本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的納米位移定位平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 納米位移定位平臺(tái) 動(dòng)態(tài)遲滯模型 傳統(tǒng)PID控制 自校正PID控制 FPGA

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,納米定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天、半導(dǎo)體工業(yè)、生物工程、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。納米微位移定位平臺(tái)已經(jīng)成為眾多學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。納米定位技術(shù)通常是以納米位移定位平臺(tái)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了使其具有很高的納米級(jí)定位精度,本文從平臺(tái)模型的構(gòu)建、控制方法方面對(duì)納米位移定位控制系統(tǒng)展開(kāi)研究,并在設(shè)計(jì)了FPGA上的控制器。論文的主要工作如下:(1)介紹納米位移定位平臺(tái)被廣泛應(yīng)用在許多尖端領(lǐng)域;闡述研究納米位移定位平臺(tái)及其控制系統(tǒng)的重要意義;介紹國(guó)內(nèi)外納米位移定位平臺(tái)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,說(shuō)明我國(guó)發(fā)展納米位移定位技術(shù)的必要性。(2)介紹納米位移定位平臺(tái)的構(gòu)成及其遲滯性、蠕變性和負(fù)載特性;介紹機(jī)理分析建模法、系統(tǒng)辨識(shí)建模法及兩者相結(jié)合的建模方法;描述如何建立壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器遲滯模型和柔性鉸鏈支撐線性動(dòng)態(tài)模型來(lái)近似表示納米位移定位平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型;采用機(jī)理分析與系統(tǒng)辨識(shí)相結(jié)合的方法,將PI遲滯模型和線性動(dòng)態(tài)模型結(jié)合起來(lái),建立較為精確、全面的納米位移定位平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型,即動(dòng)態(tài)遲滯模型。(3)對(duì)納米位移定位平臺(tái)控制方法進(jìn)行研究。首先在控制方式方面,簡(jiǎn)單介紹開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的原理和特點(diǎn)。然后在控制算法方面,詳細(xì)介紹傳統(tǒng)PID控制算法的原理和參數(shù)整定的方法,并通過(guò)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)觀察傳統(tǒng)PID控制對(duì)納米位移定位平臺(tái)的控制效果;闡述自校正PID控制算法的原理,并通過(guò)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)觀察其模型參數(shù)辨識(shí)能力及控制效果;對(duì)比兩種控制方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定自校正PID控制算法的優(yōu)越性。(4)介紹了可編程邏輯器件FPGA/CPLD的發(fā)展歷史、發(fā)展趨勢(shì)及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)、開(kāi)發(fā)流程和輔助工具;采用VHDL編程語(yǔ)言,在FPGA開(kāi)發(fā)軟件QuartusⅡ上設(shè)計(jì)偏差模塊、比例模塊、積分模塊和微分模塊,并通過(guò)波形仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各模塊的有效性;采用原理圖設(shè)計(jì)輸入法,在頂層文件中搭建成增量式PID控制器;借助MATLAB與ModelSim的聯(lián)合仿真來(lái)驗(yàn)證FPGA上的PID控制器。綜上所述,本文主要對(duì)納米位移定位平臺(tái)的控制算法及其FPGA的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明自校正PID控制算法適用于納米位移定位平臺(tái)控制系統(tǒng),及其基于FPGA設(shè)計(jì)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：納米位移定位平臺(tái) 動(dòng)態(tài)遲滯模型 傳統(tǒng)PID控制 自校正PID控制 FPGA
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 論文研究背景及意義11-12
• 1.2 納米控位移定位平臺(tái)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 納米位移定位平臺(tái)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第二章 納米位移定位平臺(tái)模型的建立15-23
• 2.1 納米位移定位平臺(tái)的構(gòu)成及特性15-16
• 2.1.1 納米位移定位平臺(tái)的構(gòu)成15
• 2.1.2 納米位移定位平臺(tái)的特性15-16
• 2.2 納米位移定位平臺(tái)的建模方法16-18
• 2.2.1 機(jī)理分析建模17
• 2.2.2 系統(tǒng)辨識(shí)建模17-18
• 2.2.3 機(jī)理分析和系統(tǒng)辨識(shí)相結(jié)合的建模18
• 2.3 納米位移定位平臺(tái)模型的建立18-22
• 2.3.1 納米位移定位平臺(tái)的遲滯模型18-19
• 2.3.2 納米位移定位平臺(tái)的線性動(dòng)態(tài)模型19-20
• 2.3.3 納米位移定位平臺(tái)的動(dòng)態(tài)遲滯模型20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 納米位移定位平臺(tái)控制方法的研究23-37
• 3.1 引言23-24
• 3.1.1 開(kāi)環(huán)控制23
• 3.1.2 閉環(huán)控制23-24
• 3.2 傳統(tǒng)PID算法的研究24-30
• 3.2.1 傳統(tǒng)PID算法原理24-27
• 3.2.2 傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)的整定方法27-28
• 3.2.3 納米位移定位平臺(tái)PID控制系統(tǒng)仿真28-30
• 3.3 自適應(yīng)控制算法的研究30-34
• 3.3.1 納米位移定位平臺(tái)的自校正PID控制30-31
• 3.3.2 模型參數(shù)辨識(shí)31-33
• 3.3.3 控制器參數(shù)計(jì)算33
• 3.3.4 納米位移定位平臺(tái)系統(tǒng)的自校正PID控制算法仿真33-34
• 3.4 本章小結(jié)34-37
• 第四章 基于FPGA的PID控制器的設(shè)計(jì)37-49
• 4.1 FPGA簡(jiǎn)介37-42
• 4.1.1 FPGA的發(fā)展歷史及趨勢(shì)37-39
• 4.1.2 FPGA的基本構(gòu)成及特點(diǎn)39-42
• 4.2 FPGA的開(kāi)發(fā)流程及工具42-44
• 4.2.1 電路的設(shè)計(jì)與輸入42
• 4.2.2 綜合42-43
• 4.2.3 布局布線43
• 4.2.4 時(shí)序仿真43
• 4.2.5 調(diào)試與配置43-44
• 4.3 控制器各模塊的設(shè)計(jì)及仿真44-46
• 4.3.1 偏差模塊44-45
• 4.3.2 比例模塊45
• 4.3.3 積分模塊45-46
• 4.3.4 微分模塊46
• 4.4 本章小結(jié)46-49
• 第五章 聯(lián)合仿真49-51
• 5.1 聯(lián)合仿真示意圖49
• 5.2 仿真結(jié)果49-50
• 5.3 本章小結(jié)50-51
• 第六章 結(jié)論與展望51-53
• 6.1 結(jié)論51
• 6.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-55
• 作者簡(jiǎn)介55
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文55-57
• 致謝57-58

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：870556