一种六自由度微位移测量系统的研究

发布时间：2017-09-24 13:00

  本文关键词：一种六自由度微位移测量系统的研究

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【摘要】：针对当今制造业多自由度位移测量的方法测量自由度少,安装调试困难等特点,提出利用永磁体产生的空间磁场信息进行多自由度位移解算的方法。在建立了永磁体磁场分布模型的基础上利用有限元仿真数据绘出磁场分布图比较磁场分布特点;之后利用顺序求解方法实现了六自由度的位移解算并仿真验证该解算算法的正确性与可行性;最后在现有的多自由度运动平台的基础上搭建了一套六自由度位移测量系统基本实现空间六自由度的位移测量功能。本论文所建立的测量系统可实现空间六自由度精密测量,具有结构尺寸小、成本低的优点。具体工作如下:首先选择合适的磁场源,圆柱永磁体和矩形永磁体因其结构对称性,用以在空间中产生有利于位移解算的磁场分布。在此基础上利用电磁学基本原理建立两种永磁体的磁场模型即磁感应强度与空间位置坐标的关系。运用有限元仿真软件对磁场模型进行仿真,分析磁场分布的特点,验证理论模型的正确性。在建立磁场模型结构的基础上,提出一种传感器的安装拓扑并以此推导传感器检测量模型。对比圆柱形永磁体和矩形永磁体的检测量模型后选择易于实现多自由度位移解算的模型。在此基础上,利用顺序求解方法,基于运动连续性实现由上一采样时刻的位移高精度求解当前时刻的位移,完成了空间六自由度的位移解算并在理想和有噪声的条件下对解算算法进行了仿真,验证了该位移解算方法的有效性。最后在仿真的基础上设计了测量系统实现方案,在现有的六自由度运动平台上完成了磁场检测电路的设计和调试、上位机位移解算软件的编程与调试等工作。最终完成了六自由度的位移测量实验,并对实验结果进行初步分析。
【关键词】：磁场建模 传感器拓扑 多自由度位移测量 高精度位移测量
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH822
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 位移测量传感器的分类11-17
• 1.3 国内外多自由度位移测量技术发展17-21
• 1.4 研究问题提出和论文研究内容21-23
• 第二章 永磁体选型与建模23-40
• 2.1 永磁体材料的选择23-24
• 2.2 磁场建模的原理及方法24-26
• 2.2.1 磁感应强度与毕奥-萨伐尔定律25-26
• 2.2.2 矢量磁位26
• 2.3 圆柱永磁体磁场建模及仿真验证26-32
• 2.3.1 圆柱永磁体磁场建模26-29
• 2.3.2 圆柱永磁体磁场模型的仿真验证29-32
• 2.4 矩形永磁体磁场建模及仿真验证32-39
• 2.4.1 矩形永磁体磁场建模32-36
• 2.4.2 矩形永磁体磁场模型的仿真验证36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 传感器检测信号建模与位移解算40-56
• 3.1 传感器检测信号建模40-42
• 3.2 位移解算算法的选择42-43
• 3.3 基于顺序求解方法的六自由度微位移解算43-55
• 3.3.1 顺序求解方法的基本原理43-45
• 3.3.2 基于圆柱永磁体磁场的六自由度微位移解算局限性45-47
• 3.3.3 基于矩形永磁体磁场的六自由度微位移解算47-50
• 3.3.4 基于矩形永磁体磁场的六自由度微位移解算仿真50-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 六自由度微位移测量实验验证56-66
• 4.1 六自由度微位移测量系统的实现56-62
• 4.1.1 六自由度位移测量平台介绍56-58
• 4.1.2 霍尔传感器电路设计58-60
• 4.1.3 霍尔传感器标定60-61
• 4.1.4 上位机解算软件设计61-62
• 4.2 六自由度微位移测量实验结果及分析62-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 论文的主要结论66-67
• 5.2 后续研究展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73

【参考文献】

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本文编号：911521