基于DSP的非接触薄膜厚度在线测量控制系统研究

论文摘要

随着现代科学技术的发展,高速、高精度的在线检测技术越来越受到生产工程领域研究人员的关注,在线检测技术水平直接影响到生产线的效率、产品质量以及自动化程度。本课题就生产过程中高速、高精度的厚度在线检测系统进行了研究与实现,同时对厚度在线控制系统进行了研究与仿真分析。测量系统是整个系统的关键,只有测量准确才能实现系统的有效控制。本课题采用激光位移传感器进行厚度信号的检测,选用了TI公司的TMS320F2812DSP芯片作为硬件电路的微处理器,完成系统中的输入信号检测和系统的控制。本课题的测量系统主要完成以下工作:系统硬件电路设计以及排除各种干扰的措施;编写程序实现基本功能并选择有效的数字滤波方法;设计友好的用户操作界面。考虑了测量系统在生产应用中面临的实际情况,本论文设计了一些辅助功能,从而使整个测量系统可应用于实际生产。对调试过程中出现的问题进行了分析并制定相应解决方案,最终将其成功应用于电池极板生产过程中的薄膜厚度在线测量。控制系统可以提高生产线的自动化水平和产品质量。薄膜厚度测量控制系统是属于典型的大延时工业控制系统,因此对大延时系统的控制算法设计是研究本系统控制算法的核心。本文首先建立了系统模型,针对系统的大延时特点采用了几种有效的控制算法,并使用MATLAB工具对算法进行了仿真研究。其中,着重对模糊PID控制器进行了设计。最后给出了各个算法的仿真结果比较,考虑到薄膜测控系统的应用背景,确定了最适合本系统的控制算法。本课题研究的薄膜测控系统,具有测量精度高,稳定性好,操作简单使用方便等突出特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、研究的目的和意义
• 1.2 测厚技术发展状况
• 1.2.1 非在线测厚技术
• 1.2.2 在线测厚技术
• 1.3 本课题的国内外现状综述
• 1.3.1 国外现状综述
• 1.3.2 国内现状综述
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 薄膜测量系统的方案设计及工程实现
• 2.1 薄膜测量系统的整体结构设计
• 2.2 薄膜测量系统硬件电路的设计
• 2.2.1 核心处理芯片外围电路设计
• 2.2.2 系统电源的处理
• 2.2.3 硬件滤波措施
• 2.2.4 传感器和数据采样电路
• 2.2.5 人机交互系统的设计
• 2.2.6 伺服电机控制
• 2.2.7 接近传感器
• 2.3 测量系统上层软件的设计
• 2.3.1 上层界面的软件设计
• 2.3.2 数字滤波算法研究
• 2.3.3 校正装置的设计与实现
• 2.3.4 SPC校验规则设计
• 2.3.5 数据导出接口设计
• 2.3.6 测量极限位置自动滤除算法
• 2.4 测量系统的调试与运行
• 2.4.1 调试中遇到的主要问题
• 2.4.2 测量系统运行情况
• 2.5 本章小结
• 第3章 控制系统建模与延时补偿算法
• 3.1 系统控制模型的建立
• 3.2 Smith-PID控制器
• 3.2.1 Smith预估原理
• 3.2.2 Smith预估器的设计与仿真
• 3.3 基于Dahline算法的串联补偿控制器设计
• 3.3.1 基于Dahline算法的串联补偿控制器原理
• 3.3.2 基于Dahline算法的串联补偿控制器的设计与仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 模糊PID控制器的设计
• 4.1 模糊控制器的工作过程
• 4.2 模糊 PID 控制器的设计
• 4.2.1 模糊PID控制器简介
• 4.2.2 模糊PID控制器结构的确定
• 4.2.3 模糊参数基本论域和隶属函数确定
• 4.2.4 量化因子和比例因子的确定
• 4.2.5 模糊控制规则的建立
• 4.2.6 模糊决策与PID参数查询表
• 4.2.7 模糊控制算法流程图
• 4.3 模糊PID控制器仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统仿真结果分析
• 5.1 实际工业生产环境介绍
• 5.2 模型精确时的仿真结果
• 5.3 模型失配时的仿真结果
• 5.4 基于鲁棒性的控制算法选择
• 5.5 干扰下的模糊PID控制系统输出
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