基于DSP的微纳米三坐标测量机三轴运动控制系统
发布时间：2021-04-28 15:28
当今超精密加工技术的迅猛发展促成微纳米三坐标测量机的诞生,其中高精度定位控制是其实现微纳米测量的基础。本文开发了一套基于微处理器DSP的运动控制系统,该控制系统主要包含三个模块:以太网通信模块、位移测量模块和运动控制模块,其中,以太网通信模块实现DSP与上位机数据交换;位移测量模块对位移传感器输出的正交弦波信号进行计数和细分,从而实现位移测量;运动控制模块可完成机台的高精度定位控制。本文主要完成以下工作:（1）为实现上下位机的数据交换,本研究采用专用的网络控制芯片RTL8019AS扩展DSP控制系统的以太网通信功能,编写以太网通信软件,最终实现了PC与DSP之间的高速数据通信。（2）采用硬件计数和软件细分相结合的技术,对位移传感器输出的正交弦波信号进行处理,以得到机台实时位移。其中,硬件计数部分采用专门的计数芯片对大于四分之一周期的信号进行大数计数,得到大数位移;软件细分对小于四分之一周期的信号进行相位细分得到小数位移,最后将两者相加即得总位移量。（3）完成运动控制模块硬件电路的设计;采用具有自适应特性的BP神经网络PID控制算法,搭配驱动电机提供的AC、GATE和DC三种模式完成高精...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 微纳米三坐标测量机研究现状
1.3 大行程微纳米定位控制系统研究现状与发展
1.4 嵌入式系统的网络化
1.5 课题研究内容
第二章 高精度位移传感器信号处理电路
2.1 偏振迈克尔逊激光干涉仪(PMI)
2.2 线性衍射光栅干涉仪(LDGI)
2.3 微型纳米位移传感器信号处理电路设计
2.3.1 微型纳米位移传感器信号处理电路设计
2.3.2 差分放大电路
2.3.3 正交处理电路
2.4 本章小结
第三章 系统硬件设计
3.1 测控系统架构
3.2 以太网硬件接口模块设计
3.2.1 以太网接口概述
3.2.2 RTL8019AS简介
3.2.3 DSP与RTL8019AS接口电路
3.2.4 RTL8019AS与网络介质的接口电路
3.3 位移测量模块硬件基础
3.3.1 ADC模块设计
3.3.2 硬件大数计数模块设计
3.4 运动控制硬件基础
3.4.1 超声波电机HR4简介
3.4.2 HR4驱动器AB2简介
3.4.3 电平转换电路设计
3.5 其它外围电路设计
3.5.1 键盘接口电路
3.5.2 HR4电机工作状态指示
3.6 硬件抗干扰设计
3.7 本章小结
第四章 系统软件设计
4.1 系统软件整体流程
4.2 以太网通信软件设计
4.2.1 精简TCP/IP协议简介
4.2.2 RTL8019AS驱动程序简介
4.2.3 数据包协议格式
4.2.4 以太网数据通信整体流程
4.2.5 三轴通信的实现
4.2.6 上位机软件
4.3 位移测量模块软件设计
4.4 机台运动控制软件设计
4.4.1 基于BP神经网络的PID控制算法简介
4.4.2 运动控制软件流程
4.4.3 软件调试方法及最优参数
4.5 本章小结
第五章 系统测试
5.1 以太网通信测试
5.1.1 下位机接收数据测试
5.1.2 下位机发送数据测试
5.2 定位控制实验
5.2.1 X轴定位实验
5.2.2 Y轴定位实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究工作展望
参考文献
附录
附录1 单轴DSP运动控制板原理图1
附录2 单轴DSP运动控制板原理图2
附录3 单轴DSP控制板实物图
附录4 三轴运动控制系统连接实物图
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
1)参加的学术交流与科研项目
2)发表的学术论文
3)获得的学术奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]集成运算放大器的特性及应用[J]. 郭晓玲,明平军. 信息技术. 2011(08)
[2]运动控制技术发展及趋势探讨[J]. 高邓波. 科技信息(科学教研). 2007(32)
