数字共焦显微技术压电物镜控制器设计

发布时间：2017-08-01 13:15

  本文关键词：数字共焦显微技术压电物镜控制器设计

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【摘要】：针对数字共焦显微技术序列光学切片显微图像采集对显微镜微位移控制的要求,本文采用压电物镜驱动器驱动显微镜物镜进行纳米级等间隔微位移,并根据实际需求研究设计控制器用于压电物镜驱动器的驱动控制。该压电物镜控制器包含驱动电源和控制算法两部分,最终控制实现物镜的连续纳米级等间隔步进。本文根据压电陶瓷的特性及实际控制需求,通过计算及实验测试,提出了压电物镜控制器的设计指标。对本课题组研制的驱动电源所存在问题进行了实验分析,并结合国内外研究现状及设计指标,提出了一种新的基于LTC6090的低成本压电物镜驱动器驱动电源。该驱动电源以误差放大式驱动电源作为主要设计形式,采用小功率运放LTC6090和三极管构成误差放大电路替代常用高压功率运放,并结合桥式电路提高输出电压和电流。对实际制作的驱动电源电路进行性能测试,结果表明该驱动电源能够实现浮地单极性150V电压输出,线性度达0.014%,峰值电流达±100mA,带负载静态纹波小于15mV,具有良好的方波响应,达到了压电陶瓷驱动电源主流产品的性能指标,并有效降低了成本,满足压电物镜驱动器控制需求。本文对课组题研究的控制算法在实际应用中存在的问题进行了分析。对近年来使用较广泛的基于前馈补偿与闭环控制结合的复合控制算法进行了研究与应用,从实验结果比较中得出一个结论：逆模型前馈补偿算法的建模较难达到纳米等级,使得逆模型前馈补偿算法及其复合控制算法不能满足纳米级步进控制要求。最后选择了PID闭环算法作为压电物镜控制器的控制算法。按照设计指标进行测试实验,结果表明本文设计的压电物镜控制器基本达到设计指标,能够实现小于10nm的静态控制误差及50nm等间隔步进控制,为今后序列光学切片显微图像采集应用奠定了基础。文章最后详细阐述了设计过程中遇到的未解决问题,在对问题进行分析后提出了后续工作展望。
【关键词】：数字共焦显微技术 压电物镜控制器 误差放大 桥式电路逆模型 PID
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-21
• 1.2.1 压电陶瓷驱动电源类型12-16
• 1.2.2 压电陶瓷控制方法16-20
• 1.2.3 国内外压电陶瓷控制器产品分析20-21
• 1.3 论文研究的主要目的与内容21
• 1.4 论文安排21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 压电物镜驱动器基本理论介绍23-31
• 2.1 压电陶瓷的工作原理23-24
• 2.1.1 正压电效应23
• 2.1.2 逆压电效应23-24
• 2.1.3 电致伸缩效应24
• 2.2 压电陶瓷的特性24-29
• 2.2.1 迟滞特性24-26
• 2.2.2 蠕变特性26-27
• 2.2.3 响应特性27
• 2.2.4 电容特性27-29
• 2.3 压电物镜驱动器介绍29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 压电物镜控制器的驱动电源设计31-54
• 3.1 控制器设计指标提出31-33
• 3.2 课题组研制的驱动电源问题分析33-38
• 3.2.1 高压数控电位器分析测试34-35
• 3.2.2 功率放大电路分析测试35-36
• 3.2.3 放电回路分析测试36-38
• 3.3 压电物镜控制器的驱动电源设计38-45
• 3.3.1 压电物镜控制器的组成38
• 3.3.2 驱动电源类型选择38-39
• 3.3.3 放大电路设计39-42
• 3.3.4 高压直流源设计42-43
• 3.3.5 微控制器及DAC选择43-44
• 3.3.6 传感器信号调理模块介绍及ADC选择44-45
• 3.4 驱动电源性能测试45-53
• 3.4.1 电压输出线性度46-47
• 3.4.2 峰值电流47-49
• 3.4.3 方波响应49-50
• 3.4.4 静态纹波50-51
• 3.4.5 频率响应51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 压电物镜控制器的控制算法研究与应用54-71
• 4.1 课题组研究的控制算法问题分析54-55
• 4.2 压电物镜控制器控制算法研究55-68
• 4.2.1 逆Preisach前馈补偿控制算法55-61
• 4.2.2 PID闭环控制算法61-62
• 4.2.3 逆Preisach前馈补偿结合PID复合控制算法62
• 4.2.4 三种控制算法实验比较分析62-68
• 4.3 本文控制器实验测试68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-75
• 5.1 研究工作总结71-72
• 5.2 存在问题及后续工作展望72-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表论文情况80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：604411