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  • 光电探测器频率响应

    2021-01-19 20:16:44
    光电探测器正常工作所能探测到入射光信号的调制频率是有限的,调制频率高于光电探测器频率响应的入射光信号将不能被正确探测出。频率响应是光电探测器对加在光载波上的电调制信号的响应能力的反应,表征了光电探测器...
  • 光电探测器正常工作所能探测到入射光信号的调制频率是有限的,调制频率高于光电探测器频率响应的入射光信号将不能被正确探测出。频率响应是光电探测器对加在光载波上的电调制信号的响应能力的反应,表征了光电探测器...
  • 分析表明,焊接电流对激光焊接接头拉伸性能具有主要影响,而脉宽和频率在对接头拉伸性能的影响方面具有明显交互作用,且任一单因素对接头拉伸性能的影响效果均小于焊接电流。得到适用于1.5 mm厚TC4薄板最优...
  • 1、CPU,这个主要取决于频率和二级缓存,频越高、二级缓存越大,速度越快,未来CPU将有三级缓存、四级缓存等,都影响响应速度。2、内存,内存存取速度取决于接口、颗粒数量多少与储存大小(包括内存接口,如:...

    电脑配置取决的因素:
    1、CPU,这个主要取决于频率和二级缓存,频越高、二级缓存越大,速度越快,未来CPU将有三级缓存、四级缓存等,都影响响应速度。2、内存,内存的存取速度取决于接口、颗粒数量多少与储存大小(包括内存的接口,如:SDRAM133,DDR233,DDR2-533,DDR3-800),一般来说,内存越大,处理数据能力越强,速度就越快。
    3、主板,主要还是处理芯片,如:笔记本i965比i945芯片处理能力更强,i945比i910芯片在处理数据的能力又更强些,依此类推。
    4、硬盘,硬盘在日常使用中,考虑得少一些,不过也有是有一些影响的,首先,硬盘的转速(分:高速硬盘和低速硬盘,高速硬盘一般用在大型服务器中。如:10000转,15000转;低速硬盘用在一般电脑中,包括笔记本电脑),台式机电脑一般用7200转,笔记本电脑一般用5400转,这主要是考虑功耗和散热原因。
    5、显卡:这项对运行超大程序软件的响应速度有着直接联系,如运行CAD2007,3DStudio、3DMAX等图形软件。显卡除了硬件级别上的区分外,也有“共享显存”技术的存在,和一般自带显存芯片的不同,就是该“共享显存”技术。需要从内存读取显存,以处理相应程序的需要。或有人称之为:动态显存。这种技术更多用在笔记本电脑中。
    6、电源,这个只要功率足够和稳定性好。
    7、显示器:显示器与主板的接口也一样有影响(请查阅显示设备相关技术资料)。

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  • 影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: 外因:即射频干扰,它是以空间电磁场形式传递在机器内部导体(引线 或零件引脚)感生出相应干扰,可通过电磁屏蔽和合理布线/器件布局衰减 该类...
  • 以热释电探测器的工作原理为基础,研究了热释电探测器对重频脉冲激光的瞬态响应特性,建立热释电探测器单脉冲激光辐照的工作模型,分析了影响探测器频率特性的主要因素,根据材料和结构参数模拟计算了实际应用中的响应...
  • 建模讨论了影响PWM模拟实现DAC系统的性能的主要因素。仿真发现,滤波器环节对于PWM模拟DAC的性能参数是至关重要的,在不考虑PWM的位数限制时,滤波级数越高DAC精度越高,然而DAC的建立时间也会显著增加。分析发现,...
  • 飞控中一些知识点总结

    千次阅读 2019-06-10 21:36:54
    因此就目前算法而言,影响飞控性能的因素主要有以下几点: 1、环路延迟 环路延迟对控制比较致命,引起延迟的因素很多,概括来说有以下几个方面: 1)IMU采样更新率和滤波器截止频率 由于受振...

