算法;并最终采用了基于训练符号的符号定时同步算法。

2.1 基于循环前缀的符号定时同步算法

由于OFDM系统为了消除符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI),而插入了循环前缀,因此若利用循环前缀所携带的信息来实现符号定时同步,便可以克服采用训练符号算法降低传输速率的缺点。

考虑子载波数为N,循环前缀长度为L的OFDM系统,因此每个OFDM符号实际包含有N+L个样值。观察2N+L个连续样值rn,在这些样值中必定包含一个完整的N+L个样值的OFDM符号,如图1所示。

定义两个集合:

其中,集合I是第i个符号的循环前缀,包含与集合I'中相同的元素,也即是说I就是I'的复制和搬移。定义相关函数:

当且仅当m=d时,γ(m)才能取最大值。

该算法实现步骤如下:

从接收到的信息中,取出2N+L个连续样值;

从2 N+L个连续样值的一端开始,计算相关函数γ(m);每次左移(右移)一个样值,计算γ(m),直至完成对2N+L个样值的运算;

γ(m)达到最大值的时刻即为最佳定时时刻。此时m对应值也就是OFDM符号的起始时刻。

这种算法在理想情况下,可以实现OFDM符号定时同步,因为此时集合I和I'内的数据对之间存在很好的相关特性。但由于各个符号的循环前缀都有很大的随机性,它的自相关特性是无法保证的,若再考虑经过衰落信道传输之后,各数据对之间的相关性会遭到破坏,从而影响该算法的性能,也就无法进行实际的应用。

2.2 基于训练符号的符号定时同步算法

基于训练符号的符号定时同步算法相对较为简单。因为在接收端已经准确知道了训练符号tk,k=0,1,...,L-1,所以只需要在接收信号nr中寻找与之匹配的符号,这一任务仍可采用相关来完成,即寻找使得相关值sR(n)的模值最大的第n个样值,即为符号的起始时刻。

显然,该算法的准确程度与训练符号所包含的样值数L有关,L越大准确度就越高,但是同时运算量也就增加了[1]。

2.3 基于巴克码的符号同步算法

本论文采用了13位巴克码作为训练符号来实现符号定时同步。巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。它是一个非周期序列,一个n位的巴克码{X1,X 2,X3,...,Xn},每个码元只可能取值+1或-1。巴克码的局部自相关函数为:

13位巴克码的符号为:+++++--++-+-+,13位巴克码的R(j)与j的关系曲线如图2所示。可见,自相关函数在j=0时具有尖锐的峰值。

3 总体电路设计方案

在确定了OFDM符号同步算法之后,进行电路的设计。考虑到需要进行同步算法的验证,就必须存在OFDM信号源,由它来发送OFDM符号,进而对OFDM符号进行同步。

电路总体将分为两部分,即O F D M信号源和OFDM符号同步电路。信号源在发送O F D M符号信息流后,同步电路通过单片机的串口与信号源进行通信,接收到信息后,开始同步运算。线路连接示意图如图3所示。需注意的是,在软件方面应选择相同的工作方式,设定相同的波特率,才能实现正常的通信。

3.1 OFDM信号源的设计要求

一般来说,在实际的O F D M系统中,发送机在IFFT调制之前还应包括:前向纠错编码、交织、数字调制、导频插入、串并转换等,而在I F F T模块之后还包括:并串转换、插入循环前缀(CP)、加窗、数模转换(D/A)、射频发送(RF TX)等环节。其典型机构如图4所示。

在本研究课题中,由于重点在于实现对OFDM符号同步算法的研究,因此提出了简易的OFDM系统发送机和信源的组合模型,也即这里提到的OFDM信号源。根据需要,它只需输出一路基带OFDM数字信号。故该简易OFDM信号源的结构流程图如图5所示。在IFFT调制之前包括:信源、串并转换、映射(采用16QAM映射);在IFFT模块之后还包括:添加循环前缀(CP)、并串转换以及添加同步码(巴克码)三部分。之后将所得信息直接发送。

3.2 信号源参数设定及硬件实现

1)、参数设定

在DAB系统中,系统带宽为1.536MHz,而对应确定了四种不同的工作模式。在这四种模式下,子载波间隔分别为1kHz、4kHz、8kHz、2kHz,因此其子载波数也不尽相同[2]。对于多径造成的码间干扰,DAB采用保护间隔来解决,通常保护间隔gT约为有效符号时间的1/4。

依据DAB的参数设置,假定保护间隔为0.8ms,则有效符号时间Ts应为3.2ms,符号周期为:

也即子载波间隔为

采用四点IFFT,系统带宽为:

如图5所示,由于不对信源进行编码,且采用1 6 Q A M调制,则该信号源的传输比特率为:R=1.25k×4=5kbit/s。该信号源的整体参数值见表1。

由于该简易OFDM信号源将采用AT89S52来实现,因此,其可实现的最大串口通信速率为9 6 0 0 b p s。系统传输速率R小于单片机的最大串口通信速率,因此可硬件实现。若子载波间隔采用1kHz或者更高的话,传输速率将为16kbit/s或更高,超过了单片机的最大串口传输速率。利用单片机串口通信的话,会造成较大的误码率。

