磁浮列车磁场测量系统中运动控制平台的设计

磁浮列车气隙磁场的测量可以为列车电磁系统的设计和控制提供重要依据.本文对气隙测量系统中磁传感器运动控制平台的设计进行了详细介绍,阐述了运动控制平台的工作原理和光栅尺信号的处理方法.采用双计数器鉴相法消除了光栅尺抖动的影响,提高了传感器的定位精度.同时采用电流矢量恒幅旋转的细分方法实现了步进电机恒转矩均匀细分控制,提高了步进电机的分辨率和运行稳定性.所设计的运动控制平台的定位精度可以达到1μm.     

一种简易结构步进分幅式航空相机摆扫控制系统

步进分幅式成像是提高传统面阵CCD 航空相机工作覆盖范围的重要方法.本文介绍了一种简易结构的步进分幅式航空相机.相机采用步进电机开环控制实现摆扫过程,适用于对体积和重量要求严格的场合.文中着重介绍了一种基于正矢函数的高阶平滑步进电机运动曲线的设计及其在DSP 平台上的实现方法.实验表明,该运动控制方式有效地抑制了冲击和振动,避免了步进电机的丢步,重复性定位精度优于10″.系统结构简单,成本低,满足分幅式航空相机的要求.     

二维精密定位平台控制算法研究

本文设计了一种二维平台自动定位系统及控制方案,该系统利用光栅位移传感器的光电转换原理产生平台位置信息,利用电机驱动器控制电机旋转.光栅尺数显表和电机驱动器通过串口与计算机相连,计算机利用LabVIEW软件编写控制程序并控制平台移动,然后把平台的位置变化实时显示出来并保存相关数据,最后使用MATLAB软件对位置数据进行分析、处理.该系统使用位置式PID、速度积分式PID以及模糊控制技术分别对二维平台进行自动定位控制,最后通过稳定时间及稳定精度的比较,选择最适合的速度积分式PID控制技术作为本系统最终采用控制方案.实验结果证明,本文所设计的定位系统实时性高,定位精度可达微米级.     

步进电机细分及其在光电测径系统中的应用

叙述了步进电机的细分技术及其测长原理。作为一种测长手段应用于工件直径测量系统中，为提高步进电机细分测长的精度，系统采用了软件补偿的办法，应用光电定位和ＭＣＳ—５１单片机实施控制，构成一种测量范围在１～１００ｍｍ，精度较高，效费比高的光电测径系统。     

应变仪自动校准装置的研制

应变仪是一种广泛应用于工程质量监测的重要传感器，主要用于大坝、桥梁等各种结构的应变测量。本文针对当前应变仪自动校准的实际需求，设计了一种基于高精度滚珠丝杠机构、检测平台、高精度光栅位移传感器、步进电机、数据采集卡和工控机的自动校准系统。通过计算机录入设定的一系列需要校准的应变数值，由此计算得到控制步进电机的脉冲数，计算机通过数据采集卡控制步进电机带动滚珠丝杆机构运动，同时检测平台和光栅位移传感器一起平动，光栅位移传感器将平台位置以脉冲的形式通过数据采集卡发送到计算机，从而实现应变的高精度闭环控制，再由软件分析得到标定方程与误差。该系统可以实现测量范围0～300mm的高精度校准，其中校准精度可达到10μm，核定负载能达到60kg，特别适用于计量检测等单位中应变仪的校准。     

基于CPLD的带细分的三相步进电机驱动器设计

混合式步进电机的工作原理类似于永磁同步电机,完全可以引入同步电机的先进控制方法.从同步电机控制的角度来控制步进电机,就从根本上跳出了步进电机细分控制是对相电流控制的限制,实现了全新的脉冲细分控制。基于这一理论开发出以CLPD为核心的三相混合式步进电机脉冲细分控制器。     

磁致伸缩液位计测量装置的研制

针对磁致伸缩液位计的量值溯源问题,研制了磁致伸缩液位计测量装置。设计了不锈钢介质槽及安装机构;利用现有铁路罐车容积量传系统,采用光栅尺位移传感器作为标准器,水为测量介质,计算机控制步进电机驱动位移传感器和摄像头在导轨上移动,通过软件获得标准器和被检液位计液位数据;设计了大量程磁致伸缩液位计的测量结构和测量方法;分析计算了介质密度对测量结果的影响及修正;评估了测量不确定度,满足磁致伸缩液位计或其他浮子式液位计量值溯源的需要。     