    本文主要总结了飞控研发过中一些比较重要的知识点,部分为本人的实际经验,部分为知乎转载。

    影响飞控性能的一些因素:

    飞控姿态控制算法比较固定,基本上都是角度环和角速度环组成的串级PID算法,外加前馈提高响应速度。

    因此就目前的算法而言,影响飞控性能的因素主要有以下几点:

    1、环路延迟

    环路延迟对控制比较致命,引起延迟的因素很多,概括来说有以下几个方面:

    1)IMU采样更新率和滤波器截止频率

    由于受振动等因素影响,IMU输出需要经过低通滤波,而过低的截止频率会严重引起相位滞后,引起控制的不稳定性,制约控制性能提高;

    2)控制频率

    受限于控制器计算速度,控制频率低也是引起延迟的因素;

    3)电调刷新速率、电机响应速度、螺旋桨惯性。

    2、机架振动

    机架刚性不足,会导致共振,制约了控制带宽的提升;这是影响控制性能的另一方面重要因素,就目前的PID控制而言,高的控制性能都是通过高的伺服带宽实现的机械结构的模态频率是限制带宽的重要因素。其次过大的振动又会引起IMU测量数据异常,需要设置更低的滤波器参数,反过来又会导致相位滞后

    注意:

    如果机体有共振频率,通常的解决方法是在控制器的输出加陷波滤波器,这样可以大幅减少机体本身的共振,也可考虑在传感器数据输出上加陷波;两个地方都加也行,这是比较通常的做法, 因为高频的共振大多是执行器引起的。

    红外和超声波

    红外和超声波技术,因为都需要主动发射光线、声波,所以对于反射的物体有要求,比如:红外线会被黑色物体吸收,会穿透透明物体,还会被其他红外线干扰;而超声波会被海绵等物体吸收,也容易被桨叶气流干扰。

    视觉里程计

    视觉里程计简单来说,就是通过左右双目的图像,反推出视野中物体的三维位置,所以相比光流+超声波技术只能简单的测出速度和高度,视觉里程计还能构建地面的三维模型,并通过连续的图像,跟踪自身与环境的相对移动,估计出自身的运动。准确测出自身与地面的相对位置。

    运动加速度

    Mahony互补滤波算法中使用加速度计来修正陀螺,前提是加速度计输出为重力加速的测量值,这一点在低速运动下是近似成立的,但是当机体有较大的运动加速度时,IMU的姿态输出将会有较大偏差,解决这一问题的方法是:

    1.加速度大的时候减小重力修正结果的比重;

    2.使用GPS通过数据融合得到运动加速度的估计值来补偿加速度计,使姿态估计更准确。

    matlab中连续系统设计出来的PID控制器参数,能否用于实际的嵌入式平台?

    如果离散控制器的频率和系统带宽频率比起来足够高的话,可以直接用,顶多微调一下;

    但是绝大多数时候不可以直接用,可能因为:

    1.MATLAB里仿真模型和实际不符;

    2.仿真用的状态量和实际得到的状态量的时滞、误差、噪音不一样

    3.PID实现不一样或实现有问题。

    克服系统时滞

    Smith Predictor 史密斯预测器

    提高系统的可靠性

    1.传感器必须仔细地校正;
    2.进行数据可靠度判断,比如EKF中协方差过大可能意味着滤波器不收敛,得到的状态估计值不可靠;
    3.多套传感器系统冗余配置,实现相互备份;
    4.多套算法同时运算,并相互比较,当某套算法出现异常时,及时切换到其他算法。

    IMU的安装位置

    以加速度为例,装在机身不同位置的加速度计测得的加速度在发生旋转时是不同的。关于质心对称时,简单相加平均可以抵消。如果安装方向有偏差,则需要单独做标定和数据旋转。严格地说,IMU和质心不重合的时候都需要做修正;这个在实际飞行中没仔细考虑过,因为发现IMU放质心和放旁边结果差别不大,这个误差并没有各种传感器本身的误差大。

    不同的传感器更新频率不同,怎样解决数据同步问题

    这是一个数据对齐的问题,在PX4中是将所有的传感器数据先存入一个先入先出的数据缓存区,使用数据时直接读取该缓存区即可;我自己在代码中是使用了全局的结构变量,传感器数据更新后对应的全局变量也随之更新,使用数据时直接获取全局变量即可,不用等待慢的传感器更新。