2)、硬件实现

该信号源主要采用单片机AT89S52编程来实现其各部分功能。它与MCS-51系列单片机完全兼容,因此它的主要特性也基本上与MCS-51系列相同,所不同的特性[3]:

●具有可在线ISP编程的8KB片内Flash存储器;

●256B的片内数据存储器;

●3个可编程定时器;

●双数据指针DPTR0和DPTR1;

●具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断系统;

●增加了断电标志POF;

●1个看门狗定时器WDT;

设计实现的单片机外围电路共包括3部分:复位电路、振荡器电路以及外部数据存储器扩展电路。

3.3 OFDM符号同步电路设计方案

与信号源相同,O F D M符号同步电路也采用了AT89S52芯片来实现,其复位电路及时钟电路与前面所述的OFDM信号源相同。复位电路见图6所示,时钟电路见图7所示。其电路与信号源所不同的是,不需要进行外部数据存储及扩展,这里不再赘述。

4 OFDM信号源

Equation Section 4 SEQ MTEqnrh*MERGEFORMAT如图5所示,本论文所设计的OFDM信号源共包括七个模块,其功能都将采用软件编程去实现。有所不同的是,在编程的过程中,将信源与串并转换合并一个信源模块;添加循环前缀与并串转换合并为一个添加循环前缀模块;同时,信号源最终在数据发送时还需要一个发送模块,则程序共有6部分,其结构流程示意图如图6所示。

4.1 信源模块

根据系统设定参数可知,信源模块共需输出四路信息,每路每隔3.2ms输出一个码元,同时考虑到16QAM是以4bit为一组进行变换的,则程序可如此设计:

采用n×4的数组mes_source[n][4]作为信源,且要求每个数组的元素均在0-1 5之间,也即对应于二进制的0000~1111。n表示需要输出的OFDM符号的总数,本论文设定为20;4代表信源共输出4路,每列表示一路信号。为简化设计,此处的数组mes_source[20][4]中的元素由自己事先设定的随机数。

用定时器T 0定时,每隔9.6ms中断一次,并输出mes_source的一行到数组MM[4]。如此循环输出n次,就完成信源模块的功能。

4.2 16QAM模块

其功能主要是将接收到的4路信息进行16QAM映射,将映射后得到的复数按实部和虚部分别存储于数组dataR[4]和dataI[4]中,同时完成数据掉头以便进行IFFT运算。

4.3 IFFT模块

图7中,频率取抽取IFFT流图中,采用的蝶形运算关系图如图8所示,关系式如下:

其中WPN=cos(2πP/N)+jsin(2πP/N);由于X’(k)都为复数,运算时需要将X’(k)分为实部和虚部分别计算,经简化得:

在图8中,各项系数都包括一个1/2,而在运算式中并没有加入。实际上,在程序设计时,为了减少对内存RAM的占用,将首先进行无1/2系数的运算,这样就保证了各个中间变量均可采用只占用一个字节的char型即可。而在运算的最后将所得值均乘上一个因子(1/2)L,(其中L为进行蝶形运算的层数),这样就可以得到正确的运算值。由于IFFT算法中变量过多,流程图较为复杂,这里将附上I F F T算法的程序部分:

4.4 添加循环前缀模块

按照系统的设定,添加循环前缀是将OFDM有效符号所有样值中最后端的1/4复制搬移至前面,作为保护间隔的内容。现有系统共有四路载波,即有4个样值,所以只需将一个样值复制搬移即可。

在运算过程中,复数被分为实部和虚部分别进行。因此在添加循环前缀时,要首先分别将dataR[4]、dataI[4]中的最后一个元素赋值于R_I[]的前两个元素R_I[0]和R_I[1];之后再依次将dataR[4]与dataI[4]中的元素按顺序赋值于R_I[10]的第3到10个元素。这样就完成了添加CP以及并串转换的过程。

4.5 添加巴克码模块

该模块实现的主要功能是在OFDM符号前段插入一个1 3位的巴克码,并为信息的串行输出做准备。

由于在经过I F F T运算之后所得数据不再是整数,其存储类型必须为f l o a t型,占用4个字节。而在串行通信中,发送数据缓冲区S B U F只有一个字节,也就是说每次只能发送一个字节的数据。因此,需要将R_I[10]中的10个float型数据强制转化为40个unsigned char型数据,并在此之前插入13位巴克码(占用两个字节,空出的前3三位补零),也就是说每发送一个OFDM符号,就要发送42个字节的数据buf[42]。

4.6 发送模块

信号源与符号同步电路之间采用串口通信,都选择工作方式1,8位异步通信方式,最高位用作奇偶校验。在C语言编程中,为了保持通信的通畅与准确,对信号源(发送端)作了如下约定:通信开始时,信号源应先发送一个信号AAH,在收到符号同步电路的返回信号BBH后,就开始发送数据。在全部数据发送完毕后发送一个校验和pf。若收到符号同步电路返回信号为00H,则说明符号同步电路接收的数据正确,接收本次发送;若收到的返回信号为0FFH,则表明符号同步电路在接收过程中,出现了误码,信号源重新发送。

