本文關(guān)鍵詞： 納米位置控制系統(tǒng) FIR濾波器 IIR濾波器 案例推理 文化算法　出處：《沈陽建筑大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：納米定位技術(shù)是前沿科學(xué)、工程技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,納米定位技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(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。納米定位技術(shù)通常是以納米位置控制系統(tǒng)的形式來實現(xiàn),而對于納米位置控制系統(tǒng)而言,由于噪聲的存在,直接影響控制系統(tǒng)的控制精度。本文針對納米位置控制系統(tǒng)的噪聲,進行數(shù)字濾波算法設(shè)計仿真和實驗研究。論文的主要工作如下：(1)介紹了納米位置控制系統(tǒng)的濾波器設(shè)計的研究意義；介紹了國內(nèi)外納米位置控制系統(tǒng)及數(shù)字濾波器的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,說明我國針對納米位置控制系統(tǒng)的濾波器設(shè)計的研究尚處于初始階段。(2)對納米位置控制系統(tǒng)的噪聲來源進行分析。首先從硬件和軟件兩方面介紹了納米位置控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其次,確認(rèn)控制系統(tǒng)的噪聲主要來源于信號采集系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)本身。最后對噪聲進行特性分析,得出采集系統(tǒng)的噪聲為高頻噪聲,需要設(shè)計采用數(shù)字低通濾波器濾除,機械結(jié)構(gòu)本身噪聲為特定頻率噪聲,需要設(shè)計采用數(shù)字帶阻濾波器濾除。(3)設(shè)計數(shù)字低通濾波器和數(shù)字帶阻濾波器算法并進行MATLAB仿真實驗。對比傳統(tǒng)FIR濾波器和IIR濾波器幅頻特性和相頻特性,通過大量MATLAB仿真實驗研究,最終確定數(shù)字低通濾波器采用FIR漢明窗型,濾波階數(shù)為110階；數(shù)字帶阻濾波器采用基于案例推理一文化算法的FIR優(yōu)化濾波器,濾波階數(shù)為124階。(4)對所設(shè)計的數(shù)字濾波器算法在納米位置控制平臺中進行實驗研究。在納米位置控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件中采用混合編程的方式設(shè)計系統(tǒng)上位機濾波器功能界面,對混有噪聲的階躍響應(yīng)信號進行實際濾波實驗,結(jié)果表明,通過數(shù)字低通濾波器和數(shù)字帶阻濾波器兩次濾波后,噪聲被成功濾除,說明了本文設(shè)計的濾波算法的有效性。綜上所述,本文主要對納米位置控制系統(tǒng)的濾波器算法進行了研究,實驗結(jié)果表明了所提算法的可行性,有效保證了系統(tǒng)的定位精度。納米位置控制系統(tǒng)的濾波器設(shè)計的提出,對相關(guān)類似系統(tǒng)的濾波器算法設(shè)計具有一定的借鑒價值。
[Abstract]:With the development of science and technology, nano-positioning technology has been widely used in aerospace, semiconductor industry, biological engineering. In medicine and other fields, nano-positioning technology is usually realized in the form of nano-position control system, but for nano-position control system, because of the presence of noise. The control accuracy of the control system is directly affected. This paper aims at the noise of the nanometer position control system. The main work of this paper is as follows: 1) introduce the significance of the filter design of the nanometer position control system; The research and application of nanometer position control system and digital filter at home and abroad are introduced. It shows that the study of filter design for nanometer position control system in China is still in the initial stage. The noise source of the nanometer position control system is analyzed. Firstly, the whole structure of the nanometer position control system is introduced from the aspects of hardware and software. Secondly, the structure of the nanometer position control system is introduced. It is confirmed that the noise of the control system mainly comes from the signal acquisition system and the mechanical structure itself. Finally, the characteristics of the noise are analyzed, and it is concluded that the noise of the acquisition system is high frequency noise. It is necessary to design a digital low-pass filter for filtering, and the noise of the mechanical structure itself is a specific frequency noise. Need to design digital band-stop filter to filter. The algorithms of digital low-pass filter and digital band-stop filter are designed and simulated by MATLAB. The amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of FIR filter and IIR filter are compared with those of traditional FIR filter and IIR filter. Through a large number of MATLAB simulation experiments, it is determined that the digital low-pass filter adopts the FIR hamming window type, and the filter order is 110th order. The digital band-stop filter adopts FIR optimized filter based on case-based reasoning and cultural algorithm. Filter order 124. The design of digital filter algorithm in the nano-position control platform for experimental research. In the nano-position control system in the host computer monitoring software using a hybrid programming method to design the system upper computer filter functional interface. The experimental results show that the noise is filtered successfully by digital low-pass filter and digital band-stop filter. To sum up, the filter algorithm of nanometer position control system is mainly studied in this paper, and the experimental results show the feasibility of the proposed algorithm. The proposed filter design of the nanometer position control system has certain reference value for the filter algorithm design of the related similar system.
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;TN713

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本文編號：1448437