本文關(guān)鍵詞：激光跟蹤儀快速跟蹤測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：激光跟蹤儀是一種大尺寸空間三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器,因其測(cè)量范圍廣、精度高和實(shí)時(shí)跟蹤的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于大飛機(jī)裝配、汽車制造、機(jī)器人姿態(tài)校正和科學(xué)研究等領(lǐng)域。本課題基于UOI激光跟蹤儀基站結(jié)構(gòu),主要對(duì)跟蹤儀測(cè)距方法、目標(biāo)偏差檢測(cè)方法、實(shí)時(shí)跟蹤反饋控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。課題完善了UOI激光跟蹤儀的測(cè)量功能,并提升了系統(tǒng)跟蹤性能,為研制具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光跟蹤儀產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)。本文的主要研究工作如下:針對(duì)激光跟蹤儀三維坐標(biāo)的測(cè)量模型,分析了系統(tǒng)跟蹤原理和目標(biāo)檢測(cè)單元的光束投射原理。建立了空間坐標(biāo)測(cè)量補(bǔ)償模型,研究了動(dòng)態(tài)測(cè)量偏差與PSD坐標(biāo)解耦關(guān)系。針對(duì)本課題中快速跟蹤測(cè)量要求,設(shè)計(jì)了跟蹤儀整體測(cè)控方案。針對(duì)原有系統(tǒng)光路由分立元件搭建,穩(wěn)定性差導(dǎo)致測(cè)量精度受限等問題,設(shè)計(jì)了集成化探測(cè)光機(jī)平臺(tái),并采用了大功率近紅外半導(dǎo)體激光作為跟蹤光源,保證探測(cè)單元信噪比。針對(duì)PSD探測(cè)單元易被雜散光和光學(xué)元件表面回光干擾,導(dǎo)致檢測(cè)精度不高的問題,設(shè)計(jì)了軟硬件濾波單元和抗干擾光斑補(bǔ)償單元,滿足了系統(tǒng)對(duì)快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置偏差實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。采用了參考位置距離一定的雙頻干涉測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)距,設(shè)計(jì)電子細(xì)分模塊對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行32倍細(xì)分計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)了0.01μm干涉測(cè)距分辨力。針對(duì)伺服控制的PID調(diào)節(jié)方式,比較了伺服系統(tǒng)在速度環(huán)控制策略和位置環(huán)控制策略下的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而選擇了理論跟蹤速度更快的速度環(huán)控制策略,設(shè)計(jì)了跟蹤控制算法,為跟蹤經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選擇提供估算模型。針對(duì)伺服跟蹤控制的技術(shù)要求,研究了角坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)、模量傳輸技術(shù)和雙核協(xié)作通信技術(shù)�；赨SB通信方式,設(shè)計(jì)了Lab VIEW的3D動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示界面,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果和各部分狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最后,根據(jù)系統(tǒng)整體方案搭建了單站式激光跟蹤儀測(cè)控系統(tǒng),并進(jìn)行了單軸跟蹤速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)、重復(fù)性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)分辨力實(shí)驗(yàn)以及綜合跟蹤測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的激光跟蹤儀快速跟蹤測(cè)控系統(tǒng)能夠在3.5m范圍內(nèi),對(duì)高達(dá)0.51m/s速度的目標(biāo)良好跟蹤,系統(tǒng)重復(fù)性優(yōu)于±10.6μm,測(cè)量分辨力10μm。
【關(guān)鍵詞】：激光跟蹤儀 伺服跟蹤 測(cè)控系統(tǒng) 雙頻干涉測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的與意義9-10
• 1.2 激光跟蹤儀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 不同原理的激光跟蹤儀10-12
• 1.2.2 激光跟蹤儀發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 激光跟蹤原理與伺服控制技術(shù)研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 激光跟蹤儀工作原理分析17-24
• 2.2.1 激光跟蹤原理17-20
• 2.2.2 光束投射原理20-21
• 2.2.3 跟蹤儀基站機(jī)械結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.4 跟蹤系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)22-24
• 2.3 激光跟蹤儀空間坐標(biāo)測(cè)量模型24-29
• 2.3.1 空間坐標(biāo)動(dòng)態(tài)測(cè)量模型25
• 2.3.2 空間坐標(biāo)與PSD坐標(biāo)映射關(guān)系25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 光學(xué)合作單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 光學(xué)合作單元原理分析30-31
• 3.3 集成探測(cè)光路設(shè)計(jì)31-35
• 3.3.1 半導(dǎo)體光源性能分析31-33
• 3.3.2 半導(dǎo)體集成光路設(shè)計(jì)33-35
• 3.4 目標(biāo)偏差檢測(cè)單元設(shè)計(jì)35-43
• 3.4.1 探測(cè)硬件設(shè)計(jì)36-37
• 3.4.2 濾波單元設(shè)計(jì)與補(bǔ)償分析37-41
• 3.4.3 探測(cè)單元測(cè)試41-43
• 3.5 距離測(cè)量單元43-46
• 3.5.1 雙頻干涉光路分析43-45
• 3.5.2 雙頻測(cè)量硬件設(shè)計(jì)45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 伺服跟蹤控制技術(shù)研究47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 伺服控制方案設(shè)計(jì)47-48
• 4.3 跟蹤控制策略分析48-53
• 4.3.1 位置環(huán)跟蹤控制策略48-51
• 4.3.2 速度環(huán)跟蹤控制策略51-53
• 4.4 跟蹤算法設(shè)計(jì)53-57
• 4.4.1 跟蹤算法模型53-55
• 4.4.2 核心參數(shù)Kl估算方法和模量編碼方法55-57
• 4.5 伺服跟蹤控制技術(shù)57-62
• 4.5.1 角坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)研究57-59
• 4.5.2 模量傳輸技術(shù)59-61
• 4.5.3 雙核處理器通信技術(shù)61-62
• 4.6 基于LABVIEW系統(tǒng)顯示技術(shù)62-64
• 4.7 本章小結(jié)64-65
• 第5章 實(shí)驗(yàn)與分析65-76
• 5.0 引言65
• 5.1 激光跟蹤儀測(cè)控系統(tǒng)搭建和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)65-66
• 5.2 跟蹤速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)66-70
• 5.3 重復(fù)性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)70-72
• 5.4 測(cè)量分辨力實(shí)驗(yàn)72-74
• 5.5 綜合跟蹤測(cè)量實(shí)驗(yàn)74-75
• 5.6 本章小節(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果82-84
• 致謝84

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1069365