[3]运动控制新技术[J]. 舒志兵. 电气时代. 2004(10)
[4]运动控制系统的发展与展望[J]. 王家军,齐冬莲. 电气时代. 2004(10)
[5]宏/微驱动定位系统滑模变结构控制的研究[J]. 孙绍云,曲东升,孙立宁,王力,蔡鹤皋. 机器人. 2004(01)
[6]嵌入式TCP/IP协议栈的研究与开发[J]. 李明,康静秋,贾智平. 计算机工程与应用. 2002(16)
[7]具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J]. 林德教,吴健,殷纯永. 光学技术. 2001(06)
[8]0.1μm大行程精密定位控制系统的研究[J]. 米凤文,戴旭涵,沈亦兵,杨国光. 仪器仪表学报. 2000(01)
[9]双维精密定位工件台数控系统的研究[J]. 李树秋. 光学精密工程. 1994(04)
[10]大行程高精度宏/微双重驱动机器人系统的研究[J]. 孙立宁,孙绍云,曲东升,王力,蔡鹤皋. 高技术通讯. 2004 (04)
博士论文
[1]超声电机驱动的大行程、高精度二维运动平台关键技术的研究[D]. 王金鹏.南京航空航天大学 2013
[2]纳米三坐标测量机测控系统关键技术研究[D]. 程方.合肥工业大学 2010
[3]纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D]. 王伟丽.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]纳米三坐标测量机软件开发及其应用[D]. 张晴.合肥工业大学 2014
[2]微型纳米位移传感器干涉信号处理技术与系统研究[D]. 吴祥龙.合肥工业大学 2014
[3]基于DSP的嵌入式系统以太网接口的设计与实现[D]. 刘华荣.南京理工大学 2014
[4]串口-以太网关转换器设计及其在通信供电监控系统中的应用[D]. 贾佩衡.吉林大学 2011
[5]全压电驱动纳米级宏/微定位系统的研究[D]. 翟士伟.哈尔滨工业大学 2008
[6]基于DSP的运动控制卡的研究和开发[D]. 廖永进.广东工业大学 2006
[7]高精度线性衍射光栅干涉仪系统的研制[D]. 刘玉圣.合肥工业大学 2006
[8]嵌入式TCP/IP协议栈研究与实现[D]. 胡海.西南交通大学 2005
[9]基于DSP的以太网技术及其实现[D]. 卢虎.西北工业大学 2004
[10]基于运动控制卡的全闭环控制系统研究[D]. 孔慧勇.四川大学 2003
本文编号：3165723
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 微纳米三坐标测量机研究现状
1.3 大行程微纳米定位控制系统研究现状与发展
1.4 嵌入式系统的网络化
1.5 课题研究内容
第二章 高精度位移传感器信号处理电路
2.1 偏振迈克尔逊激光干涉仪(PMI)
2.2 线性衍射光栅干涉仪(LDGI)
2.3 微型纳米位移传感器信号处理电路设计
2.3.1 微型纳米位移传感器信号处理电路设计
2.3.2 差分放大电路
2.3.3 正交处理电路
2.4 本章小结
第三章 系统硬件设计
3.1 测控系统架构
3.2 以太网硬件接口模块设计
3.2.1 以太网接口概述
3.2.2 RTL8019AS简介
3.2.3 DSP与RTL8019AS接口电路
3.2.4 RTL8019AS与网络介质的接口电路
3.3 位移测量模块硬件基础
3.3.1 ADC模块设计
3.3.2 硬件大数计数模块设计
3.4 运动控制硬件基础
3.4.1 超声波电机HR4简介
3.4.2 HR4驱动器AB2简介
3.4.3 电平转换电路设计
3.5 其它外围电路设计
3.5.1 键盘接口电路
3.5.2 HR4电机工作状态指示
3.6 硬件抗干扰设计
3.7 本章小结
第四章 系统软件设计
4.1 系统软件整体流程
4.2 以太网通信软件设计
4.2.1 精简TCP/IP协议简介
4.2.2 RTL8019AS驱动程序简介
4.2.3 数据包协议格式
