本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的納米定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)

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【摘要】：納米定位技術(shù)是前沿科學(xué)、工程技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。納米定位技術(shù)通常是以納米定位平臺控制系統(tǒng)的形式來實(shí)現(xiàn),而對于納米定位平臺控制系統(tǒng)而言,由于存在信號采集和量化噪聲、系統(tǒng)本身的機(jī)械噪聲,直接影響納米位移平臺的定位精度。針對納米平臺運(yùn)動(dòng)過程中噪聲信號對平臺定位精度的影響,進(jìn)行數(shù)字濾波算法的設(shè)計(jì)仿真和實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作內(nèi)容如下:(1)介紹了納米定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)意義;介紹了國內(nèi)外納米定位平臺控制器和數(shù)字濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀。說明我國針對納米定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)的研究尚處于初級階段。(2)對納米定位平臺運(yùn)動(dòng)過程中存在的噪聲特點(diǎn)進(jìn)行分析,得出存在的噪聲為隨機(jī)噪聲。由于采用普通選頻濾波器無法進(jìn)行濾除,本文采用卡爾曼濾波器來濾除該類噪聲。建立了卡爾曼濾波算法的信號模型,并且詳細(xì)的闡述了卡爾曼濾波算法的推導(dǎo)過程。(3)介紹了納米定位平臺控制系統(tǒng)的整體組成結(jié)構(gòu)。對納米定位平臺的系統(tǒng)進(jìn)行分析,并建立了納米位移定位平臺模型。利用卡爾曼濾波算法對納米位移平臺進(jìn)行濾波,并利用MATLAB進(jìn)行仿真觀察濾波效果。通過改變過程噪聲和觀測噪聲的幅值,來觀測對卡爾曼濾波器的濾波效果的影響。仿真結(jié)果表明卡爾曼濾波器能夠使納米位移平臺的定位偏差最大為7nm,定位精度得到了明顯的改善。(4)對市場上主流的FPGA芯片進(jìn)行了介紹了,闡述了FPGA芯片的工作原理和內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)。介紹了該納米定位平臺控制器中FPGA芯片的特點(diǎn)和所具有的功能,并且對FPGA的開發(fā)工具以及開發(fā)流程和指導(dǎo)原則進(jìn)行了詳細(xì)的說明,為后序的FPGA開發(fā)提供了良好基礎(chǔ)。(5)在納米定位平臺控制系統(tǒng)中以FPGA作為控制器來驗(yàn)證卡爾曼濾波算法的有效性和可行性。利用MATLAB/Simulink中的DSP Builder工具和Quartus II工具相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了納米位移定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)和仿真操作。根據(jù)實(shí)際響應(yīng)曲線對比得知,采用本文設(shè)計(jì)的濾波算法能夠有效濾除控制系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲,驗(yàn)證了算法的可行性。綜上所述,本文主要對納米定位平臺控制器的濾波器算法進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提算法的可行性,有效保證了系統(tǒng)的定位精度。納米定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)的提出,對相關(guān)類似系統(tǒng)的濾波器算法設(shè)計(jì)具有一定的借鑒價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：納米定位平臺控制器 卡爾曼濾波器 FPGA DSP Builder
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN791;TN713
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 納米定位平臺的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 數(shù)字濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 卡爾曼濾波理論17-29
• 2.1 卡爾曼濾波的歷史發(fā)展17-18
• 2.2 卡爾曼濾波的信號模型18-19
• 2.3 卡爾曼濾波算法的推導(dǎo)過程19-23
• 2.4 卡爾曼濾波器的性能分析23-25
• 2.4.1 穩(wěn)定性分析23-24
• 2.4.2 誤差分析24-25
• 2.5 卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢25-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第三章 納米定位平臺控制器中卡爾曼濾波器算法設(shè)計(jì)與仿真29-39
• 3.1 納米定位平臺系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2 納米定位平臺系統(tǒng)的分析30-31
• 3.3 納米定位平臺卡爾曼濾波估計(jì)模型的建立31-32
• 3.4 納米定位平臺卡爾曼濾波估計(jì)模型的更新原理32
• 3.5 卡爾曼濾波算法的MATLAB仿真32-37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第四章 FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-49
• 4.1 FPGA簡介39
• 4.2 FPGA的原理與結(jié)構(gòu)39-41
• 4.3 開發(fā)工具和基本設(shè)計(jì)流程41-45
• 4.4 FPGA設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則45-47
• 4.4.1 面積和速度的平衡與互換原則45-46
• 4.4.2 硬件原則46
• 4.4.3 系統(tǒng)原則46-47
• 4.4.4 同步設(shè)計(jì)原則47
• 4.5 本章小結(jié)47-49
• 第五章 基于FPGA的卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)49-53
• 5.1 器件的選擇49
• 5.2 卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)49-51
• 5.2.1 卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)流程49-50
• 5.2.2 卡爾曼濾波算法的分解50-51
• 5.3 卡爾曼濾波器的模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)51-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 第六章 結(jié)論53-55
• 6.1 結(jié)論53
• 6.2 展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 作者簡介59
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-61
• 致謝61-62

