本文關(guān)鍵詞：數(shù)字共焦顯微技術(shù)壓電物鏡控制器設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 數(shù)字共焦顯微技術(shù) 壓電物鏡控制器 誤差放大 橋式電路逆模型 PID

【摘要】：針對(duì)數(shù)字共焦顯微技術(shù)序列光學(xué)切片顯微圖像采集對(duì)顯微鏡微位移控制的要求,本文采用壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)顯微鏡物鏡進(jìn)行納米級(jí)等間隔微位移,并根據(jù)實(shí)際需求研究設(shè)計(jì)控制器用于壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制。該壓電物鏡控制器包含驅(qū)動(dòng)電源和控制算法兩部分,最終控制實(shí)現(xiàn)物鏡的連續(xù)納米級(jí)等間隔步進(jìn)。本文根據(jù)壓電陶瓷的特性及實(shí)際控制需求,通過計(jì)算及實(shí)驗(yàn)測試,提出了壓電物鏡控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)本課題組研制的驅(qū)動(dòng)電源所存在問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,并結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)指標(biāo),提出了一種新的基于LTC6090的低成本壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電源。該驅(qū)動(dòng)電源以誤差放大式驅(qū)動(dòng)電源作為主要設(shè)計(jì)形式,采用小功率運(yùn)放LTC6090和三極管構(gòu)成誤差放大電路替代常用高壓功率運(yùn)放,并結(jié)合橋式電路提高輸出電壓和電流。對(duì)實(shí)際制作的驅(qū)動(dòng)電源電路進(jìn)行性能測試,結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng)電源能夠?qū)崿F(xiàn)浮地單極性150V電壓輸出,線性度達(dá)0.014%,峰值電流達(dá)±100mA,帶負(fù)載靜態(tài)紋波小于15mV,具有良好的方波響應(yīng),達(dá)到了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源主流產(chǎn)品的性能指標(biāo),并有效降低了成本,滿足壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器控制需求。本文對(duì)課組題研究的控制算法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析。對(duì)近年來使用較廣泛的基于前饋補(bǔ)償與閉環(huán)控制結(jié)合的復(fù)合控制算法進(jìn)行了研究與應(yīng)用,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較中得出一個(gè)結(jié)論：逆模型前饋補(bǔ)償算法的建模較難達(dá)到納米等級(jí),使得逆模型前饋補(bǔ)償算法及其復(fù)合控制算法不能滿足納米級(jí)步進(jìn)控制要求。最后選擇了PID閉環(huán)算法作為壓電物鏡控制器的控制算法。按照設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的壓電物鏡控制器基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),能夠?qū)崿F(xiàn)小于10nm的靜態(tài)控制誤差及50nm等間隔步進(jìn)控制,為今后序列光學(xué)切片顯微圖像采集應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。文章最后詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)過程中遇到的未解決問題,在對(duì)問題進(jìn)行分析后提出了后續(xù)工作展望。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字共焦顯微技術(shù) 壓電物鏡控制器 誤差放大 橋式電路逆模型 PID
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源類型12-16
• 1.2.2 壓電陶瓷控制方法16-20
• 1.2.3 國內(nèi)外壓電陶瓷控制器產(chǎn)品分析20-21
• 1.3 論文研究的主要目的與內(nèi)容21
• 1.4 論文安排21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-23
• 第二章 壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器基本理論介紹23-31
• 2.1 壓電陶瓷的工作原理23-24
• 2.1.1 正壓電效應(yīng)23
• 2.1.2 逆壓電效應(yīng)23-24
• 2.1.3 電致伸縮效應(yīng)24
• 2.2 壓電陶瓷的特性24-29
• 2.2.1 遲滯特性24-26
• 2.2.2 蠕變特性26-27
• 2.2.3 響應(yīng)特性27
• 2.2.4 電容特性27-29
• 2.3 壓電物鏡驅(qū)動(dòng)器介紹29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 壓電物鏡控制器的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)31-54
• 3.1 控制器設(shè)計(jì)指標(biāo)提出31-33
• 3.2 課題組研制的驅(qū)動(dòng)電源問題分析33-38
• 3.2.1 高壓數(shù)控電位器分析測試34-35
• 3.2.2 功率放大電路分析測試35-36
• 3.2.3 放電回路分析測試36-38
• 3.3 壓電物鏡控制器的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)38-45
• 3.3.1 壓電物鏡控制器的組成38
• 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電源類型選擇38-39
• 3.3.3 放大電路設(shè)計(jì)39-42
• 3.3.4 高壓直流源設(shè)計(jì)42-43
• 3.3.5 微控制器及DAC選擇43-44
• 3.3.6 傳感器信號(hào)調(diào)理模塊介紹及ADC選擇44-45
• 3.4 驅(qū)動(dòng)電源性能測試45-53
• 3.4.1 電壓輸出線性度46-47
• 3.4.2 峰值電流47-49
• 3.4.3 方波響應(yīng)49-50
• 3.4.4 靜態(tài)紋波50-51
• 3.4.5 頻率響應(yīng)51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 壓電物鏡控制器的控制算法研究與應(yīng)用54-71
• 4.1 課題組研究的控制算法問題分析54-55
• 4.2 壓電物鏡控制器控制算法研究55-68
• 4.2.1 逆Preisach前饋補(bǔ)償控制算法55-61
• 4.2.2 PID閉環(huán)控制算法61-62
• 4.2.3 逆Preisach前饋補(bǔ)償結(jié)合PID復(fù)合控制算法62
• 4.2.4 三種控制算法實(shí)驗(yàn)比較分析62-68
• 4.3 本文控制器實(shí)驗(yàn)測試68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-75
• 5.1 研究工作總結(jié)71-72
• 5.2 存在問題及后續(xù)工作展望72-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：604411