5 符号同步电路

符号同步电路,其主要包括两个模块,即接收模块和巴克码同步模块。

5.1 接收模块

如同4.6节所讲述的发送模块,在C语言编程中,为保持通信的通畅与准确,在通信中符号同步电路作了如下约定:在接收到信号源发送的A A H后,同步电路返回一个B B H信号,之后就开始数据接收。在收到信号源发送的校验和之后,与本地产生的校验和比较,若相同,则返回0 0 H,表示接收正确;若不同,则返回0 F F H,要求信号源重发。其流程图如图9所示。

5.2 巴克码同步模块

其主要功能是实现O F D M的符号同步,即找到OFDM符号的起始位,也就是插入巴克码的位置。流程图如图10所示。

程序执行步骤如下:

1、从接收到的42个字节数据buf[42]中末端取出16位放入整型变量crt,与巴克码1F35H异或,所得值赋于变量m;

2、将m左移三位(由于13位巴克码所占用的两个字节的前三位没有值,即不是巴克码自身的码元,如不排除,将影响同步的正确性)判断其值是否为零;

3、若m不为零,P1^0口赋值为1,将数据整体右移一位,P1^1口的值取反;再次从末端取出16位放入crt中,重复执行步骤1与步骤2;

4、若m为零,则表明实现了巴克码的同步,将P1^0口赋值为0,并跳出程序。

信号源的程序主要包括六大部分,其中16QAM模块和IFFT模块为其核心算法,因此重点介绍了这两个模块所采用的映射规则以及运算关系。符号同步电路虽然只包括两部分,但是其中的巴克码同步模块才是本次研究的重点。

5 结束语

本文首先讨论了在本文中两种OFDM符号同步算法的可行性,并选择了其中的一种方案,即采用巴克码作为训练序列的符号定时同步算法。接下来,对电路的总体设计方案进行探讨,提出在制作符号同步电路的基础上,另行设计一个简易的OFDM信号源的设想。通过参数设定和硬件实现给出了具体的电路设计方案。最后给出了符号同步电路的设计方案。

摘要:数字音频广播(DAB)是以正交频分复用(OFDM)为关键技术发展起来的,继模拟调频(FM)和调幅(AM)广播之后的第三代广播体制。OFDM信号对同步误差非常敏感;因此,同步技术作为OFDM系统的核心技术之一,对其进行研究具有较为重要的理论意义与工程实践价值。

关键词:数字音频广播,正交频分复用,符号同步,巴克码

参考文献

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[2]高峰.数字音频广播与数字高清晰度电视[M].北京:中国广播电视出版社,2003.2.

基于同步建模的工艺设计 篇9

由于数字化制造技术的快速发展,复杂的产品零件对三维工艺模型的需求及其更新替代频率增强,目前三维模型的设计、制造、仿真数字样机技术已成为制造业的主流,三维模型贯穿了整个产品全生命周期。但是大多数设计软件以三维建模为主,工艺图样还在使用二维图,操作人员需要花费时间理解图样内容,有时产生歧义。而且产品的二维工序图与三维模型没有关联性,当设计模型发生改变时,下游的工艺设计部门有可能使用旧的工序图样指导生产加工,从而造成加工零件的报废。

为了便于加工操作者识图,提高理解图形的效率,同时缩短产品的加工时间,加工制造过程中引入三维工艺模型。西北工业大学的黄瑞[1]采用基于子图同构的方式,在当前二维工序图与三维模型的各个方向投影相对比,重构当前工序的三维模型。陈刚[2]应用本体理论,将工艺信息模型和建模信息模型相映射,生成三维工序模型。石云飞[3]提出一个工艺语义驱动的三维模型构建系统框架,以数字化工艺卡片为研究对象,将工艺语义映射到工序图中,完成三维工序模型的构建。有些研究基于MBD技术生成了零件工艺模型[4],在三维模型上添加尺寸从而消除了使用二维图,但是比标注尺寸到工序工程图,没有减少制图时间,反而引发了三维模型图样的“刺猬”现象。

本文采用同步建模技术,快速地生成产品的三维工艺模型并且与设计模型有很好的关联性。首先从三维设计模型中提取的设计特征将其转化为加工特征,实现模型间的数据统一;再根据工艺规则将加工特征归类、排序生成加工零件的工艺过程路线;然后以该路线的逆过程中每道工序的加工特征和加工余量设计工序模型及毛坯模型,实现三维工艺模型的快速生成。

1工艺过程路线规划

工艺过程路线规划的最有效方式是利用零件设计模型,将基于特征设计的建模方法与加工方法相关联,将设计特征映射为加工特征并用于规划工艺路线。

1.1加工特征的提取

设计特征是几何、拓扑和功能基元组合的一个实体,在设计、分析和加工过程中使用,也是产品的局部形状[5],它也是几何形状及功能的抽象,包括几何尺寸、材料特征、公差、表面粗糙度和精度等;而加工特征是几何形状与加工相关的信息集,包括了该几何特征的加工方法、加工设备、加工属性等。

