大功率变流器同步信号的状态变量滤波器设计

EAST极向场电源是由晶闸管相控整流电路组成的大功率变流器,其同步信号的取用至关重要。为提高控制精度,采用EAST极向场电源系统中整流变压器的次级电压信号作为同步信号。由于该同步信号中包含大量的谐波及噪声,所以需要对其进行滤波。通过分析同步信号的特点,提出了滤波器设计要求,比较不同滤波器特点后,选用状态变量滤波器进行滤波,并对状态变量滤波器的设计进行了详细的理论分析和参数计算。最后通过RT-LAB实时仿真测试和实验证明,该滤波器具有理想的滤波效果,可以实现同步信号的精确提取。     

基于NI CompactRIO的晶闸管电源同步信号处理系统

HL-2A装置使用脉冲发电机组为装置极向场晶闸管电源供电以驱动线圈负载,晶闸管电源采用相控控制,因此同步信号的质量将直接影响电源的控制精度。HL-2A装置晶闸管电源同步信号取自同步变压器,脉冲发电机组带整流负载的供电方式使得同步信号不仅存在严重的波形畸变,同时还存在同步信号频率在大范围快速变化的特点。根据HL-2A装置晶闸管电源同步信号的特点,采用逐点巴特沃斯滤波器消除波形畸变,并通过实时频率计算和相位重建获得高质量同步信号。基于NI CompactRIO平台设计了晶闸管相控电源同步信号实时处理系统,实验结果表明该系统可有效解决同步信号畸变严重和频率宽范围快速变化的问题。     

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST (Experimental Advanced Super—conducting Tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护。本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。     

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针对HL-2A装置极向场电源晶闸管触发器系统同步信号波形畸变严重、频率不断变化的特点,通过分析和比较各种滤波器的滤波效果,提出了一个多级数字滤波器联合滤波的方案。利用MATLAB软件搭建了该滤波器的仿真模型,并对其进行了仿真分析,理论上证明了该方案的可行性。通过估计算法的延时,证明了该数字滤波器满足实时信号处理的要求。     

利用Duffing系统的同步识别信号中的微小差别

对于非线性Duffing方程,建立了相应的派生系统,证明了派生系统可以与原Duffing系统实现完全同步.通过同步,可以识别出激振信号中的微小差别.在实际仿真计算中,在系统出现混沌运动时,对于相同的激振信号,会出现同步;对于有很小差别的信号,不会出现同步.在拟周期激励时,信号的振幅有微小差别也不会出现同步.计算结果证明了此方法的有效性. 关键词： 非线性系统 同步 信号     

兰州重离子加速器冷却储存环主环二极铁电源设计

主环二极铁电源是兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)工程的关键设备和指标要求最高的一台电源,采用了独特的拓扑和控制策略。为满足峰值功率3.15MW(3kA,1.45kV)的输出能力和快脉冲要求,采用了晶闸管整流并联脉宽调制补偿单元的主电路拓扑结构和特殊的控制方式,这套综合方案确保电源满足了全部技术指标。本文介绍了该拓扑结构的原理和优势,讨论了为满足±2×10-4的跟踪误差的要求而采用的控制拓扑和双基准给定的原理,并简介了调试过程和近年来的运行和改进情况。     

基于实时Linux的极向场电源主控制系统的设计

为了满足极向场电源控制系统严苛的实时响应的要求,选择实时Linux系统作为系统平台,采用一个开放源代码的、基于C/C++的Eclipse可扩展的开发平台作为开发工具,完成极向场电源主控制系统的设计,实现了在一个控制周期内(1ms)对极向场电源系统的12套本地控制器的实时通信和实时控制。对极向场电源主控制系统的高速通信和实时控制、稳定可靠等关键问题给出了可行的实践性的解决方法。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统的实时需求。     

兰州重离子加速器冷却储存环主环二极铁电源设计

主环二极铁电源是兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）工程的关键设备和指标要求最高的一台电源,采用了独特的拓扑和控制策略。为满足峰值功率3.15 MW（3 kA,1.45 kV）的输出能力和快脉冲要求,采用了晶闸管整流并联脉宽调制补偿单元的主电路拓扑结构和特殊的控制方式,这套综合方案确保电源满足了全部技术指标。本文介绍了该拓扑结构的原理和优势,讨论了为满足±2×10-4的跟踪误差的要求而采用的控制拓扑和双基准给定的原理,并简介了调试过程和近年来的运行和改进情况。     

利用混沌信号驱动实现各子系统间的同步

通过对非同参数Lorenz系统驱动模型的讨论,发现对于非同参数情况,驱动系统与响应系统间严格的混沌同步关系是不存在的,同步只具有相对的意义.同时,探讨了在混沌信号驱动下稳定系统的动力学行为,说明其输出同样是混沌的.指出利用混沌信号驱动两个非同参数的子系统,可以实现两子系统之间的混沌同步输出.给出同步条件,得出的结论在实际应用中可能具有指导意义. 关键词：     

EAST极向场电源的数据存储及读取方法

EAST (Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000 s,目前放电长度已超过100 s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统,有接近200路信号需要进行数据存储,每一次放电的数据量非常大,普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据,HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口,设计复合数据类型的数据集,为了实现实时存储与实时读取,将一次放电时间进行分割,并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集,以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示,证明复合数据类型和分块数据集的正确性,以及分块写入与分块读取的可行性,同时对读写时间进行简单的测试,证明分块写入与分块读取方式具有高效性。     

