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激光光束偏转设备的机电控制系统设计
作 者: 吴楠
导 师: 吴丽莹
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 激光束偏转 音圈电机 PID
分类号: TM301.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 82次
引 用: 1次
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内容摘要
在光学捕获、跟踪和瞄准中,对激光束控制一般分为粗跟瞄和精跟瞄两套光机电系统。粗跟瞄系统的光束偏转范围大而响应速度慢;精跟瞄系统的光束控偏转范围小而响应速度快。在粗跟瞄系统中,微透镜阵列技术作为一种响应速度快,偏转范围较大的技术日益受到人们的关注。而音圈电机(VCA)作为一种执行器,在理论上具有无限分辨率、无滞后、高响应、高加速度/高速度、体积小、力特性好、控制方便等优点,其应用日益广泛。本文提出了一种利用音圈电机驱动微透镜阵列,实现激光束方向控制的新方法。该方法采用TI公司TMS320F2812数字信号处理器作为控制器,通过离散化的PID控制律,将位移传感器反馈回的位移信号和上位机传送的参考信号进行处理,得到的电压信号转化成脉宽调制(PWM)脉冲并输入到自主研制的脉宽调制直流电压电路驱动音圈电机,音圈电机作为执行器带动微透镜阵列作直线运动,并用USB端口作为整个控制系统与上位机的通讯接口。本文在建立音圈电机传递函数的基础上,设计了控制系统,并通过大量仿真实验进行了PID参数的整定;最后,建立了实验平台,并利用该平台进行了实验验证,对控制电路的线性度,稳定性以及分辨力进行了实际测试,并对整体定位控制系统的控制效果做了大量的实际检验,其结果系统分辨力为10μm,符合系统设计指标。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-13 1.1 课题背景 9-10 1.2 国内外研究现状 10-12 1.3 课题研究内容和意义 12-13 第2章 控制系统传递函数 13-28 2.1 音圈电机传递函数 13-20 2.1.1 音圈电机简介 13-15 2.1.2 传递函数 15-20 2.2 音圈电机位置控制 20-25 2.2.1 PID控制器 21-22 2.2.2 位置控制模型 22-23 2.2.3 PID参数整定与设计效果 23-25 2.3 机械系统传递函数 25-26 2.4 控制系统总框图 26-27 2.5 本章小结 27-28 第3章 控制系统的硬件设计 28-45 3.1 系统设计指标 28-32 3.1.1 微透镜阵列简介 28-31 3.1.2 控制系统设计指标 31-32 3.2 控制系统硬件结构综述 32-33 3.3 USB传输设计 33-36 3.3.1 EZUSB FX2 从属FIFO模式 33-35 3.3.2 CY7C68013 接口设计 35-36 3.4 控制器设计 36-40 3.4.1 TMS320F2812 应用模块 36-37 3.4.2 XINTF以及DSP与RAM的接口 37-39 3.4.3 事件管理器与PWM脉冲的产生 39-40 3.5 音圈电机驱动器设计 40-43 3.5.1 LMD18200 芯片功能 40-42 3.5.2 LMD18200 与DSP的接口 42-43 3.6 音圈电机选型 43-44 3.7 本章小结 44-45 第4章 控制系统软件设计 45-53 4.1 上位机软件设计 45-48 4.1.1 软件流程 45-46 4.1.2 USB驱动接口 46-47 4.1.3 软件界面 47-48 4.2 DSP软件及PID离散化 48-51 4.2.1 PID控制律离散化 48-50 4.2.2 软件流程 50-51 4.3 EZUSB FX2 固件设计 51-52 4.4 本章小结 52-53 第5章 实验测试 53-61 5.1 实验平台建立 53-55 5.1.1 实验平台总体设计 53-54 5.1.2 位移传感器的连接 54-55 5.2 静态实验 55-58 5.2.1 电源的稳定性 55-56 5.2.2 驱动电路的稳定性 56-57 5.2.3 驱动电路输出线形度 57-58 5.2.4 驱动电路输出分辨力 58 5.3 动态实验 58-60 5.3.1 系统分辨力 58-59 5.3.2 阶跃响应 59-60 5.4 本章小结 60-61 结论 61-62 参考文献 62-65 附录1 65-66 附录2 66-67 附录3 67-68 附录4 68-69 附录5 69-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 一般性问题 > 电机原理 > 电机的控制
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