为了将设计特征转化为加工特征,需要从设计零件模型中提取产品的几何信息[6],确定零件的加工区域,判断构成零件的基本几何要素:曲面(圆柱面、圆锥面等)、平面等;并识别几何特征类型(孔、槽、倒角、键槽、螺纹等)。根据零件模型的设计过程表示出的特征树,在设计零件时,先画主特征,然后在此基础上添加辅特征,如倒角、圆角、键槽等。将零件设计过程中拉伸、旋转、扫略等建模方法与工艺设计中的加工方法相映射,例如:拉伸可以对应车、铣、钻、磨等加工方法,旋转对应车和磨,在建模过程扫略通常为非规则几何体,在制造加工过程中作为非加工表面。表1说明了将车削加工方法与旋转建模方法的映射关系。

根据上述方法得到的加工特征,将其分为可以加工的简单特征和多个简单特征相交的复合特征,实现了加工特征的提取。这种基于特征的建模方法描述了零件的几何信息和拓扑几何信息,能够快速转换为加工特征[7]。

1.2工艺过程路线的生成

根据提取加工特征类型、加工精度和材料特性,结合产品的生产质量要求,参考现有的加工能力选择加工设备,确定加工方法。然后以加工特征为核心对其归类、合并生成包含加工该特征所需要的加工参数等信息的加工元,在工艺规则约束下制定工艺路线。

工艺加工规则包括先粗后细,同一个特征需要不同的加工工序,才能达到设计的精度要求,如先粗加工,半精加工、精加工、磨削等;先基准,确定加工基准是保证零件的加工精度;先主后辅,先加工主要特征再加工依附在其上的倒角、圆角、键槽等。满足上述工艺规则的加工排序,保证生产出合格的产品,生成宏观指导生产的工艺路线,为快速建立三维工艺模型提供依据。

2三维工艺模型的建立

零件的工艺过程是由多个工序按一定的顺序组成的,在确定了加工路线后,就要逐步细化每一个工序的工艺内容。按照每一个工序中加工特征类型所需要的加工方法确定加工余量、选择机床和刀具,将整个加工过程离散为毛坯模型、工序模型、工步模型等各个加工阶段所需要的模型。

2.1毛坯模型

毛坯类型主要有铸造和锻造成型这两大类,铸造的毛坯一般为箱体零件,锻造的毛坯通常为旋转和连接件。应用逆向生成毛坯模型的方法是根据加工工艺路线的逆过程,由零件到毛坯,将每道工序的加工特征,通过删除、抑制设计模型上的特征,修改增添每道工序的加工余量,一步一步生成毛坯模型。每一个工序对应的工艺信息都有据可依,不会由于人为疏忽而出现设计余量不足,可以方便、快捷、准确地设计出需要的毛坯模型。

2.2工序模型

机械加工工艺过程中由毛坯到零件的每道工序都会形成一个中间状态模型称为工序模型。3D工序模型明确表达本道工序加工特征的类型、加工基准、零件的装夹方式以及加工参数等。根据加工特征上的几何尺寸和加工精度,设置工艺参数,如车床转速、刀具进给量、下刀位置及刀具的走刀方向等,从而自动获取加工信息生成工序模型。

为了保证加工精度,在一次装夹中加工多个特征,需要定义每个工步的加工内容。由若干个工步构成每道工序,识别加工特征类型,关联建模位置,生成用于可视化加工的工步模型。在加工过程中有些特征在零件模型中不存在,但是为了加工装夹或毛坯设计需要添加特征(凸台、加强筋、冒口等),需要在工步模型中重构该特征。将每一步的加工信息与建模方法相映射,自动获取加工余量作为建模参数,以工艺信息驱动建模,通过偏移、抑制特征、重构等方法生成工步模型,如表2所示。

2.3三维工艺模型的实现

根据工艺路线生成N道工序,应用同步建模技术将每道工序模型的加工特征,映射为三维建模系统中的工艺模型,如果加工工序为0时生成毛坯模型,不为0时生成该道工序的三维模型如图1所示。同步建模技术是在参数化、历史记录建模的基础上的飞跃,不考虑模型是怎样构造的,主要是修改模型的三维实体建模技术,它包括移动面、抽取面、替换面、修改面的尺寸、删除面、偏置区域等改变面的特征,调整倒角和圆角的大小等细节特征,几何约束变换和尺寸约束,截面编辑等命令操作。

在机械加工的过程中,零件的特征变化多为面的偏置和特征的布尔运算,所以毛坯模型和工序模型与零件模型是相似的。依据设计模型创建每道工序模型并与其相关联,当设计模型发生更改时,其相关的工序模型也将发生相应改变。应用同步建模技术修改模型不需设计建模的经验,很适合机械切削加工的特性。

