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绝对式光电码盘译码电路设计及模拟电路故障诊断研究

作　者: 吕恒毅
导　师: 陈兴林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 光电编码器 空间适应性 模拟电路故障诊断
分类号: TN764
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着航空航天科技的发展,特别是空间卫星光通信和天基激光武器等空间应用技术中对目标的快速、精确地瞄准和跟踪的需要,人们对光电轴角编码器及其译码系统提出了越来越高的要求。目前的译码电路普遍采用电子学细分技术来提高光电轴角编码器的分辨率和精度,但是对于环境的影响,电路本身不具有自适应性,因此,在不同环境条件下引入的细分误差对译码电路以及控制系统整体精度影响很大。同时,由于传统的译码电路结构的局限,存在着通用性差、使用寿命短和故障率高等严重缺陷。本文介绍了目前国内最先进的绝对式光电轴角编码器的编码和译码原理,并实现了以电子学细分技术为基础的译码电路的硬件和软件设计。通过理论和试验分析了光电信号参数变化对电子学细分的影响,证明了增强译码电路自适应性能力对提高编码器测角精度的必要性。基于此,提出了粗码自适应比较电平和精码自适应增益电路两种光电流信号硬件处理模式,并设计加入了精码中值跟踪算法,同时设计了一种基于锁相环自适应采样频率技术的细分信号相位偏差测量和补偿方法,成功地消除了空间环境影响下的信号幅值和正交性带来的细分误差。最后提出并实现了一种新的高可靠性数字译码方案,具有通用性强、使用寿命长和故障率低等明显优势。为解决传统译码电路故障率较高且人工诊断难度较大的问题,本文设计了一种基于小波特征提取和神经网络故障分类的离线故障诊断方法,很好地降低了故障调试难度,同时测试数据表明该故障诊断方法具有很好的准确性和泛化能力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 前言  9-10
  1.2 课题背景及研究的目的与意义  10-11
  1.3 国内外发展现状  11-13
  1.4 论文的主要内容  13-14
第2章 绝对式光电编码器编码和译码原理  14-24
  2.1 绝对式光电编码器编码原理  14-17
    2.1.1 绝对式光电编码器编码方式  14-15
    2.1.2 矩阵式编码原理  15-16
    2.1.3 精码中精码信号获取原理  16-17
  2.2 绝对式光电编码器译码原理  17-23
    2.2.1 矩阵码译码原理  17-19
    2.2.2 精码中精码软件细分原理  19-22
    2.2.3 校正原理  22
    2.2.4 对径读数  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章 绝对式光电编码器译码系统设计与实现  24-32
  3.1 绝对式光电编码器译码系统硬件实现  24-29
    3.1.1 绝对式光电编码器粗码处理原理  24-26
    3.1.2 绝对式光电编码器精码中精码处理原理  26-28
    3.1.3 译码系统处理器及其外扩设备实现  28-29
  3.2 绝对式光电编码器译码系统软件实现  29-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章 编码器译码系统空间适应性设计与改进  32-51
  4.1 粗码自适应比较电平电路设计  32-35
  4.2 精码自适应增益电路设计  35-40
    4.2.1 精码自适应增益放大电路  35-38
    4.2.2 信息采样与处理  38-40
  4.3 精码中精码中值跟踪算法  40-42
  4.4 细分信号相位差补偿方法研究  42-47
    4.4.1 相位差补偿的基本原理  43-44
    4.4.2 自适应采样频率方法  44-46
    4.4.3 相位补偿对等幅性影响分析  46-47
  4.5 一种新的绝对式光电编码器译码电路设计  47-50
    4.5.1 绝对式光电编码器译码电路改进思路  47-48
    4.5.2 译码电路的工作模式  48-49
    4.5.3 新译码电路与传统译码电路比较  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 模拟电路故障诊断  51-72
  5.1 人工神经网络  51-58
    5.1.1 典型的神经网络模型  52-53
    5.1.2 BP网络  53
    5.1.3 BP算法  53-58
  5.2 小波分析  58-60
  5.3 传统的故障诊断方法  60-61
    5.3.1 测前仿真法  60
    5.3.2 测后仿真法  60-61
  5.4 神经网络故障诊断方法  61-63
    5.4.1 神经网络在故障诊断中的应用  61-62
    5.4.2 BP网络实现故障诊断的基本思路  62-63
  5.5 基于小波分析的故障特征提取  63-64
  5.6 故障诊断实例  64-71
    5.6.1 实际电路模型  64
    5.6.2 建立故障状态集  64-66
    5.6.3 小波特征提取  66-67
    5.6.4 BP网络训练  67-69
    5.6.5 BP网络测试  69-71
  5.7 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-76
附录1  76-78
附录2  78-80
附录3  80-82
攻读学位期间发表的学术论文  82-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 调制技术与调制器、解调技术与解调器 > 解码器
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