激光追踪仪控制系统关键技术的研究

发布时间：2017-10-03 10:10

  本文关键词：激光追踪仪控制系统关键技术的研究

  更多相关文章： 激光跟踪测量系统 坐标测量机 数控机床 激光追踪仪 控制系统

【摘要】：目前,对于大型工件,采用传统的有导轨测量,测量装置中需要配备与被测工件尺寸相当长度的导轨,大长度导轨在实践中的困难较大,甚至是无法完全实现的。因此,研究其它无需导轨导向的激光干涉测长的方法和实用技术,就显得尤为重要。应用传统的激光干涉仪,实现激光跟踪测量系统就成为一项具有现实意义的工作。激光跟踪仪和激光追踪仪是基于激光跟踪测量系统下的两种测量工具。激光跟踪仪属于被动跟踪,是被动地跟踪目标靶镜进行测量。而激光追踪仪属于主动追踪,测量过程中要事先对目标靶镜进行路径规划,实现激光追踪仪对目标靶镜的主动追踪。本课题的目的就是在传统商业激光跟踪仪的基础上,设计一台专用于校准坐标测量机与数控机床的激光追踪仪。本课题为我国激光跟踪测量系统的自主研制和创新研制提供了技术储备。论文主要围绕激光追踪仪的跟踪控制系统进行研究,具体内容如下:(1)分别设计了基于STC15F2K60S2单片机和基于MPC08SP运动控制卡的两种激光跟踪控制系统。(2)进行了单板硬件电路的设计,包括四象限光电二极管光信号的I/V转换和信号处理电路、信号的AD采集电路与电机控制电路。(3)基于四象限光电二极管的工作原理,通过极坐标公式和坐标变换公式推导了四象限光电二极管在对角线算法中输出信号与激光光斑偏移量之间准确的数学模型,为后续的控制算法提供了参考信号。并完成了数学模型的验证实验。(4)设计了稳定可靠的数字式PID控制器,完成了跟踪控制系统的电机选型,传递函数的推导,通过MATLAB中的Simulink软件对电机控制参数进行仿真,调整并改良参数。
【关键词】：激光跟踪测量系统 坐标测量机 数控机床 激光追踪仪 控制系统
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 激光跟踪测量系统的国内外发展现状9-16
• 1.2.1 激光跟踪测量系统的分类9-13
• 1.2.2 几款主要的激光跟踪测量系统产品13-15
• 1.2.3 激光跟踪测量系统在我国的研究现状15-16
• 1.3 跟踪控制系统的国内外发展现状16-18
• 1.4 课题来源及主要研究内容18-20
• 第2章 激光追踪仪的原理与总体设计20-30
• 2.1 激光追踪仪的原理20-22
• 2.2 激光追踪仪的总体设计22-27
• 2.2.1 激光干涉测距部分22-23
• 2.2.2 数据采集部分23-24
• 2.2.3 跟踪伺服部分24-27
• 2.3 跟踪控制系统的实现方案27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 跟踪控制系统的数学建模30-50
• 3.1 激光光斑偏移量的数学模型与求解30-38
• 3.1.1 四象限光电二极管的工作原理30-33
• 3.1.2 四象限光电二极管的工作参数33-34
• 3.1.3 激光光斑偏移量的数学模型与求解34-38
• 3.2 控制电机的数学模型38-44
• 3.2.1 控制电机的选型39-40
• 3.2.2 控制电机的数学模型40-44
• 3.3 控制系统的传递函数44-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 跟踪控制系统的硬件设计50-60
• 4.1 信号转换放大模块的硬件设计50-51
• 4.2 基于单片机控制系统的硬件设计51-54
• 4.2.1 A/D转换模块51-52
• 4.2.2 单片机控制模块52-54
• 4.3 基于运动控制卡控制系统的硬件设计54-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 跟踪控制系统的软件设计60-68
• 5.1 单片机STC15F2K60S2的控制程序60-63
• 5.1.1 AD976A采集模块61-63
• 5.1.2 数字滤波模块63
• 5.1.3 光斑偏移量计算模块63
• 5.2 CPLD时序控制程序63-65
• 5.3 数字式PID控制器65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 实验分析68-76
• 6.1 Proteus对电路原理图的仿真68-71
• 6.1.1 光电检测电路的仿真68-70
• 6.1.2 单片机读AD976A数据仿真70-71
• 6.2 CPLD控制时序仿真71
• 6.3 激光光斑偏移量测量实验71-74
• 6.4 PID控制器的仿真与参数整定74-75
• 6.5 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间所发表的学术成果82-84
• 致谢84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张炜,黄光尚,吴玉国;机电跟踪控制系统参数研究[J];华东冶金学院学报;2000年04期

2 吴仲治,李开生,王巍,宗光华;灵巧擦窗机器人速度跟踪控制系统[J];制造业自动化;2001年04期

3 左云波;徐小力;白廷柱;乔道鄂;;全天候太阳方位跟踪控制系统的设计[J];可再生能源;2011年01期

4 李永强;;棒材机组物料跟踪控制系统的研制与开发[J];中国设备工程;2009年10期

5 金月新;邓玮;关焕新;赵琰;;太阳方位双模式全天候跟踪控制系统的研究[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2013年04期

6 宋宜斌;一种基于神经元控制的位置跟踪控制系统[J];烟台大学学报(自然科学与工程版);1998年02期

7 丁婷婷;祝雪妹;;太阳能光伏发电中跟踪控制系统的研究与设计[J];机械制造与自动化;2012年06期

8 姬宣德;蒋建虎;;基于DSP的用插补法实现运动轨迹跟踪控制系统[J];电机技术;2009年04期

9 马佳光;尹义林;;778光电经纬仪跟踪控制系统[J];光学工程;1986年01期

10 张丽萍;马立新;范忠;曾诚;;太阳能跟踪控制系统的设计[J];低压电器;2012年20期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 谭跃钢;朱新忠;;基于轨迹误差评价的跟踪控制系统[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董必文;槽式太阳能光热发电跟踪控制系统设计[D];中北大学;2016年

2 谭志;激光追踪仪控制系统关键技术的研究[D];北京工业大学;2016年

3 方建钢;太阳能跟踪控制系统的研究与设计[D];武汉理工大学;2011年

4 王虎成;双轴独立自动太阳跟踪控制系统的设计[D];大连理工大学;2011年

5 刘能锋;多轴协调跟踪控制系统的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 陈新华;球坐标法激光跟踪控制系统的研究[D];天津大学;2010年

7 林中华;基于嵌入式的光伏发电最大功率点跟踪控制系统的研究[D];广西师范大学;2012年

8 贾春迎;基于多智能体热连轧跟踪控制系统研究与设计[D];东北大学;2010年

9 王文建;基于机器视觉的弧焊跟踪控制系统研究[D];天津大学;2008年

10 隋文博;基于观测器的空间扫描镜最优跟踪控制系统设计[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

，

本文编号：964592