3应用实例

电动机的轴类零件,下料的毛坯模型均为一定尺寸的圆柱体,通过切削外圆表面,加工出符合设计要求的台阶面、倒角和键槽等。毛坯模型设计有两种方法,一种是三维设计软件按最大包容原则,设置合理加工余量,进行零件加工毛坯设计,导入零件CAD模型,将毛坯模型与CAD模型进行比对,识别待加工特征,按加工顺序建立工序模型。另一种方法是由零件到毛坯的过程逆推,通过删除、抑制零件模型的特征,应用同步建模技术增添每个工序的加工余量,快速生成工序模型。本文采用后一种方法,通过零件模型的逆推过程,下一道工序模型在本道工序模型的基础上进行修改,这样由加工特征将零件模型、工序模型和毛坯模型相关联。

应用VC6.0开发了三维工艺设计模块,基于NX/Open API遍历建模特征,输出设计特征和其定位尺寸和大小参数,将建模方法与加工方法相关联。然后根据尺寸精度等技术要求将设计特征转换为加工特征,依据工艺知识和加工经验添加热处理等工序,可生成完整的工艺路线,如图2所示。然后,工艺设计师以图2生成工艺路线的逆过程为指导,确定该道工序加工的特征,选择加工设备、设置加工参数和装夹方式和定位基准。应用同步建模技术以工序的加工余量作为建模参数,在零件模型上偏移依次生成加工过程中的动态工步模型最终生成该道工序的工序模型,直至毛坯模型。如图3是锤式破碎机轴加工的第一道工序,工序名称为粗加工轴零件端面和外圆,以逆推的方式构建工艺模型,该道工序包括的6个工步模型(1个端面和5个台阶轴)最终构建了零件的毛坯模型。

4结语

三维工艺设计的实现过程中,三维实体模型作为非几何体信息的载体,尺寸、公差、标注符号、装夹标记、加工基准等信息均显示在实体模型上。工艺设计的三维化,有利于将设计模型和工艺模型相关联,以同步建模技术驱动的工艺过程路线,为用户提供了一个强大的智能化三维工艺建模工具,快速建立产品的各个阶段的相关联的工序模型。该方法建模灵活,节约时间,方便工装的设计、加工可视化仿真、检验信息及生成数控程序,促进制造过程的上下游部门的协同工作,缩短产品的生产制造周期。

参考文献

[1]黄瑞,张树生,范海涛,等.基于子图同构的前驱三维工序模型向二维工序图映射匹配算法[J].中国科学:技术科学,2011,41(8):1121-1127.

[2]陈刚,常智勇,万能,等.基于信息映射的三维工序模型辅助生成方法[J].机械科学与技术,2011,30(10):1649-1653.

[3]石云飞,张树生,成彬,等.工艺语义驱动的序列三维模型构建系统[J].计算机集成制造系统,2009,15(11):2133-2139.

[4]田富君,田锡天,耿俊浩,等.基于模型定义的工艺信息建模及应用[J].计算机集成制造系统,2012,18(5):913-919.

[5]LEE Hyunchan,JHEE Wonchul,PARK Heesok.Generative CAPP through projective feature recognition[J].Computers&Industrial Engineering,2007,53:241-246.

[6]王瑞红,严晓光,李建勋.基于制造特征的零件拓扑结构模型及其构建研究[J].机械工程师,2013(12):80-82.

[7]丁丁,张旭,斯铁冬,等.三维工艺设计中基于加工特征的工序模型生成技术[J].兵工自动化,2013,32(6):31-35.

电视播出同步系统的设计 篇10

1 同步系统现状及改造原则

宁波广电集团全同步系统于2002年建成投入使用,随着这几年多个电视频道的开播以及高清演播室的建成并投入使用,现有的同步系统的端口资源己经无法满足日常业务需求。再加上近几年数字技术不断提高,周边设备的不断更新换代,现有的同步系统设备老化,所以同步系统改造迫在眉急。恰逢高标清同播系统改造,经集团批准,我们对现有同步系统进行升级改造。

同步系统升级改造遵循的原则是:1)采用复合同步信号的应符合《数字分量演播室同步基准信号》(GY/T167)的相关要求;2)同步切换设备应具有自动和手动切换功能,能够断电直通,主备同步发生器应分接不同的电源;3)主备服务器和主备播出设备的同步要分设在不同的板卡上,要求不能有单溃点;4)同步环通串接不超过2个;5)重要的同步设备应接在断电直通端口上,减少故障的发生。

2 同步系统的改造方案

2.1 同步信号的选择

现阶段,在电视系统中采用的同步信号主要是黑场同步信号(BB)和三电平同步信号,BB信号以及支持高清和标清,而且相对比较简单,因此,在高标清同播系统里我们仍统一采用BB信号作为同步信号,这一同步基准信号已经广泛用于大量的串行数字分量系统中。

同步分为台主锁相和台从锁相,台主锁相就是以台里的同步为基准信号,台从锁相是以外来信号为同步基准,在播出系统中,我们采用台主锁相,外来信号进入总控后,经帧同步卡后再进入播出系统,保证了跟播出切换矩阵同步。

2.2 同步机箱

由于现有的snell机箱技术落后,使用周期过长,无法满足未来高清的使用,我们这次统一采用axon机箱来代替老的snell机箱,axon机箱跟snell机箱相比主要具有以下特性:1)引入了同步总线的概念,一个机箱只需接主备2根同步线,通过机箱自身内部的走线,保证块板卡的同步,而不需要在每块分配板卡都接一根同步线;2)可以在总控管理机里实时显示、监看及更改板卡参数、同步状态;3)设有远程和本地两种故障报警系统,设备发生故障时会报警,方便技术人员查询设备运行情况。

