本文關(guān)鍵詞：激光追蹤儀控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

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【摘要】：目前,對(duì)于大型工件,采用傳統(tǒng)的有導(dǎo)軌測(cè)量,測(cè)量裝置中需要配備與被測(cè)工件尺寸相當(dāng)長度的導(dǎo)軌,大長度導(dǎo)軌在實(shí)踐中的困難較大,甚至是無法完全實(shí)現(xiàn)的。因此,研究其它無需導(dǎo)軌導(dǎo)向的激光干涉測(cè)長的方法和實(shí)用技術(shù),就顯得尤為重要。應(yīng)用傳統(tǒng)的激光干涉儀,實(shí)現(xiàn)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)就成為一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的工作。激光跟蹤儀和激光追蹤儀是基于激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)下的兩種測(cè)量工具。激光跟蹤儀屬于被動(dòng)跟蹤,是被動(dòng)地跟蹤目標(biāo)靶鏡進(jìn)行測(cè)量。而激光追蹤儀屬于主動(dòng)追蹤,測(cè)量過程中要事先對(duì)目標(biāo)靶鏡進(jìn)行路徑規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)激光追蹤儀對(duì)目標(biāo)靶鏡的主動(dòng)追蹤。本課題的目的就是在傳統(tǒng)商業(yè)激光跟蹤儀的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一臺(tái)專用于校準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與數(shù)控機(jī)床的激光追蹤儀。本課題為我國激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的自主研制和創(chuàng)新研制提供了技術(shù)儲(chǔ)備。論文主要圍繞激光追蹤儀的跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,具體內(nèi)容如下:(1)分別設(shè)計(jì)了基于STC15F2K60S2單片機(jī)和基于MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡的兩種激光跟蹤控制系統(tǒng)。(2)進(jìn)行了單板硬件電路的設(shè)計(jì),包括四象限光電二極管光信號(hào)的I/V轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理電路、信號(hào)的AD采集電路與電機(jī)控制電路。(3)基于四象限光電二極管的工作原理,通過極坐標(biāo)公式和坐標(biāo)變換公式推導(dǎo)了四象限光電二極管在對(duì)角線算法中輸出信號(hào)與激光光斑偏移量之間準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,為后續(xù)的控制算法提供了參考信號(hào)。并完成了數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。(4)設(shè)計(jì)了穩(wěn)定可靠的數(shù)字式PID控制器,完成了跟蹤控制系統(tǒng)的電機(jī)選型,傳遞函數(shù)的推導(dǎo),通過MATLAB中的Simulink軟件對(duì)電機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行仿真,調(diào)整并改良參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng) 坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 數(shù)控機(jī)床 激光追蹤儀 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH744.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-20
• 1.1 課題研究的背景及意義8-9
• 1.2 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的分類9-13
• 1.2.2 幾款主要的激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)品13-15
• 1.2.3 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在我國的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 跟蹤控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 激光追蹤儀的原理與總體設(shè)計(jì)20-30
• 2.1 激光追蹤儀的原理20-22
• 2.2 激光追蹤儀的總體設(shè)計(jì)22-27
• 2.2.1 激光干涉測(cè)距部分22-23
• 2.2.2 數(shù)據(jù)采集部分23-24
• 2.2.3 跟蹤伺服部分24-27
• 2.3 跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 跟蹤控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模30-50
• 3.1 激光光斑偏移量的數(shù)學(xué)模型與求解30-38
• 3.1.1 四象限光電二極管的工作原理30-33
• 3.1.2 四象限光電二極管的工作參數(shù)33-34
• 3.1.3 激光光斑偏移量的數(shù)學(xué)模型與求解34-38
• 3.2 控制電機(jī)的數(shù)學(xué)模型38-44
• 3.2.1 控制電機(jī)的選型39-40
• 3.2.2 控制電機(jī)的數(shù)學(xué)模型40-44
• 3.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)44-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第4章 跟蹤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)50-60
• 4.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換放大模塊的硬件設(shè)計(jì)50-51
• 4.2 基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)51-54
• 4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊51-52
• 4.2.2 單片機(jī)控制模塊52-54
• 4.3 基于運(yùn)動(dòng)控制卡控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)54-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第5章 跟蹤控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)60-68
• 5.1 單片機(jī)STC15F2K60S2的控制程序60-63
• 5.1.1 AD976A采集模塊61-63
• 5.1.2 數(shù)字濾波模塊63
• 5.1.3 光斑偏移量計(jì)算模塊63
• 5.2 CPLD時(shí)序控制程序63-65
• 5.3 數(shù)字式PID控制器65-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第6章 實(shí)驗(yàn)分析68-76
• 6.1 Proteus對(duì)電路原理圖的仿真68-71
• 6.1.1 光電檢測(cè)電路的仿真68-70
• 6.1.2 單片機(jī)讀AD976A數(shù)據(jù)仿真70-71
• 6.2 CPLD控制時(shí)序仿真71
• 6.3 激光光斑偏移量測(cè)量實(shí)驗(yàn)71-74
• 6.4 PID控制器的仿真與參數(shù)整定74-75
• 6.5 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)成果82-84
• 致謝84

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本文編號(hào)：964592