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1 劉婷;張立毅;張晉斌;;基于人工蜂群算法的FIR濾波器設(shè)計(jì)[J];山西電子技術(shù);2014年02期

2 梁春燕,謝劍英,魏震;不確定柔性系統(tǒng)消除殘留振蕩的時(shí)滯濾波器設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2000年07期

3 ;軟件[J];今日電子;2001年01期

4 鄧擁軍,郭興波,楊知行,潘長勇;最小平方誤差受限的FIR濾波器設(shè)計(jì)[J];電訊技術(shù);2005年01期

5 李杰;彭靜;朱維樂;;基于二次規(guī)劃的2D FIR濾波器設(shè)計(jì)[J];電子測量與儀器學(xué)報(bào);2007年05期

6 張欣;郭維波;葉靈偉;;基于二階錐優(yōu)化的FIR濾波器設(shè)計(jì)[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版);2007年02期

7 黃叢生;;基于System Generator For DSP的FIR濾波器設(shè)計(jì)[J];黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào);2007年04期

8 歐陽高翔;倪茂林;孫承啟;;基于依參數(shù)分離算子的魯棒可靠濾波器設(shè)計(jì)[J];自動(dòng)化學(xué)報(bào);2008年03期

9 何永泰;肖麗仙;;一種改進(jìn)型FIR濾波器設(shè)計(jì)與研究[J];電測與儀表;2008年03期

10 孫航;文成林;;一類不確定系統(tǒng)分布式魯棒融合濾波器設(shè)計(jì)[J];機(jī)電工程;2008年04期

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1 劉遠(yuǎn)慶;;高性能雙模腔體濾波器設(shè)計(jì)[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

2 黃翔東;李文元;侯春萍;王兆華;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1型FIR濾波器設(shè)計(jì)及性能分析[A];全國第一屆信號處理學(xué)術(shù)會議暨中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會信號處理分會籌備工作委員會第三次工作會議�？痆C];2007年

3 孫航;劉榮利;文成林;;一類連續(xù)不確定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的魯棒融合濾波器設(shè)計(jì)與性能分析[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

4 吳邊;蘇濤;楊波;梁昌洪;;曲線擬合法在管狀濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A];2005'全國微波毫米波會議論文集（第二冊）[C];2006年

5 周貴峰;錢彥嶺;王南天;李岳;;胚胎型仿生硬件結(jié)構(gòu)FIR濾波器設(shè)計(jì)與仿真[A];第20屆測控、計(jì)量、儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

6 王林泓;楊浩;;心電信號處理中濾波器設(shè)計(jì)的研究[A];全國電工理論與新技術(shù)學(xué)術(shù)年會（CTEE'2001）論文集[C];2001年

7 李剛;吳邊;賴鑫;梁昌洪;;基于改進(jìn)漸進(jìn)空間映射算法的濾波器設(shè)計(jì)[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

8 孫振陸;王炎生;王醒華;陳宗基;;多故障魯棒檢測濾波器設(shè)計(jì)[A];1998年中國控制會議論文集[C];1998年

9 郝如江;馮志鵬;褚福磊;;數(shù)學(xué)形態(tài)濾波器設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會論文集（Ⅰ）[C];2008年

10 周永忠;楊志家;;基于復(fù)用查找表結(jié)構(gòu)FIR濾波器設(shè)計(jì)[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（1）[C];2008年

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1 曹慶峰;微帶雙頻帶通射頻濾波器設(shè)計(jì)方法研究[D];武漢大學(xué);2012年

2 洪曉芳;幾類時(shí)滯飽和系統(tǒng)H_∞濾波器設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D];山東大學(xué);2014年

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4 王小敏;非線性動(dòng)力學(xué)濾波器設(shè)計(jì)及其在信息安全中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2007年

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1 楊建;基于LTCC工藝的小型化雙頻濾波器設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

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3 謝姜陵;天線前端寬阻帶濾波器設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2016年

4 曲朋;基于FPGA的納米定位平臺控制器的濾波器設(shè)計(jì)[D];沈陽建筑大學(xué);2016年

5 史秋月;基于樣本值的濾波器設(shè)計(jì)[D];青島大學(xué);2013年

6 李建禎;一類離散模糊系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)[D];曲阜師范大學(xué);2007年

7 徐東;給定幅值及相位誤差的復(fù)系數(shù)FIR濾波器設(shè)計(jì)[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

8 徐迎虎;基于空間映射法的濾波器設(shè)計(jì)[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

9 周連方;低功耗FIR濾波器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[D];寧波大學(xué);2014年

10 仝云旭;不確定時(shí)滯系統(tǒng)的降維濾波器設(shè)計(jì)[D];陜西師范大學(xué);2008年

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本文編號：1047157