發(fā)布時(shí)間：2018-02-13 01:31

  本文關(guān)鍵詞： 微動(dòng)掃描器 壓電疊堆 高壓放大 微位移控制 MSP430　出處：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近些年來,精密技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活中起到了越來越重要的作用,因此對(duì)精密定位控制技術(shù)的研究非常必要。本文所設(shè)計(jì)的控制器作為精密儀器的一部分,結(jié)合技術(shù)指標(biāo)與時(shí)序控制要求,在分析了壓電疊堆執(zhí)行器以及微動(dòng)掃描器的結(jié)構(gòu)特性及其工作原理的基礎(chǔ)上,對(duì)微動(dòng)掃描器采用了一種差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法,設(shè)計(jì)了滿足技術(shù)指標(biāo)與時(shí)序控制要求的控制器開發(fā)方案,并按照參數(shù)指標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)了控制器硬件與軟件的平臺(tái)搭建。首先進(jìn)行微動(dòng)掃描平臺(tái)控制器的硬件設(shè)計(jì)。由于儀器特定的尺寸限制,需將控制器的尺寸限制在91mmx 125mm的范圍內(nèi),因此應(yīng)以尺寸小、高集成度為設(shè)計(jì)原則。本文將控制器分為以MSP430F169單片機(jī)為主芯片的主控模塊、以集成高壓放大芯片PA79DK為核心的驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大模塊和以電阻應(yīng)變片作為傳感器的位移反饋模塊,并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)了微動(dòng)掃描平臺(tái)控制器的搭建。然后根據(jù)時(shí)序控制要求進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。通過嵌入式C語言編程使單片機(jī)能夠產(chǎn)生方波與恒壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在軟件程序設(shè)計(jì)中采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法,將整體功能劃分為時(shí)鐘模塊、內(nèi)部DAC輸出模塊、外部DAC輸出模塊、ADC采樣模塊及控制算法模塊,并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。同時(shí)進(jìn)行了偏差處理PID控制算法的仿真,得到了合適的PID參數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)微動(dòng)掃描器輸出位移的準(zhǔn)確控制。最后對(duì)控制器進(jìn)行了性能測(cè)試與優(yōu)化。通過控制器聯(lián)合測(cè)試,解決了硬件本身存在的問題。采用了在電路中串聯(lián)電阻查看瞬時(shí)電流變化的方法進(jìn)行電流測(cè)量,得到控制器正電源的實(shí)際輸出功率為2.92W,并給出了DC-DC電源的優(yōu)化建議。同時(shí),測(cè)量了單通道峰值電流為25.2mA。通過程序的改進(jìn),使方波上升段毛刺電壓降低76.2%。采用電渦流位移計(jì)測(cè)量微動(dòng)掃描器輸出位移,得到在PID控制算法下加入50g載荷量的控制誤差為0.51μm。通過對(duì)控制器的需求指標(biāo)參數(shù)的測(cè)試及優(yōu)化,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的微動(dòng)掃描控制器的性能符合設(shè)計(jì)需求,同時(shí)說明控制方案的合理性。
[Abstract]:In recent years, precision technology has played an increasingly important role in scientific research, industrial production and people's lives. Therefore, it is very necessary to study the precise positioning control technology. As a part of precision instruments, the controller designed in this paper combines the technical specifications with the requirements of time series control. Based on the analysis of the structure and working principle of the piezoelectric stack actuator and the micro scanner, a differential drive method is adopted for the micro scanner, and a controller development scheme that meets the requirements of technical specifications and timing control is designed. The hardware and software of the controller are built according to the parameter requirements. Firstly, the hardware design of the controller is carried out. Because of the specific size limitation of the instrument, the controller size should be limited to the range of 91 mm x 125 mm. Therefore, the design principle should be small size and high integration. In this paper, the controller is divided into main control module with MSP430F169 microcontroller as the main chip. The driving signal amplification module based on integrated high voltage amplifier chip PA79DK and the displacement feedback module based on resistive strain gauge are designed, and the hardware of each module is designed. Finally, the controller of fretting scanning platform is built. Then the software is designed according to the requirement of time sequence control. The single-chip computer can generate square wave and constant voltage driving signal through embedded C language programming. The modular design method is used in the design. The whole function is divided into clock module, internal DAC output module, external DAC output module, ADCs sampling module and control algorithm module, and each module is programmed. At the same time, the deviation processing PID control algorithm is simulated. The appropriate PID parameters are obtained, and the accurate control of the output displacement of the fretting scanner is realized. Finally, the performance of the controller is tested and optimized. The method of checking the instantaneous current change in the series resistance in the circuit is used to measure the current. The actual output power of the positive power supply of the controller is 2.92 W, and the optimization suggestion of the DC-DC power supply is given. The single channel peak current of 25.2mA was measured. The burr voltage in the rising segment of square wave was reduced by 76.2mA.The output displacement of the fretting scanner was measured by eddy current displacement meter. The control error of adding 50g load under PID control algorithm is 0.51 渭 m. By testing and optimizing the parameters of the controller requirements, it is verified that the performance of the designed fretting scanning controller meets the design requirements. At the same time, the rationality of the control scheme is explained.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1507017