同步的分配板卡由axon的CDV29分配板卡和断电直通的后背板共同组成,该板卡为1进9出的分配板卡,后背板卡的第一个端口为断电直通端口,该端口用作关键设备同步信号端口,保证断电时关键设备仍能同步。CDV板卡信号走向如图1所示。

2.3 同步系统的设计

同步基准信号通过设立在总控机房的同步发生器,将信号分配给播出、演播室、收录等全台所有技术系统。需要同步信号的地方主要有:6个频道主备播出切换台、主备播出工作站、总控矩阵、上载矩阵、上载工作站、数据库服务器、视频服务器、各个Axon机箱、各类演播厅、卫星机房及二备视频播出设备等。

同步系统简易图如图2所示。同步系统采用3个同步发生器(2个spg600为原有的主备同步发生器,1个SPG8000为新采购的同步发生器),主备SPG600信号接在一个422倒换器上,axon机箱也具有主备倒换功能,因此在倒换器出来后的信号接入axon分配机箱的主同步输入端,SPG8000接入axon机箱的备同步输入端。

从设计中可以看出,平时我们使用的是SPG600主的同步信号,当主SPG600信号丢失时,422倒换器可以自动倒换至备的SPG600,这时axon机箱由于检测到主信号丢失也自动切换至SPG8000信号,这样就产生了一个问题,422倒换器和axon机箱同时进行了切换,并没有使用SPG600备的信号,因此,我们更改了axon机箱的设置,axon机箱的同步倒换方式可以设置自动倒换和手动倒换两种模式,我们设置了手动倒换,避免主发生信号中断时,422和axon机箱同时进行倒换当主备SPG600信号全部丢失时,我们仍可以通过axon机箱切换至SPG8000来应急。

同步系统进行升级时是不能影响播出系统的正常运行,因此在上线之前,我们对同步机箱进行了脱机测试,对每个端口都进行信号监看,确认技术上没有问题。更换时间上,我们申请了凌晨4小时的停播时间,并准备好相应的应急预案,在4小时之内更换同步机箱和同步发生器,并完成同步测试及同步倒换测试。

2.4 同步监看系统

总控控制台设有监测设备,我们采用的是tek的WFM7120,通过矩阵的信号切换,可以对矩阵输入和输出的所有信号进行技术上监看。如何监看是否同步呢,我们可以选中WFM7120设备的区域“2”,将该区域选择显示“MEAS”,为方便监看,我们切换至full模式,如图3所示。使用WFM7120进行同步测试很方便,图3中心的十字心代表基准信号的时基,圆圈表示输入信号的时基,当圆圈和十字心重合时,表示输入信号和基准信号时基一致,右边是垂直偏置和水平偏置的数值显示,我们所有设备都以播出切换矩阵为基准进行调整,保证垂直偏置在1行以内,水平偏置接近中心,但在实际应用中,外来信号不是一定要做到0 delay,只要保证圆圈锁定在附近就可以了。

3 结论

宁波广电集团电视播出中心同步系统在设计上,采用了三路倒换同步子系统设计,可以确保在主备同步机及链路中任何一个设备出现问题时,不会导致同步信号长时间中断,极大的提升了整个电视播出系统的安全性能。同步系统的改造完成至今,从效果来看,完全达到了预期要求,为全台网系统提供了稳定可靠的同步系统,保证了播出系统的安全、优质运行。

参考文献

[1]龚永平,播出系统中播出信号的同步相位调整[J].现代电视技术,2011(3):42-43.

同步电路设计 篇11

【关键词】电梯;分段永磁直线同步电机;设计;有限元分析

前言

随着经济及社会的发展,越来越多的高层建筑、超高层建筑出现在人们的生活当中,在高层及超高层建筑中,电梯具有十分重要的作用。高层及超高层建筑的电梯如果采用传统的曳引式电梯,那么提升的高度增大到一定的程度时,电梯的安全就无法得到良好的保证,而在使用了分段永磁直线同步电机之后,无需机房,节省了大量的空间,同时井道的利用率业也得到了有效的提升,并且最为重要的一点是,电梯的安全性能得到了有效地提升。

一、电梯用分段永磁直线同步电机设计

(一)电梯性能及参数标准

在设计机械产品时,要实现标准化,电梯的设计也不例外,在设计使用分段永磁直线同步电机的电梯时,需要按照一定的标准规范来进行设计。基于此,本文在进行电梯设计时,需要满足以下参数要求:按照GB7588-2003,GB/T10058-2009等标准的要求,当电源为额定频率和额定电压时,载有50%额定载重量的轿厢向下运行至行程中段(除去加速和减速段)时的速度,不应大于额定速度的105%,且不小于额定速度的92%;乘客电梯起动加速度和制动减速度最大值均不应大于1.5 m/s2;当陈科电梯额定速度为1.0m/s