An adaptive threshold filter for ultrasound signal rejection

The threshold filter is a frequently used technique in ultrasound B-scan to reject the small echoes contributed from backscattering that blur the tissue interface and reduce the image contrast. Note that using the threshold based on one value would simultaneously destroy local waveform features of the reflection echoes with amplitudes larger than threshold value. To resolve this problem, we developed an adaptive threshold filter based on the noise-assisted empirical mode decomposition (EMD). Computer simulations at 7.5 MHz using a single-element transducer with a bandwidth of 60% and a pulselength of 0.5 μs were carried out to explore the feasibility of the algorithm. Image measurements on the carotid artery using a 7.5 MHz, 128 elements, 1D linear array transducer with the same characteristics as those in simulations were used to verify the performance of the algorithm in practice. Compared to the result from the conventional threshold technique, the adaptive threshold filter is able to successfully suppress the smaller backscattering signals without changing the local waveform features of the preserved significant echoes due to refection.     

Design of the spatial filter window for digital holographic convolution reconstruction of object beam field

In the convolution reconstruction process of digital holographic object beam field, the object beam fields with different magnifications can be obtained when the reconstructing beams are spherical waves with different wave curvature radii. This paper presents a theoretical and experimental discussion on the useful spatial frequency spectrum of the hologram numerically illuminated by the spherical wave. The result shows that there would be an image in the spatial frequency spectrum of digital hologram, which is completely the same as the object, if the wave surface radius of the spherical wave is equal to the distance from the object to the CCD sensor. Taking this image as a reference and designing a filter, the position of the reconstructed images with different magnifications can be predicted correctly in the reconstructed plane. Additionally, since the spectrum distribution of zero-order diffraction can be forecasted accurately in theory, its contribution can be effectively eliminated through changing the spatial filter shape; then a reconstructed object field containing more high-frequency information can be obtained.     

Clustering of polarity reversals of the geomagnetic field

Often in nature the temporal distribution of inhomogeneous stochastic point processes can be modeled as a realization of renewal Poisson processes with a variable rate. Here we investigate one of the classical examples, namely, the temporal distribution of polarity reversals of the geomagnetic field. In spite of the commonly used underlying hypothesis, we show that this process strongly departs from a Poisson statistics, the origin of this failure stemming from the presence of temporal clustering. We find that a Lévy statistics is able to reproduce paleomagnetic data, thus suggesting the presence of long-range correlations in the underlying dynamo process.     

双频回旋管内置准光模式变换器设计

回旋管一般使用准光模式变换器实现高阶腔体模式到高斯波束的转换。结合标量衍射理论、KS迭代算法、几何光学、最小均方法等方法设计了工作频率为140 GHz（TE_{24, 9}）和105 GHz（TE_{18, 7}）的双频准光模式变换器。仿真结果显示所设计的准光模式变换器工作频率为140 GHz（TE_{24, 9}）时能量传输效率99.0%、高斯含量99.7%,工作频率为105 GHz（TE_{18, 7}）时能量传输效率97.3%、高斯含量98.0%。能够满足MW级双频回旋管的应用需求。

     

单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数优化

采用在静止直角坐标系中构造虚拟正交电路的方法,推导了单相并联谐振变换器在直接正交(D-Q)旋转坐标系中的等效电路,求解了该等效电路的传递函数;通过仿真验证所推导的D-Q等效电路能够准确地代表原变换器电路。基于阻抗匹配的原则,通过D-Q等效电路的传递函数对单相并联谐振变换器的输出LC滤波器参数进行了优化,达到了输出脉冲电压上升沿时间小于50 s、过冲小于5%、调节时间小于100 s和纹波小于5%的预期指标,验证了采用该方法来优化并联谐振变换器输出LC滤波器参数的可行性。     

单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数优化

采用在静止直角坐标系中构造虚拟正交电路的方法,推导了单相并联谐振变换器在直接正交(D-Q)旋转坐标系中的等效电路,求解了该等效电路的传递函数;通过仿真验证所推导的D-Q等效电路能够准确地代表原变换器电路。基于阻抗匹配的原则,通过D-Q等效电路的传递函数对单相并联谐振变换器的输出LC滤波器参数进行了优化,达到了输出脉冲电压上升沿时间小于50μs、过冲小于5%、调节时间小于100μs和纹波小于5%的预期指标,验证了采用该方法来优化并联谐振变换器输出LC滤波器参数的可行性。     

基于液晶可变相位延迟器的两片式线偏振态转换器研究

利用Jones矩阵法,理论上分析了方位角分别为0°和-45°的2个可变相位延迟器组成的偏振转换器可实现任意偏振态到水平线偏振态的转换,并推导出可变相位延迟器延迟量的表达式。利用自主研制的液晶相位可变延迟器的相位延迟,在1 V～2.7 V范围,根据驱动电压连续线性可调的特性,设计了两片液晶可变相位延迟器组成的偏振态转换器,实现了随机偏振态(Stokes参数为(-0.567,0.752,0.36))到水平偏振态(Stokes参数为(1,0,0))的可控调制,实验结果验证了理论分析结果。该偏振态转换器还可以实现其他任意偏振态到水平偏振态的调制。     

激光器型全光波长转换器的小信号分析

当外部光子注入到激光器有源腔中时 ,载流子把被注入光子消耗的一部分放大 ,进而激光器自身的输出功率将降低。基于此 ,可以实现全光波长转换。理论上基于载流子消耗机制 ,对激光器型波长转换器进行了小信号分析 ,给出了频率响应函数。理论分析表明 ,激光器型全光波长转换器的转换速度取决于激光器光子寿命以及激光器腔内的光子密度。