    活用matlab工具箱

    1.matlab coder工具箱,可以将目标函数转换成C代码,这可以用来生成EKF的代码,避免了手写代码出错,非常实用;
    2.curve fitting工具箱,曲线拟合,可以根据采样数据自动进行最小二乘拟合;我曾用来做升力值和PWM脉宽值拟合、电流和升力值拟合,非常方便和实用;
    3.fdatool非常强大的滤波器设计工具箱,IIR、FIR、低通、高通、带通、带阻滤波器都有包含,只需通过简单的设置一些关键参数便可给出bode图以及滤波器的差分实现;
    4.signal analysis工具箱,从工作区导入mat文件,可以方便地设置滤波器并观察波形变化;可以配合fft函数进行频谱分析(signal analysis自带的频谱分析工具不是很好用)。

    关于多旋翼的轴距和桨叶

    起飞重量较低时(1.5kg2kg1.5kg-2kg以下);常见的是配转速高扭矩小的电机,这类电机的KV值一般很高,定子高,电机呈细长型;与之对应的多旋翼的轴距和螺旋桨也较小;

    起飞重量较大时;配转速低扭矩大的电机,这类电机的KV值一般较低,定子低,电机呈圆盘型;与之对应的多旋翼的轴距和螺旋桨也较大;

    如果加大多旋翼的轴距便要换与之匹配的大桨,飞控大概率也是要重新调的,而且越大的桨惯性越大,响应慢是必然。时滞高之后控制算法也会比较难调,可能单纯PID效果会比较糟。不过动力提升会远大于风阻、重量提升,抗风和负重能力肯定会变好的

    控制器的性能提升

    振动大考虑低通滤波和陷波器;
    时延大考虑史密斯预估器(对模型精度要求较高);
    模型改变考虑使用观测器(通常参数合适的PID控制器对模型的变化有一定的鲁棒性)

    关于低通滤波

    常见的有一阶惯性滤波、巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器(细分为两种型别)等等;
    这几种滤波器的特点如下:
    一阶惯性滤波:
    阻带和通带平坦,过渡带幅值下降缓慢;
    巴特沃斯低通滤波:
    阻带和通带平坦,过渡带幅值下降较快;
    切比雪夫一型:
    通带带波纹,阻带平坦,过渡带幅值下降最快;
    切比雪夫二型:
    通带平坦,阻带带波纹,过渡带幅值下降最快;

    注意:

    巴特沃斯低通滤波器和切比雪夫低通滤波器的阶数越高,过渡带的幅值下降越快,但是相角滞后越严重;因此实际中不宜设置过高。

    参考文献

    再谈IMU数据处理(滤波器)

    控制界有哪些经典的开疆扩土的发现

    飞控IMU数据进阶处理

    展开全文
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  • 例如系统必须符合规定外观尺寸大小、环境温度会左右滤波器的频率响应飘移、机壳材料也会影响滤波器性能表现。设计人员必须从一开始就对上述因素做出取舍,才能设计出符合需求解决方案。在设计滤波器以满足已知...

    射频(RF)滤波器设计持续面临电气、机械和环境等方面的挑战。例如系统必须符合规定的外观尺寸大小、环境温度会左右滤波器的频率响应飘移、机壳材料也会影响滤波器的性能表现。设计人员必须从一开始就对上述因素做出取舍,才能设计出符合需求的解决方案。

    在设计滤波器以满足已知要求的过程中,有许多既有的挑战。这些要求主要是在电气、机械和环境方面。从系统级设计所提出的约束,例如机械尺寸之类,通常都具有极高的重要性。本文将会讨论滤波器设计过程中在射频(RF)方面的重大挑战。

    首先,本文将以一款现有产品来展示不同温度下频率响应的漂移。这种频率响应的漂移非常重要,在设计流程开始前就要牢牢记住,因为反应会根据滤波器工作环境的变化而改变。

    接着,将会介绍被动互调(PIM)测量的设置,在满足滤波器产品要求的过程中,它可能是最具挑战性的规范,主要原因包括缺乏精确的模拟工具以及测量不准确。为清晰说明测试的过程,文中也提供测试的方块图。文中也会提出此次测量中的不确定性,并讨论一些影响因素。

    最后,则探讨插入损耗和窄频带隙抑制之间的权衡,也提供一些滤波器合成的范例,目的是要说明各种要求之间的权衡。然而,在顾此失彼的限制下,很可能 无法满足全部要求,尤其是在有限的空间内。因此,滤波器的设计人员必须要求客户厘清不同要求之间的优先顺序。

