生物芯片扫描仪工作台控制系统的研究

发布时间：2020-05-01 20:38

【摘要】： 激光共聚焦生物芯片扫描仪是一种光、机、电一体化的高精密生物芯片检测仪器。随着生物芯片点样技术的不断进步,生物芯片上的点阵越来越密集,扫描分辨力的要求也越来越高,扫描工作台作为提高扫描分辨力的核心部件,其定位精度也逐渐提高。本文针对激光共聚焦生物芯片扫描仪的扫描工作台,对其交流伺服系统进行研究。 (1)根据扫描工作台所要达到的性能指标和运动方式确定工作台的机械结构,并对工作台各组件进行设计选型。 (2)对工作台的传动机构的转动惯量进行计算,对交流伺服电机选型。分析和比较了电机在工作模式下的速度曲线,即梯型、S型和指数型加、减速的速度曲线,对电机在S型加、减速工作模式下的加、速时间进行计算。 (3)在分析和比较了PID控制、积分分离型PID控制、二自由度PID控制、Smith预估控制、内模控制等控制策略,并考虑设计扫描工作台控制系统的复杂性和可实现性,采用全闭环的三环控制方案,即电流环的PI控制、速度环的内模控制、位置环PI控制的控制方案,建立各控制环的数学模型,并进行仿真。重点研究了速度环内模控制的特性和实现问题。 (4)对各环控制系统进行稳定性分析。 (5)对扫描工作台的误差进行分析。
【图文】：

图2.2扫描工作台总体方案示意图2.2.1参数指标根据仪器的整体设计要求，最后确定设计扫描工作台的主要性能指标如下:工作台行程:X轴100mm，Y轴50mm’工作台位置精度:X轴定位精度夕O林m;Y轴定位精度三20林m:工作台最大移动速度:X轴 0.sm/s;Y轴 1.sm/s;2.2.2工作台扫描轨迹的确定X月卜一一一一一一知卜▲|甲障日 lllll一华 华 lllllll lll门门___图2.3工作台运动轨迹由于扫描仪的工作目的就是对生物芯片进行平面逐点扫描，所以承载生物芯片的工作台就是做X、Y方向的平面直线运动。运动方式如图2.3所示。对生物

芯片的扫描包括X方向的往复扫描和Y方向的步进运动。正式扫描前将芯片移至零位，X方向扫描完一线，Y方向步进一步，然后保持Y方向位置不动，返回X方向零位，再次扫描一线，以次类推，扫完整张芯片，见图2.4运动流程图。图2.4扫描工作台X、丫方向运动执行流程图2.3扫描工作台的结构设计2.3.1工作台的机械结构由扫描工作台运动过程可知，X轴和Y轴是两个独立的运动。即X轴运动时，Y轴静止不动;一Y轴运动时，X轴静止不动。所以，扫描工作合可以看成是两个单轴工作台的叠加，不存在联动关系。根据扫描工作台的性能指标及运动方式，确定了工作台的组成元件，其机械结构布局见图2.5。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP334.2;TN405

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本文编号：2647035