4.2.4 以太网数据通信整体流程
4.2.5 三轴通信的实现
4.2.6 上位机软件
4.3 位移测量模块软件设计
4.4 机台运动控制软件设计
4.4.1 基于BP神经网络的PID控制算法简介
4.4.2 运动控制软件流程
4.4.3 软件调试方法及最优参数
4.5 本章小结
第五章 系统测试
5.1 以太网通信测试
5.1.1 下位机接收数据测试
5.1.2 下位机发送数据测试
5.2 定位控制实验
5.2.1 X轴定位实验
5.2.2 Y轴定位实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究工作展望
参考文献
附录
附录1 单轴DSP运动控制板原理图1
附录2 单轴DSP运动控制板原理图2
附录3 单轴DSP控制板实物图
附录4 三轴运动控制系统连接实物图
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
1)参加的学术交流与科研项目
2)发表的学术论文
3)获得的学术奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]集成运算放大器的特性及应用[J]. 郭晓玲,明平军. 信息技术. 2011(08)
[2]运动控制技术发展及趋势探讨[J]. 高邓波. 科技信息(科学教研). 2007(32)
[3]运动控制新技术[J]. 舒志兵. 电气时代. 2004(10)
[4]运动控制系统的发展与展望[J]. 王家军,齐冬莲. 电气时代. 2004(10)
[5]宏/微驱动定位系统滑模变结构控制的研究[J]. 孙绍云,曲东升,孙立宁,王力,蔡鹤皋. 机器人. 2004(01)
[6]嵌入式TCP/IP协议栈的研究与开发[J]. 李明,康静秋,贾智平. 计算机工程与应用. 2002(16)
[7]具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J]. 林德教,吴健,殷纯永. 光学技术. 2001(06)
[8]0.1μm大行程精密定位控制系统的研究[J]. 米凤文,戴旭涵,沈亦兵,杨国光. 仪器仪表学报. 2000(01)
[9]双维精密定位工件台数控系统的研究[J]. 李树秋. 光学精密工程. 1994(04)
[10]大行程高精度宏/微双重驱动机器人系统的研究[J]. 孙立宁,孙绍云,曲东升,王力,蔡鹤皋. 高技术通讯. 2004 (04)
博士论文
[1]超声电机驱动的大行程、高精度二维运动平台关键技术的研究[D]. 王金鹏.南京航空航天大学 2013
[2]纳米三坐标测量机测控系统关键技术研究[D]. 程方.合肥工业大学 2010
[3]纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D]. 王伟丽.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]纳米三坐标测量机软件开发及其应用[D]. 张晴.合肥工业大学 2014
[2]微型纳米位移传感器干涉信号处理技术与系统研究[D]. 吴祥龙.合肥工业大学 2014
[3]基于DSP的嵌入式系统以太网接口的设计与实现[D]. 刘华荣.南京理工大学 2014
[4]串口-以太网关转换器设计及其在通信供电监控系统中的应用[D]. 贾佩衡.吉林大学 2011
[5]全压电驱动纳米级宏/微定位系统的研究[D]. 翟士伟.哈尔滨工业大学 2008
[6]基于DSP的运动控制卡的研究和开发[D]. 廖永进.广东工业大学 2006
[7]高精度线性衍射光栅干涉仪系统的研制[D]. 刘玉圣.合肥工业大学 2006
[8]嵌入式TCP/IP协议栈研究与实现[D]. 胡海.西南交通大学 2005
[9]基于DSP的以太网技术及其实现[D]. 卢虎.西北工业大学 2004
[10]基于运动控制卡的全闭环控制系统研究[D]. 孔慧勇.四川大学 2003
本文编号：3165723
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3165723.html