    温度对滤波器性能产生的影响

    这里将阐述温度对滤波器带外抑制的效应,因此采用Molex旗下公司SDP Telecom所生产的COM-2J1F1-1Y2-000双工器(图1),它是一台双频带结合器(频带1=1710∼1780MHz或2110M∼2180MHz,频带2=1850∼1995MHz)。

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    图1、COM-2J1F1-1Y2-000双工器

    由于本单元各频带之间的隔离性极高(> 50dB),所以可将频带1视为双频带滤波器,而将频带2视为简单的滤波器。由于双频带滤波器超出本文所讨论的范围,因此将重点讨论频带2。附带一提的是,此一双工器中所有谐振器皆使用铝材料。

    图2说明了该频带在三种温度下的测量结果:-40℃(低温)、25℃(环境温度)和+65℃(高温)。从图中可以看出,温度变化对滤波器的抑制具有一定影响。对于已知的衰减值(图2的例子约在-30dB),可以看出从低温到环境温度的漂移约为2.9MHz,从环境温度到高温的漂移约为2.3MHz。

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    图2、三种温度下双工器频带2的传输性能及其部分放大图

    一般而言,对于已知材料和滤波器的中心频率,可用公式1来预测频率漂移:

    Δf=δ ΔT f0 (1)............................公式1

    其中,δ为10-6/℃下的热膨胀系数,ΔT为温度变化,而f0为滤波器的中心频率。表1列出一些常用材料的δ值。

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    将公式1应用到某些例子,考虑到δ=23 10-6/℃(铝)和f0=1922MHz。在低温的情况下,ΔT=65℃,因此Δf≈2.874MHz,而在高温的情况下,ΔT=40℃,因此Δf≈1.768MHz。

    可以发现测量结果与公式1计算结果一致。一些误差可归因于谐振器的形状和内插近似值(Interpolation Approximation)。因此,公式1可用于预测温度漂移情况下的频率变化。CTE δ的值不需要过高,从而避免在衰减性能上出现重大变化,对于较广的温度范围尤其是如此。

    重要的是,在选择谐振器材料时需要考虑一些重要因素,主要包括成本、重量、制造方法(冲压、压铸等等),并且要镀银以防止发生PIM。图3说明了滤波器中三种常用材料之间的折衷。

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    图3、不同谐振器材料之间的权衡

    铝的成本通常较低而且重量较轻,然而热膨胀系数(CTE)相对较高,因此在规范要求严格的情况下可能并不适合。钢材的成本效益较佳,根据具体成分,CTE较低,从而让它成为窄频带应用的良好选择。但是钢材是一种铁磁材料(Ferromagnetic Material),需要镀银处理,这将会提高总成本。殷钢基本上是镍和铁的合金,热稳定性极高,但成本也非常高。

    对采用不同材料谐振器的低成本解决方案做出温度补偿(例如图3所示的钢材和铝材)是一种常用的方法。这种方法可在最终产品的良好性能与可承受成本之间找到最佳平衡点。

    PIM测试设置和考虑事项

    这里将介绍一般性的PIM测试设置,并概述可对PIM产生影响的各种因素。图4所提出的方块图是一般的PIM设置,可应用于本文的待测装置(DUT)。左上方有两台讯号产生器,其后是两台相同的功率放大器,可提供极高增益(通常为50dB),在功率放大器之后的是两台隔离器,它们基本上是用来保护功率放大器,以避免受到可能产生的高功率反射所影响。然后,3dB的混合设备将输入讯号分配到两条相同的路径上。

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    图4、通用PIM测试设置接收器通道滤波器的方块图

    这里采用低PIM的50欧姆(Ω)端接来终止一个输出,并在第二个输出处混合讯号产生器所发出的两种频率(f1+f2)。使用低PIM的定向耦合器(通常为30dB的耦合)来测量待测装置输入中的功率,并且据此校准功率计来读取正确的值。

    一般比较偏爱以这种设置来精确地修正正确的输入功率,其误差仅等于耦合器的插入损耗(约为0.2dB)。因此,将两台低PIM双工器和待测装置串联起来。双工器在发射(Tx)和接收(Rx)埠之间也有着高度的隔离性。所产生的任何第三个IMD讯号将转至Rx埠,并以频谱分析仪进行测量。

