基于绝对式时栅的FMT研究与设计

发布时间：2017-09-01 22:19

  本文关键词：基于绝对式时栅的FMT研究与设计

  更多相关文章： 传动误差 绝对式时栅位移传感器 实时检测 USB3.0 FPGA 频谱分析

【摘要】：时栅位移传感器是一项具有重要意义的原始性创新成果,经过科研工作者多年的不懈努力,获得了重大突破。与传统栅式传感器相比,时栅位移传感器是一种全新的位移传感器。与光栅相比,时栅代替了需要经过精密刻线才能实现高精度测量的工艺,使得制造成本大大降低,工艺也变得不那么复杂。在环境适应性方面比如抗干扰、油污、粉尘等比光栅更胜一筹。本文围绕着以绝对式时栅位移传感器为核心,将绝对式时栅位移传感器用于机械传动领域,为时栅代替光栅奠定基础。齿轮传动这种良好的传动方式由于其均匀平衡地传递运动和动力,已被广泛地应用到机械装置中。齿轮传动不仅可以确保传动比恒定、稳定性高、准确可靠地传递运动,同时其功率和速度范围很宽。他的优点可以体现在:结构比较紧凑、工作相当可靠、能达到较大传动比、效率高、寿命长等方面。在机械传动链中,振动、噪声主要是由齿轮传动误差引起,它涵盖了动态性能和强度性能等大量信息。对于机床的传动误差的动态测量,在要求较高质量的传动的场合,对他有着非常重要的意义。同时它也是检验齿轮传动链质量的一个重要指标和重要手段,也为进一步改善齿轮的设计和加工提供参考,这使得对传动误差检测手段和分析方法的研究具有重要的理论意义和应用价值。所以,如何更精确的检测出传动误差就成为衡量一台机床传动性能优劣的重要指标之一。本文研究内容有:分析了传动误差检测理论以及相应数学模型;分析了绝对式时栅位移传感器用于传动误差检测的理论模型并完成了算法推导;提出了时钟脉冲计数的原理和高频时钟插补细分的原理;成功实现了下位机信号处理电路的设计;通过使用USB3.0芯片的通讯协议,利用其stream in(串流输入)工作方式实现了FMT下位机与PC之间的通信;设计了前端原始信号处理电路;完成了检测系统下位机中信号预处理电路的设计,通过一块高性能FPGA做成的信号采集卡将原始信号进行处理,然后通过USB3.0通信模块发送至上位机进行处理,并将USB3.0模块与FPGA模块集成到一块PCB上;开发了一套数据处理平台,采用C#2013版本进行编程,将采集的数据进行实时处理,同时在C#中编写FFT函数进行频谱分析。顺利完成两次实验:设置一个传动比误差曲线、一个搭载在滚齿机上的多级传动比实验,并描绘出误差曲线,做FFT后进行频谱分析。
【关键词】：传动误差 绝对式时栅位移传感器 实时检测 USB3.0 FPGA 频谱分析
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG86;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 引言10-16
• 1.1 论文选题的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 误差的由来11-12
• 1.2.2 误差的分类12
• 1.2.3 传动误差的检测的来源12-14
• 1.3 本章小结14-16
• 2 典型位移传感器介绍16-32
• 2.1 传感器的简介16-17
• 2.2 几种典型使用的位移传感器介绍17-30
• 2.2.1 磁栅17-20
• 2.2.2 地震仪20-22
• 2.2.3 感应同步器22-23
• 2.2.4 光栅23-24
• 2.2.5 绝对式时栅位移传感器24-30
• 2.2.5.1 时栅位移传感器的测量思想24-26
• 2.2.5.2 时栅位移传感器的测量原理26-28
• 2.2.5.3 绝对式时栅位移传感器的测量原理28-30
• 2.3 本章小结30-32
• 3 FMT理论模型和测量原理32-40
• 3.1 FMT理论模型的建立32-35
• 3.1.1 机构的运动特性测试理论模型32-33
• 3.1.2 FMT测量理论分析33-35
• 3.2 FMT算法设计35-36
• 3.3 FMT测量原理36-39
• 3.3.1 传动误差测量37-38
• 3.3.2 单端转速误差测量38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 FMT下位机设计40-66
• 4.1 下位机概述40-41
• 4.2 FMT下位机程序设计41-56
• 4.2.1 FPGA的选型41-42
• 4.2.2 FPGA设计的软件平台42
• 4.2.3 FPGA的设计42-51
• 4.2.3.1 控制模块43-45
• 4.2.3.2 数据采集模块45-48
• 4.2.3.3 EZ-USB3.0 FX3逻辑模块48-51
• 4.2.4 USB3.0 设计51-54
• 4.2.4.1 USB固件设计52
• 4.2.4.2 GPIF Ⅱ开发52-53
• 4.2.4.3 DMA通道开发53
• 4.2.4.4 回调函数53-54
• 4.2.5 枚举测试54-55
• 4.2.6 数据接收测试55-56
• 4.3 FMT下位机硬件电路设计56-62
• 4.3.1 高速端信号处理电路设计56-58
• 4.3.2 低速端信号处理电路设计58-59
• 4.3.3 FPGA电路设计59-60
• 4.3.4 USB3.0 电路设计60
• 4.3.5 电源电路与接口电路60-62
• 4.4 FMT下位机PCB的制作注意事项62-65
• 4.4.1 PCB的布局62-63
• 4.4.2 PCB的布线63
• 4.4.3 PCB的去耦63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5 试验66-74
• 5.1 仿真试验设计66-70
• 5.1.1 仿真信号设计66-68
• 5.1.3 仿真结果分析68-70
• 5.2 试验验证70-74
• 6 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果80

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本文编号：774724