基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计

设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。     

基于ARM和FPGA的三维精密定位控制系统

针对基于步进电机驱动三维定位机械载物工作台的定位精度、定位速度问题,该设计在低成本的步进电机驱动的机械载物工作台的基础上,建立以光栅尺为测量反馈元件的全闭环系统,解决了ARM和FPGA的响应速度瓶颈问题,并通过时间细分克服了采用步进电机进行微步驱动时易出现的"爬行"和步距角过大的现象,实现了大行程、高速度、高精度(±1 μm)的三维定位,并将其应用到三坐标测量机上.该系统硬件结构简单、可靠性强;并且可以灵活的实现定制应用.     

多参数协同调制的高分辨力直线时栅位移传感器

为了解决高精度的直线时栅位移传感器依赖空间超精密刻线和刻线不均匀等问题,提出一种采用多参数协同调制的新型直线时栅位移传感器。该传感器通过在PCB基板上布置阵列的激励线圈和特定形状的感应线圈,通过调制感应的面积和线圈的参数,感应出电行波信号,经过整形后用高频时钟脉冲插补得到位移量。通过仿真分析设计与样机实验,得出实验结果表明,在不改变空间极距的情况下,使得分辨力在信号源头上提高1倍且有±68μm的测量精度。     

基于SOPC的高精度超声波温度计设计

根据在介质中超声波的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以基于Nios II处理器软核的可编程系统级芯片(SOPC)为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在SOPC上同时实现了高频信号发生器模块、高速信号电路控制模块、信号自动采集控制模块以及Nios II软核处理器模块,缩小了体积,并降低了成本。传播时间的精确测量采用软件细分插补算法,经过理论分析和实验验证,该方法能够达到ns级超声波传播时间的测量,使设计的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

渡槽仿真参数确定及其非线性接触风振分析

为研究渡槽仿真参数确定及其非线性接触的风振响应规律:首先,建立了考虑跨间非线性接触的三跨渡槽有限元模型,并以实测频率为目标值,采用响应面法对有限元模型进行了参数确定;其次,通过自回归滑动平均模型模拟了脉动风场,并对渡槽的有限元模型进行了脉动风压下的非线性接触求解,对渡槽结构风振响应进行了分析,并将单跨、跨间无连接等模型的风振分析结果进行对比。结果表明:跨间接触面较大的拉、压应力集中在槽外壁一侧、槽内壁和槽身顶架处,有较大的剪应力出现在跨间部位,并且向槽身延伸,反映出混凝土的塑性变形趋势。考虑跨间接触后,风振位移及速度响应整体变小,单跨模型位移响应值偏小,所以,对渡槽动力进行研究应该考虑多跨效应。     

基于随动控制的蜗杆检测系统设计

提出一种基于随动预定位技术的环面蜗杆检测方法,通过建立蜗杆运动与测头运动的对应关系的理论模型,以每个采样点测量的蜗杆实际运动坐标映射下一采样点的测头坐标,再采用时间细分技术的高精度运动控制将测头提前定位到下一采样点,从而实现环面蜗杆加工误差的在线随动测量、特定喉部半径下的实际空间螺旋线测量。通过不同喉部半径下的多条螺旋线构建出环面蜗杆的实际轮廓面形,再与理论模型比对后获得相应的加工误差,根据这种方法设计了上、下位机组成的检测系统。     

基于FPGA的高精度超声波温度计设计

以超声波在介质中的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以FPGA为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在FPGA上同时实现了高速信号控制模块、高频信号发生器模块、信号自动采集控制模块以及NIOS II软核处理器模块,解决了设计的关键性技术问题,并通过处理器实现了特殊的软件细分插补算法来对采集的数据进行分析处理。通过理论分析和实验,验证了该方法能够达到纳秒级超声波传播时间的测量,从而使设计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

高精度分体式多通道超声波温度计的设计

针对传统的温度传感器在极端与特殊条件下无法满足测量的要求,设计了分体式多通道的超声波温度计。将多对测量头均匀布置在装有被测介质的容器外侧的各个方位,利用FPGA的控制驱动信号精确确定超声波传播的起点时刻,通过分块查找的特征波查找算法、高速高分辨率的信号采样电路和直线插补算法相结合,利用过零点两侧的采样点来实现对超声波传播时间终点时刻的高精度检测,进而精确计算出超声波传输时间。在传播距离一定的条件下,以水为介质为例进行模拟实验。结果表明：分体式多声道超声波温度计能够实现对超声波传输时间的分辨率ns级的测量,从而确保了对温度的高精度测量。     

直线式时栅位移传感器的动态测量与频谱分析

针对直线式时栅位移传感器的结构特点,提出了动态测量的主要误差源。采用光栅尺作为母仪,直线式时栅位移传感器空间位置为光栅的测量值,将光栅测量值与直线式时栅位移传感器的预测值进行比较,从而得到动态测量的误差值。对误差值进行数据的截断和采样、异常数据剔除,然后对误差值进行幅值谱和相位谱分析,采用误差分离和谐波修正,研制高精度的直线式时栅位移传感器。     

高精度时栅转台控制系统设计

为了提高时栅转台控制系统的位置检测精度,提出了一种以卡尔曼滤波和PI控制融合的控制方法,并在此基础上设计了高精度伺服控制系统。该方法利用卡尔曼滤波预测实现PI控制器的参数预测自适应整定,控制系统以则采用以电流环作为内环、位置环为外环的双闭环控制结构和时栅传感器为转台位移反馈部件,同时,以ARM(LPC2124)为控制核心,结合电源电路、SP3232串口通信等硬件电路实现卡尔曼滤波和PI控制相融合的控制方法。经实验测试,设计的时栅转台伺服系统具有运动稳定可靠性,位置检测精度在-0.8″～1.2″范围内, 满足高精度时栅转台控制系统的精度要求。