行走式大量程高精度双向位移检测装置的设计与研究

发布时间：2017-10-08 03:11

  本文关键词：行走式大量程高精度双向位移检测装置的设计与研究

  更多相关文章： 大量程高精度 双向位移检测 仿真研究 实验研究 误差补偿

【摘要】：随着液压/气压系统在大型高精密设备上广泛的运用,大行程油缸/气缸输出轴位移的高精度检测变得越来越困难。在一些特殊场合,油缸/气缸行程要求越来越大,检测精度要求越来越高,运动状态越来越复杂,常规位移传感器由于主观、客观原因越来越难以满足检测要求。本文在分析国内外研究现状的基础上,对实现大行程位移传感器的高精度检测方法进行了研究,以超大三轴试验仪输出轴为对象,阐述采用常规位移传感器对其输出轴进行高精度位移检测所面临的难题,依据超大三轴试验的特点,设计出了能够对其输出轴进行高精度双向位移检测的装置,并从仿真、实验和误差补偿三个方面对该所设计的装置展开了研究,研究的主要内容有：分析与梳理近几年国内外位移传感器的研究现状,对常用的大行程位移传感器特点进行了归纳和总结,以超大三轴试验仪输出轴为对象,提出了可以对其进行高精度双向位移检测的方案,基于此方案完成了机械结构部分设计和电气测控部分设计(包括STM32微控处理器及外围检测电路等)。在检测装置硬件设计的基础上,提出了能够对双向输出轴高精度位移检测的控制方案,根据检测装置建立Simulink模型对控制方案进行了仿真研究,研究的内容主要包含同步控制性能和不同运动状况下的大行程位移检测性能。仿真结果表明所设计的控制方案能够完成双向输出轴的高精度位移检测。在上述仿真的基础上,本文对检测装置开展了实验研究,将检测装置应用在横梁的位移检测当中,通过控制横梁的运动状态,探究测量装置的检测精度。实验主要完成了静、动态同步跟踪检测实验、大量程单向位移检测实验、变向位移检测实验等。由实验数据分析可知,单向800mm量程最大测量误差达到0.075mm,静态同步测量、动态同步测量和变向位移测量中均表现出较高精度的检测性能。在检测装置实验研究中发现测试装置采用的圆柱直线导轨在整个大行程区间缺少辅助支撑,容易产生机械变形影响测量精度,对此,开展了机械结构变形与测量误差关系的实验探究,通过将实验数据高阶拟合构建出了不同测量值、不同测量位置和机械结构受力变形引起的测量误差三者之间的函数关系,在此基础上,绘制出了三维误差曲面,提出了机械结构变形补偿法,将该方法应用在实际的测量中,能够有效补偿不同检测位置、不同的检测量由机械结构变形引起的测量误差。
【关键词】：大量程高精度 双向位移检测 仿真研究 实验研究 误差补偿
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH822
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 国内外位移传感器的研究概况10-14
• 1.1.1 近年国内外位移传感器研究状况10-13
• 1.1.2 位移传感器的比较与分析13-14
• 1.2 课题研究的目的与意义14-15
• 1.3 课题主要研究内容15-16
• 2 检测装置的机械结构部分设计16-31
• 2.1 检测装置机械结构方案设计16-17
• 2.1.1 检测方案一16-17
• 2.1.2 检测方案二17
• 2.2 两套方案分析比较及最优方案的确定17-18
• 2.3 检测装置机械结构传动部分设计18-30
• 2.3.1 丝杠设计18-25
• 2.3.2 轴承选择25-28
• 2.3.3 驱动电机选型的探讨28-29
• 2.3.4 滑台防尘设计29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 检测装置的电气测控部分设计31-41
• 3.1 小量程传感器选型及静态标定实验31-32
• 3.2 基于STM32的下位机及其最小系统设计32-37
• 3.2.1 启动电路设计33-34
• 3.2.2 复位电路设计34
• 3.2.3 在线调试电路设计34
• 3.2.4 按键电路设计34-35
• 3.2.5 液晶显示模块设计35
• 3.2.6 指示灯电路设计35-36
• 3.2.7 串口下载电路、串口通讯电路和电源供电一体化设计36-37
• 3.2.8 晶振电路设计37
• 3.3 信号采集电压转换电路的设计37-38
• 3.4 基于LabVIEW的上位机设计38-40
• 3.4.1 LabVIEW简介38
• 3.4.2 串口通讯简介38-39
• 3.4.3 STM32单片机与PC串口通信方案的设计39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 检测装置的控制方案设计及仿真研究41-69
• 4.1 双向大量程位移检测控制方案的设计41-43
• 4.2 检测装置的同步控制方法研究43-48
• 4.2.1 检测装置同步控制方案设计43-44
• 4.2.2 模拟PID简介44-45
• 4.2.3 数字PID简介45-46
• 4.2.4 模糊PID原理46-48
• 4.3 基于MATLAB-Simulink的检测装置同步控制方法仿真研究48-61
• 4.3.1 MATLAB-Simulink简介48
• 4.3.2 模糊PID控制器设计48-51
• 4.3.3 步进电机Simulink模型的建立51-53
• 4.3.4 步进电机驱动器Simulink模型的建立53-54
• 4.3.5 步进电机控制器Simulink模型的建立54-55
• 4.3.6 开环式步进电机控制系统Simulink模型的建立55-56
• 4.3.7 基于Simulink的模糊PID和常规PID性能比较56-59
• 4.3.8 基于Simulink的双电机的同步控制方案仿真研究59-61
• 4.4 基于MATLAB-Simulink的检测装置控制方案仿真研究61-68
• 4.4.1 单向位移检测仿真研究62-67
• 4.4.2 变向位移检测仿真研究67
• 4.4.3 仿真结果分析67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 大行程双向位移检测装置的实验研究69-81
• 5.1 同步跟踪检测实验研究69-72
• 5.1.1 静态同步检测实验研究69-71
• 5.1.2 动态同步跟踪检测实验研究71-72
• 5.2 单向大量程位移检测的实验研究72-74
• 5.3 变向位移检测的实验研究74-80
• 5.4 本章小结80-81
• 6 机械结构变形引起的测量误差实验研究81-94
• 6.1 机械结构变形引起的测量误差分析81
• 6.2 传感器复位弹簧弹性系数的静态标定实验81-83
• 6.3 机械结构变形引起测量误差的实验研究83-89
• 6.4 机械结构变形补偿法的测试工作89-93
• 6.5 本章小结93-94
• 结论94-96
• 参考文献96-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭泽;毛忠浩;赵雅彬;张根;;一种电容式直线位移传感器设计与研究[J];中国仪器仪表;2014年09期