    PIM测试可以进行两种测量。在逆向PIM(Reverse PIM)中,应将滤波器上的输出埠端接到高功率、低PIM的50欧姆负载。另一方面,如图4所示,前向PIM(Forward PIM)采用第二台双工器,其Tx通道端接到高功率、低PIM的50欧姆负载。第三个IMD讯号将直接转至Rx通道,再以频谱分析仪进行测量。

    根据所处理的阶段,在操作低PIM滤波器时有许多因素要考虑。首先,在设计和工程的阶段中,一定要减少粗糙度;金属之间的接触要尽可能地做到平滑,以避免电弧放电。为了确保可实现后一种特性,需要良好的镀银技术来降低表面电阻。此外,建议在讯号路径上采用尖锐的边缘和避免尖刺,如去角技术(Chamfering)将有助于实现此一目的。间隙不应太小,否则会产生电弧(一般不小于1毫米)。当然,由于铁磁材料是一种PIM的重要来源,因此严格要求进行镀银。

    第二,在装配阶段,元件在机械加工完成后要清理掉任何毛刺以避免划伤(即使部分划伤)元件的表面。焊接操作应尽可能地平顺、均匀(例如以均质的方式),不得使元件承受压力(弯曲)。理想的方法是使用凸缘型(Flange Type)连接器。

    最后,对于测试过程,首先应确保设置本身不会产生PIM,且输入功率值应该是正确的。连接器应该要清理干净,将其扭矩调节至约23∼24牛顿米(N.m.)。连接位置应当对中,调谐螺钉和盖子应经过镀银处理,并用防松螺帽(Lock Nut)上紧。

    插入损耗/抑制之间的权衡

    对于高功率滤波器模组和无线站点解决方案来说,空腔滤波器(Cavity Filter)是业界普遍接受的方式。对只有有限空间可以设计滤波器的空腔谐振器而言,其品质因数也有限,因此要满足所需的插入损耗,也是一种挑战。与接收器通道滤波器相比,插入损耗的要求对于发射器通道滤波器来说更加重要,这是因为插入损耗越高,越需要更大的功率放大器、更大的直流电源,还要使用无线电的散热器。

    抑制要求较高的情况也非常普遍。为了抑制住功率放大器处的多余带外功率,此一要求就显得很重要,否则将提高接收器通道的杂讯位准。利用交叉耦合,以及提高滤波器的阶数和谐振器的数量,就可以满足更高的抑制要求。

    解决这问题看似简单,然而滤波器的设计人员必须在满足各种不同要求之间做出取舍。降低制造成本的要求也会带来约束,例如各种不同的机械限制、尺寸,以及制造上的偏好。这会在设计过程中产生许多折衷妥协,要根据客户的优先顺序来做出选择。

    图5和图6中的例子是用来说明为TX频带在390MHz至395MHz下的双工器设计TX滤波器。具体的要求包括从380MHz到385MHz的RX频带下达到-85dB的抑制,以及使TX滤波器的插入损耗保持在1.7dB以下。此外还有机械上的限制,例如外部尺寸和连接器的位置等。

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    图5、以六极和-85dB抑制、2dB插入损耗所进行的滤波器设计

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    图6、以五极和-75dB抑制、1.5dB插入损耗所进行的滤波器设计

    为了改善插入损耗,使用品质因数高于2,000的谐振器设计并不可行,这是因为存在着机械尺寸上的限制,例如整体结构的高度,以及制造上的考虑和公差等。

    由于机械上的限制及埠的位置已经预先确定,所以难以利用更多交叉耦合来达成更多的抑制实施拓扑结构。因此,可使用更多的谐振器来满足对抑制的要求,并有较高的插入损耗,或者可以在RX频带下满足插入损耗的要求,同时减轻抑制。

    在这些范例中,对于滤波器的设计,应在两种选项之间做出选择,那就是有较佳的插入损耗及较少的抑制,还是较佳的抑制与较差的插入损耗。这种选择只能根据客户的优先顺序来进行。关于这一点,可以同时向客户提供两种设计,并说明其中的优缺点,让他们做出选择,这样便可以在出现一定冲突的情况下满足其中更重要的要求。

    作者:Massoud Ghassemi/ Taher Hadouej/ Rajib Chowdhury Molex

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影响频率响应的主要因素