脉宽调制(PWM)实现步进电机的细分驱动技术

步进电机作为一种控制电机,其控制精度(分辨率)取决于步距角的大小,单纯地靠机械手段降低其步距角是有限的。常采用细分驱动技术。着重介绍脉宽调制(PWM)实现的步进电机细分驱动技术,该技术不仅可以提高步进电机的分辨率,还可以克服步进电机在低速时易出现的低频振动现象。     

基于STM32的三轴并联式绘图平台的研究

该设计将绘图笔与三轴并联式运动控制平台结合起来,融合成三轴并联式绘图教学平台。该平台使用基于ARM系列嵌入式芯片STM32作为主控芯片进行控制,配置了特制的绘图器,由步进电机驱动并联的传动轴,通过使用基于空间坐标系变换的Delta算法来计算绘图器的空间坐标,通过运动的合成精确地控制绘图器运动。该设计研究了步进电机的S型控制、基于空间坐标系变换的Delta算法、运动合成等关键技术,最终实现了三轴绘图器的绘图功能。该系统还可以搭配不同的功能模块,具有功能多样性的特点,拥有很大的发展潜力。     

基于CPLD和MCU的光轨闭环控制系统设计

标准光源在光轨上的精确定位是光学测量系统的重要组成部分,执行机构需要运行平稳、噪音低、定位精度高.根据系统要求,设计实现了基于CPLD和MCU的位置闭环控制系统.系统以CPLD作为光栅信号采集、步进电机变频输出等辅助数字系统,在MCU控制和处理下,实现了由光栅反馈信息,经模糊算法、变频处理后驱动步进电机的全闭环跟踪过程,同时系统还设计有与上位机数据交换和无线遥控等功能.实践表明:系统震动小、噪音低、运行平稳、定位精度高,采用栅距0.05mm的光栅,其重复定位不确定度≤0.1mm.     

三维磁场精密测量系统的研制

介绍了三维磁场精密测量系统的研制,利用差动方式连接的6个霍尔元件构成三维磁场传感器,通过压频变换器完成数据采集,并采用电压比测量法来补偿温度变化对霍尔元件输入电阻的影响．对系统进行了高精度的标定,消除了温度变化对霍尔元件灵敏度系数的影响．标定后的系统达到了0．5％的精度,并利用这一系统对高速磁悬浮列车的气隙磁场进行了测量．     

高精度智能磁场测量仪的设计

设计了一种由微处理器控制的具有通信接口的高精度智能磁场测量仪,通过双只配对的集成霍尔传感器来获取磁感应强度的信号,采用压频变换器完成数据的采集,并对仪器进行了校准和实验．实验结果表明,所设计的磁场测量仪在整个量程范围内的测量精度达到了0.1mT．该仪器不但可进行磁场的精密测量,还可用于对无线通讯基站电磁辐射的网络化远程监测．     

传感器温漂对磁悬浮转子控制精度的影响

传感器温漂对磁悬浮转子的控制精度有很大的影响．磁悬浮转子在运转时有较大的温升．磁悬浮转子的结构设计对其工作温度的高低及其分布有很大影响．本文研究了磁悬浮转子实际工作温度场的不均匀性,对涡流传感器的温度特性进行了实验测试,对传感器的布置形式对磁悬浮转子精度的影响进行了分析．研究了磁悬浮转子结构形式、结构参数、传感器的个数及其测试方式等对磁悬浮转子控制精度的影响程度和变化规律．在上述研究的基础上得出了减少传感器温漂对磁悬浮转子控制精度影响的结构设计原则．     

磁控形状记忆合金在结构振动控制中的应用研究

磁控形状记忆合金(MSMA)是一种在磁场控制下可产生较大变形,且具有形状记忆功能的新型智能材料,利用其磁控特性可以制作智能作动器进行结构的振动控制。首先介绍了MSMA材料在磁场作用下的变形机理与磁控特性,在此基础上提出了两种可以应用于结构振动控制中的新型MSMA驱动器,并分析了其工作原理和设计方法,最后阐述了利用MSMA的逆特性制作MSMA自传感作动器的关键技术及解决方法,为其在土木工程领域的应用打下了良好的基础。     

计量光栅信号质量综合评价系统

光电轴角编码器中的莫尔条纹信号质量决定了整个系统的细分精度。计量光栅信号质量综合评价系统由编码器、数据采集卡和相应的软件组成，采用一种以莫尔信号离散采集和数据处理为主的数字化检测方法，实现了莫尔条纹信号质量各项指标的评价，对提高测量精度以及光栅系统的设计具有一定意义。     