(二)分段永磁直线同步电机基本结构设计

一般来说,分段永磁直线同步电机有两种结构形式,一种为永磁体单独励磁,对于此种结构,当永磁材料的相关事项确定完成之后,系统也就随之确定下来,不过,励磁磁场的大小是无法进行调节的,因此,此种结构只适用于不需要调节励磁磁场大小的电机当中;另一种为永磁和电励混合励磁,此种结构的出现就是为了解决永磁体单独励磁中存在的缺陷,因此,此种结构具有比较好的调节功能,可以根据实际情况对励磁磁场的大小进行调节。当电梯应用此种电机时,所设计的结构为分段扁平永磁直线电动机。

(三)分段永磁直线同步电机参数计算

電机都具备气隙,而且还比较大,因此,在进行参数计算时,这部分是可以不用计算的,一般来说,分段永磁直线同步电机的参数计算主要是计算外部主漏抗。在进行参数计算之前,为了保证计算具有可实施性,需要做出预定的假设,假设的内容包括铁芯的磁导率无穷大,电梯运行时气隙电感无变化。

(四)分段永磁直线同步电机主要尺寸及数据的稳态设计

在进行设计的过程中,需要设计的尺寸非常多,不过有些尺寸设计并不会起到决定性的作用,因此,可以将这些尺寸设计忽略,直接设计具有决定性作用的主要尺寸,一般来说,主要尺寸包含两种,一种是初级铁芯的叠厚及有效长度,一种是次级铁芯的叠厚及有效长度。

二、分段直线同步电机电磁场的有限元分析

针对上面的结构设计,在进行有限元分析时,需要建立分段永磁直线同步电机模型,在进行计算的过程中,为了保证计算的准确性及分析的有效性,同时减少计算量,因此,本文在进行有限元分析时,只进行二维建模,分析二维静态磁场。

(一)分析中要用到的单元

在二维模型中,具有结构几何形状,在对其进行表示时,采用的方法为二维单元,尽管实际的电梯是三维的,但是计算中将其简化为二维平面问题。在对二维静态磁场进行分析时,所需要用的单元包括二维实体单元(PLANE13、PLANE53)、远场单元(INFIN9、INFIN110)、通用短路单元(CIRCU124)。

(二)二维模型的建立

建立相应的二维模型之后,就需要进行选择、分析等工作,为了保证工作的有效性,就需要在ANSYS软件中输入参数,而参数在进行输入时,采取的形式为符号。在建立二维模型的过程中,为了保证计算的准确性,模型的建立有十二种情况,划分情况的依据为电机的运动方向。

(三)设置实常数和单位制

分段永磁直线同步电机的线圈具有固定的几何形状,在对其进行定义时,采取的方式为实常数,因此,在对实常数进行定义时,需要按照两点规则来进行,一是在输入实常数时,有着严格的输入次序要求,一定要遵守;二是如果单元类型比较多,在定义实常数是,每个单元需要定义出独立的实常数组。一般来说,系统默认的单位制为MKS制,不过,在输入几何尺寸时,厘米要换算成米,这样才能保证输入的正确性。

(四)划分网格

当将材料的属性确定完之后,就需要进行划分网格工作,在分段永磁直线同步电机中,长度与宽度之间的尺寸比值比较大,因此,在进行划分时,就需要手动设置单元的尺寸,最终完成网格的划分工作。

结论:建筑业在发展的过程中,为了适应城市规划中节约用地的要求,开始建造高层及超高层建筑,这此种类型的建筑中,电梯是必不可少的组成部分,对于高层及超高层建筑的居民来说,每天要乘坐很多次的电梯,因而电梯的安全性受到了广泛的关注。分段永磁直线同步电机是一种新型的电机,将其应用在高层建筑中,可以有效地节省一定的建筑空间,同时,电梯的安全性性能得到了有效地提高。当前,分段永磁直线同步电机在电梯中的应用发展的还不完善,我国应加大研究及设计的力度,以便于在电梯中更好的应用分段永磁直线同步电机。

参考文献

[1]邹莉.永磁直线同步电机电磁场的有限元分析[J].山东轻工业学院学报(自然科学版),2013,(04):59-61.

[2]王淑红,吴攀,熊光煜.分段式永磁直线同步电动机参数分析[J].煤炭学报,2012,(S2):516-520.

[3]段占晓,王步来,顾杨等.双三相永磁直线同步电动机的运行特性研究[J].微特电机,2013,(01):11-14.

