【摘要】：在高新精密技術(shù)不斷發(fā)展的今天,各類精密儀器都廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。而這些精密儀器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的關(guān)鍵,就是納米定位與掃描技術(shù)。納米定位與掃描技術(shù)往往都要依托于納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái),但是對(duì)于納米平臺(tái)而言,在實(shí)際過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生噪聲,影響著定位精度。平臺(tái)中的噪聲不止一種,根據(jù)其產(chǎn)生的源頭不同,可以分為外部噪聲和機(jī)械噪聲。外部噪聲可以通過(guò)一個(gè)低通濾波器直接濾除,但是對(duì)于機(jī)械噪聲來(lái)說(shuō),處理過(guò)程就顯得不那么容易。對(duì)于納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)本身而言,由于采用的柔性機(jī)構(gòu)具有彈性,所以平臺(tái)本身存在一個(gè)固有諧振頻率,當(dāng)外界輸入的信號(hào)頻率接近平臺(tái)的固有頻率時(shí),就會(huì)產(chǎn)生諧振,帶來(lái)機(jī)械噪聲,影響平臺(tái)的定位精度。同時(shí),在測(cè)試中如果負(fù)載發(fā)生變化,或者測(cè)試不同的柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu),或者改變平臺(tái)的結(jié)構(gòu),都會(huì)造成固有頻率的改變,這樣就會(huì)使諧振頻率也隨之改變。針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了一種自適應(yīng)帶阻濾波器,來(lái)濾除諧振噪聲。通過(guò)對(duì)納米定位平臺(tái)階躍響應(yīng)頻譜圖的分析,自適應(yīng)獲取諧振頻率值,并且根據(jù)設(shè)定的規(guī)則,自動(dòng)截取濾波器所需的設(shè)計(jì)指標(biāo)。采用此方法,避免了傳統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)時(shí),需要預(yù)先取一個(gè)定值作為嘗試,然后不斷的調(diào)試設(shè)計(jì)指標(biāo)這一繁瑣的試驗(yàn)過(guò)程,大大縮短了工作時(shí)間,提升了效率,能夠快速的設(shè)計(jì)出理想的帶阻濾波器,將機(jī)械噪聲濾除。針對(duì)納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中采用FPGA作為控制器的這一特點(diǎn),深入研究了帶阻濾波器在FPGA中實(shí)現(xiàn)時(shí)的有效字長(zhǎng)效應(yīng),分析了量化后的穩(wěn)定性問(wèn)題,給出了確定了系數(shù)量化位數(shù)和運(yùn)算截尾位數(shù)的方法。同時(shí),針對(duì)數(shù)字帶阻濾波器中的乘法運(yùn)算問(wèn)題,提出了將移位相加算法用于IIR帶阻濾波器的實(shí)現(xiàn)中,避免了當(dāng)濾波器階數(shù)較大時(shí),帶來(lái)的資源占用量太高的問(wèn)題,優(yōu)化了 IIR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),減小了總體運(yùn)算量,實(shí)現(xiàn)了快速運(yùn)算。通過(guò)MATLAB和ModelSim綜合仿真表明,自適應(yīng)帶阻濾波器可有效濾除納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的諧振噪聲,保證了平臺(tái)的定位精度。納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制器的自適應(yīng)帶阻濾波器設(shè)計(jì)的提出,對(duì)相關(guān)類似系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)具有一定的借鑒價(jià)值,具有良好的實(shí)用性。
【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】：2017
【分類號(hào)】：TH703;TN713
【圖文】：

本課題中的納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由柔性鉸鏈支撐、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的納米平臺(tái)，具有位移分逡逑辨率高、響應(yīng)迅速、無(wú)磁場(chǎng)干擾、負(fù)載能力大、功耗低等優(yōu)勢(shì)。納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑如圖２．１所示，它主要由Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換部分、ＦＰＧＡ控制器、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換部分、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、逡逑由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的納米平臺(tái)、ＰＣ機(jī)等組成［３４）。逡逑納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制。首先，ＰＣ機(jī)（上位機(jī)）將用戶設(shè)定的位移指令傳逡逑入ＦＰＧＡ中，經(jīng)過(guò)低通濾波、帶阻濾波、非線性校正、ＰＩＤ運(yùn)算后，再經(jīng)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換逡逑成模擬信號(hào)，經(jīng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)納米平臺(tái)產(chǎn)生位移。電容傳感器再將當(dāng)前的位移量轉(zhuǎn)逡逑換為電信號(hào)，經(jīng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，反饋到ＦＰＧＡ中，從而形成閉環(huán)。逡逑其中，濾波算法、非線性校正算法和ＰＩＤ控制算法在ＦＰＧＡ中實(shí)現(xiàn)；ＰＣ機(jī)和ＦＰＧＡ逡逑控制器組成控制系統(tǒng)，部分是整個(gè)納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的核心，通過(guò)一系列控制算法來(lái)達(dá)到一定逡逑的定位精度：非線性校正用來(lái)避免電容傳感器由于邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的非線性，提高電容傳感逡逑器的準(zhǔn)確性

制系統(tǒng)所能取得的分辨率和精度起到?jīng)Q定性的作用［３７］。本文中的納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用電容逡逑式傳感器作為檢測(cè)部分，具有非接觸測(cè)量、無(wú)遲滯、無(wú)變形，分辨率高、噪聲小、穩(wěn)定性逡逑高等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)組成如圖２．２所示。逡逑本納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電壓范圍為－１０Ｖ？＋１０Ｖ，運(yùn)動(dòng)位移為－ｌＯＯｊｘｍｘｌＯＯｐｍ。為保證逡逑納米量級(jí)的定位精度，平臺(tái)采用Ｓｕｐｅｒ邋Ｉｎｖａｒ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ材質(zhì)，用來(lái)降低溫漂的影響。逡逑

」逡逑輔助電源逡逑圖２．２傳感器的組成逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑２．２噪聲分析逡逑在納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響著定位精度。平臺(tái)中的噪聲不止一逡逑種，各自產(chǎn)生的源頭也不同，具體來(lái)說(shuō)可以分為兩類：外部噪聲和機(jī)械噪聲。逡逑（１）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2757088