超精密大行程麦克斯韦磁阻驱动器磁场建模与推力分析

为了克服大行程麦克斯韦磁阻驱动器在大气隙下漏磁大幅增加、气隙区磁场分布不均匀且非线性强烈等现象导致的磁场和推力解析模型精度较低等问题,利用考虑综合高斯函数的加权漏磁系数的磁路建模方法,改进了磁阻驱动器的三维漏磁分布计算方式,并得到了可准确描述其推力与输入电流函数关系的解析模型,从而为该类驱动器的设计及控制提供重要依据。首先,建立了大行程麦克斯韦磁阻驱动器考虑漏磁前后的工作磁路,分析了永磁偏置磁路的作用及使用永磁偏置结构后仍具有非线性的原因,并利用安培环路定律和磁路的欧姆定律以及磁场的可叠加性,建立了该磁阻驱动器的推力解析模型。然后,为了优化解析模型,提出了基于高斯曲线的加权漏磁系数计算方法,同时利用有限元仿真软件对大行程麦克斯韦磁阻驱动器的三维磁场分布及漏磁系数进行了分析计算,得到了考虑加权漏磁系数的推力解析模型。最后,搭建了大行程麦克斯韦磁阻驱动器推力测试系统,并通过对比优化前后解析模型计算推力与仿真推力和实测推力,验证了解析模型的准确性。结果表明,优化后解析模型的均方根误差仅为优化前的11.1%,其精度得到有效提升;同时,优化后解析模型计算推力与实测推力之间的均方根误差小于0.6 N,精度较高。研究结果对高端微纳制造装备与测量仪器中新型超精密驱动部件的设计有一定意义和参考价值。     

超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析

超磁致伸缩棒上的磁场强度对超磁致伸缩致动器(GMA)至关重要,因其幅值和上升、下降时间直接影响致动器的输出力和响应时间.建立电压到磁场强度的模型,并提出较合理的线圈优化方案.将线圈充、放电过程简化为一阶RL线性电路的暂态过程,计算得到线圈电流,并根据线圈电流建立超磁致伸缩棒上的磁场强度模型.由模型可知,致动器尺寸有限制时,棒上磁场强度的优化应主要考虑线圈匝数;通过分析线圈匝数对磁场强度稳态值、上升时间和下降时间的影响确定匝数的取值范围.向线圈施加不同频率和幅值的方波电压信号,得到的模型曲线与测得的实验结果相吻合,从而验证了模型的正确性.     

基于电容检测MEMS磁传感器的设计与制作

为实现微型化、低功耗、低成本和高灵敏度的磁传感器,提出了一种基于微型磁扭摆结构的磁传感器,并利用对角度变化非常敏感的差分电容检测技术对磁扭摆的扭转角度进行检测．设计的磁传感器包括微扭摆结构、磁性敏感薄膜和差分检测电容等部分．分析了器件的磁敏感原理和电容检测原理,给出了器件的结构参数和综合设计考虑．利用体硅加工工艺成功制作出了磁传感器样品,并进行了实验测试．测试结果表明磁传感器有良好的线性度和重复性,其磁场检测的电容灵敏度可达到0．2fF／Gauss．根据对磁传感器的热噪声分析,可得到磁传感器最小可分辨的磁场为6．72μT．该磁传感器结构简凑、工艺简单,无需电流激励,大大降低了磁传感器功耗．     

基于磁性液体的岩样总体积测试方法

针对现有浮力法测定岩样总体积受人为因素影响大，以及大量法测定岩样总体积对岩样外形严格限定的缺点，提出了岩样总体积测试的双密度测定计算公式。在实验验证的基础上，利用磁性液体在磁场作用下密度可变、可控的特性，探索设计了基于磁性液体的岩样总体积测定装置，建立了基于磁性液体的岩样总体积测定方法和流程。这种新方法对于减小测定岩样总体积过程中的人为误差、提高测试精度等方面均具有一定的优势，具有良好的推广应用前景。     

Magnetic structure design method

The method described provides a simple procedure for the design of structures intended to generate a magnetic field that follows a specific variation law in an air gap. The emphasis is on design rules derived from well known theorems such as the superimposition principle, the easy axis rotation theorem, and the image theorem. An example is given for a linear displacement sensor application. Magnetic structures for producing trapezoidal or triangular magnetic induction profiles consist of simple yoked and yokeless configurations. An experimental device has been designed and built with the help of analytical and numerical calculations