同步自动焊接单元的设计 篇12

目前,对于金属零件焊接,大多为手工焊接,费事费力,焊接质量差。也有一些自动焊接装置,主要是多关节机械臂自动焊接机,这类自动焊接装置主要使用在流水线上,虽然柔性好,但机构复杂,可靠性较差,实用性还有待提高。还有其他的一些自动焊接装置用于钣金接缝焊接,属于专用设备。而能对批量零件自动焊接,焊接形状复杂,焊接零件自动转移和交换,成为独立的自动焊接单元,并采用非多关节机构的自动焊接装置,目前还是空白。同步自动焊接单元能实现批量零件的、复杂形状的自动焊接,焊接零件自动转移和交换,焊接区域与上下料区域隔离,并实现焊接工序和上下料工序的同步进行,安全性、质量、效率、自动化程度大大提高。

1 工作原理

本实用新型主要由底座、滑座、立柱、横臂、摆臂、三向导轨、三向驱动机构、自动回转台、零件固定装置、区域隔离装置、焊接系统和电气自动控制部分(由电柜、操作站组成)构成。其中,摆臂可以是自动调整机构,也可以是手动调整机构,三向导轨可以是线性导轨,可以是滑动导轨,也可以是滚动体与滑动的复合导轨。

通过电气自动控制,驱动立柱、滑座和横臂的三向坐标运动,实现摆臂的三向坐标运动,而焊接头与摆臂连接,从而实现焊接头按照预定的轨迹移动,实现复杂轨迹的自动焊接。同时,通过电气自动控制,驱动转台的自动回转和分度,实现已焊接零件和待焊接零件的自动转移和交换。

回转台可以根据零件的大小,分割成各种不同工位数的区域,其中的一个或几个区域为上下料区域。

解决轨迹复杂的批量零件的自动焊接、零件自动转移和交换、焊接与上下料同步进行、结构性能可靠等问题。

2 结构设计

如图1、图2和图3中所示,X向导轨3安装在底座1上,立柱4装在X向导轨3的滑块上;Z向导轨10安装在立柱4的左侧,滑座7安装在Z向导轨10的滑块上;Y向导轨21的滑块安装滑座7的上方,横臂6安装在Y向导轨21上;X向齿轮齿条2中的齿条安装在底座1的中部上,其中的齿轮和X向进给电机与减速机组件22连接,而X向进给电机与减速机组件22安装在立柱的右侧下方;Y向进给传动机构与X向的相同,其中的齿条安装在横臂6的下方,其中的齿轮和Y向进给电机与减速机组件5连接,而Y向进给电机与减速机组件5安装在滑座7的后部;Z向丝杆副8与Z向进给电机组件9连接,安装在立柱4上的两导轨10中间;摆臂11与置于横臂6的前端,通过铰接回转机构与横臂6相连,焊接头12通过滑动副与摆臂11相连;回转台14安装在支架20上,通过中央的滚动轴承15与支架20连接,通过若干个滚动体16支承在支架上;回转台电机19与减速机18连接,减速机18输出轴与减速齿轮副17的小齿轮连接,减速齿轮副17的大齿轮与回转台14的中心轴连接;回转台14台面上安装有圆形板与辐射板组合的隔离板23,焊接零件13安装在每个隔离区内,也可以去掉隔离板23,焊接零件直接放置在回转台中部;电气控制柜24置于主机后部的适当位置,焊接系统箱置于主机后部的适当位置。

工作时,通过编程和电气制动控制,使X、Y、Z向进给电机22、5、9通过相应的传动机构,分别驱动立柱4、横臂6、滑座7,实现X、Y、Z向的坐标运动,从而实现焊接头9的复杂轨迹运动;通过编程和电气制动控制,也同时使回转台电机19通过减速机18、减速齿轮副17驱动回转台14的分度运动;通过电气控制,控制焊接系统的工作,实现规定的焊接动作和功能。

摆臂11可以手动调节,实现焊接头12方向的调整;焊接头12也可以手动调节,使焊接头12在摆臂11上滑动,实现焊接头12在摆臂11中位置的调整;

摆臂的调整也可以采用电机驱动自动调整方式。

X、Y、Z三向导轨可以是线性导轨,可以是滑动导轨,也可以是滚动体与滑动的复合导轨。

根据焊接零件13的大小,调整隔离板23的区域数,形成不同的工位数。也可以去掉隔离板23,直接将焊接零件放置在回转台中部,适应较大规格焊接零件,也实现焊接零件的多面焊接功能。

3 结论

同步自动焊接单元在两家机械有限公司所生产的产品装载机轴套、油箱经实际应用,可实现批量零件的复杂形状自动焊接,已焊接零件和待焊接零件自动转移和交换,焊接区域与上下料区域隔离,实现焊接工序和上下料工序的同步进行,提高了自动化程度,操作工人由原来的6人三班倒调整为3人,产量由每天60件提高到每天接近100件,废品率降低5%,同时提高了安全性。

摘要:工程机械配件产品形状比较复杂且需要多部位焊接,在焊接过程中采用手工焊接或者自动焊接装置效率比较低而且质量不能保证。本设计根据工程机械配件工厂焊接生产情况,设计一种同步自动焊接单元,介绍其工作原理及结构,实现批量零件的、复杂形状的自动焊接,焊接零件自动转移和交换,焊接区域与上下料区域隔离,并实现焊接工序和上下料工序的同步进行。

关键词:同步,焊接,单元

参考文献

[1]李丹,等.T形管自动焊接机控制系统设计[J].现代制造工程,2007,12.

[2]赵金玲.旋压储风缸自动焊接机设计[J].光机电信息,2009,12.

[3]陈鹏,等.S型触头银触点自动焊接机的设计[J].焊接技术,2010,9.

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