非球面检测平台伺服控制技术研究

论文摘要

非球面元件具有优越于球面的光学特性,使其在光学设计中得到越来越广泛的应用。非球面元件相对球面元件在面形加工与检测评价方面都提出更高的要求。得到高精度的成品,高效的伺服控制平台是提高检测精确性的必要条件之一。本文以非球面检测平台的运动伺服控制系统为工程背景,研究检测平台的组成及工作原理,并设计基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式数字控制系统。控制系统采用积分分离与带死区相结合的PID控制算法及复合回路控制方案。在复合回路中,半闭环回路反馈信号通过采集轴角编码模块获取电机的转速、转角信息,全闭环回路反馈信号通过采集线性光栅尺编码信号获得平台位置信息。通过数学建模仿真与实验测试,系统达到较好地位置控制效果。平台设计上,直线轴选择交流伺服驱动,该机构结构紧凑、可靠性高、可维护性好;平台回转轴,采用直流伺服驱动,该机构控制方便,加载不减速,启动扭矩大,能够很好的满足控制要求。同时,本文就多轴伺服控制卡硬件选取与设计和软件编程与调试等问题作了进一步的研究。硬件上以TMS320F2812数字信号处理器为核心,提供多轴运动控制、数/模转换、逻辑控制、资源处理、同主机的交互等强大的功能;系统软件部分主要用C语言编写,采用模块化设计,不仅提高了DSP的编程效率,而且增加了程序的通用性和可移植性,便于系统的维护和改进。运动控制卡以开放性设计为主,是一款高性能的运动控制开发平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 伺服控制系统概述
• 1.1.1 单片机伺服控制器
• 1.1.2 专用运动控制芯片伺服控制器
• 1.1.3 数字信号处理器（DSP）伺服控制器
• 1.2 DSP的伺服控制系统现状
• 1.2.1 国外DSP的多轴控制器进展
• 1.2.2 国内DSP的多轴控制器进展
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 检测平台结构及其数学模型
• 2.1 平台总体方案设计
• 2.1.1 整体结构
• 2.1.2 机械构件的选择
• 2.1.3 驱动机构的选择
• 2.1.4 测量元件的选择
• 2.2 伺服系统数学模型
• 2.3 闭环伺服系统分析与仿真
• 2.3.1 系统的稳定性
• 2.3.2 动态过程分析
• 2.3.3 伺服系统仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 检测平台伺服控制系统硬件设计
• 3.1 TMS320F2812 DSP概述
• 3.2 控制系统的硬件设计
• 3.2.1 主控制模块的设计
• 3.2.2 电源模块的设计
• 3.2.3 复位设计
• 3.2.4 存储模块的设计
• 3.2.5 D/A转换与数字电位器的设计
• 3.2.6 PWM脉冲输出模块的设计
• 3.2.7 光电捕捉模块的设计
• 3.2.8 通信模块的设计
• 3.2.9 CPLD逻辑控制设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 伺服运动控制系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 运动控制策略
• 4.2.1 反馈信号处理方法
• 4.2.2 数字PID算法
• 4.3 系统软件模块
• 4.3.1 DSP系统的软件设计
• 4.3.2 CPLD控制设计
• 4.3.3 上位机通讯接口控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 伺服控制系统实验与调试
• 5.1 软件调试
• 5.1.1 系统软件的开发工具及开发流程
• 5.2 PROTEL 99SE软件应用与硬件设计
• 5.2.1 Protel 99SE软件应用
• 5.2.2 PCB设计及检测
• 5.3 硬件安装与调试
• 5.4 干扰现象与排除
• 5.4.1 电源模块的抗干扰
• 5.4.2 信号传输通道的抗干扰
• 5.4.3 印刷电路板及电路的抗干扰
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文
• 附录