2 杨睿;程雪;;电磁耦合式位移传感器的直接数字解调电路设计[J];现代电子技术;2014年15期

3 李海全;姚华富;林炳柱;;基于ZigBee协议的磁致伸缩位移传感器的设计[J];技术与市场;2014年07期

4 张雪鹏;蔺春波;吴宏圣;;基于JC09光栅尺位移传感器的光栅副间隙分析[J];制造技术与机床;2014年07期

5 刘玉燕;;光纤传感器位移和转速测量研究[J];大学物理实验;2014年03期

6 楼应侯;朱文斌;王贤成;胡宁波;王友林;;一种新型双金属片形变测试系统设计[J];传感器与微系统;2014年06期

7 刘吕亮;石照耀;张敏;汤洁;;电感位移传感器结构特性研究[J];机电工程;2014年06期

8 勾虹焱;;基于单片机的电涡流式微位移传感器测量系统的研究[J];电子世界;2014年10期

9 韦春玲;黄承义;冯杰;;反射式光纤位移传感器的研究[J];国网技术学院学报;2014年02期

10 张东升;张赛威;姚渊;;一种对称式激光位移传感器[J];汽车实用技术;2014年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 郑普超;张兵;张超;包艳;李秉实;;变栅距光栅线位移传感器优化[A];全面建成小康社会与中国航空发展——2013首届中国航空科学技术大会论文集[C];2013年

，

本文编号：991636