本文關鍵詞：行走式大量程高精度雙向位移檢測裝置的設計與研究

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【摘要】：隨著液壓/氣壓系統(tǒng)在大型高精密設備上廣泛的運用,大行程油缸/氣缸輸出軸位移的高精度檢測變得越來越困難。在一些特殊場合,油缸/氣缸行程要求越來越大,檢測精度要求越來越高,運動狀態(tài)越來越復雜,常規(guī)位移傳感器由于主觀、客觀原因越來越難以滿足檢測要求。本文在分析國內外研究現(xiàn)狀的基礎上,對實現(xiàn)大行程位移傳感器的高精度檢測方法進行了研究,以超大三軸試驗儀輸出軸為對象,闡述采用常規(guī)位移傳感器對其輸出軸進行高精度位移檢測所面臨的難題,依據超大三軸試驗的特點,設計出了能夠對其輸出軸進行高精度雙向位移檢測的裝置,并從仿真、實驗和誤差補償三個方面對該所設計的裝置展開了研究,研究的主要內容有：分析與梳理近幾年國內外位移傳感器的研究現(xiàn)狀,對常用的大行程位移傳感器特點進行了歸納和總結,以超大三軸試驗儀輸出軸為對象,提出了可以對其進行高精度雙向位移檢測的方案,基于此方案完成了機械結構部分設計和電氣測控部分設計(包括STM32微控處理器及外圍檢測電路等)。在檢測裝置硬件設計的基礎上,提出了能夠對雙向輸出軸高精度位移檢測的控制方案,根據檢測裝置建立Simulink模型對控制方案進行了仿真研究,研究的內容主要包含同步控制性能和不同運動狀況下的大行程位移檢測性能。仿真結果表明所設計的控制方案能夠完成雙向輸出軸的高精度位移檢測。在上述仿真的基礎上,本文對檢測裝置開展了實驗研究,將檢測裝置應用在橫梁的位移檢測當中,通過控制橫梁的運動狀態(tài),探究測量裝置的檢測精度。實驗主要完成了靜、動態(tài)同步跟蹤檢測實驗、大量程單向位移檢測實驗、變向位移檢測實驗等。由實驗數據分析可知,單向800mm量程最大測量誤差達到0.075mm,靜態(tài)同步測量、動態(tài)同步測量和變向位移測量中均表現(xiàn)出較高精度的檢測性能。在檢測裝置實驗研究中發(fā)現(xiàn)測試裝置采用的圓柱直線導軌在整個大行程區(qū)間缺少輔助支撐,容易產生機械變形影響測量精度,對此,開展了機械結構變形與測量誤差關系的實驗探究,通過將實驗數據高階擬合構建出了不同測量值、不同測量位置和機械結構受力變形引起的測量誤差三者之間的函數關系,在此基礎上,繪制出了三維誤差曲面,提出了機械結構變形補償法,將該方法應用在實際的測量中,能夠有效補償不同檢測位置、不同的檢測量由機械結構變形引起的測量誤差。
【關鍵詞】：大量程高精度 雙向位移檢測 仿真研究 實驗研究 誤差補償
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH822
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 國內外位移傳感器的研究概況10-14
• 1.1.1 近年國內外位移傳感器研究狀況10-13
• 1.1.2 位移傳感器的比較與分析13-14
• 1.2 課題研究的目的與意義14-15
• 1.3 課題主要研究內容15-16
• 2 檢測裝置的機械結構部分設計16-31
• 2.1 檢測裝置機械結構方案設計16-17
• 2.1.1 檢測方案一16-17
• 2.1.2 檢測方案二17
• 2.2 兩套方案分析比較及最優(yōu)方案的確定17-18
• 2.3 檢測裝置機械結構傳動部分設計18-30
• 2.3.1 絲杠設計18-25
• 2.3.2 軸承選擇25-28
• 2.3.3 驅動電機選型的探討28-29
• 2.3.4 滑臺防塵設計29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 3 檢測裝置的電氣測控部分設計31-41
• 3.1 小量程傳感器選型及靜態(tài)標定實驗31-32
• 3.2 基于STM32的下位機及其最小系統(tǒng)設計32-37
• 3.2.1 啟動電路設計33-34
• 3.2.2 復位電路設計34
• 3.2.3 在線調試電路設計34
• 3.2.4 按鍵電路設計34-35
• 3.2.5 液晶顯示模塊設計35
• 3.2.6 指示燈電路設計35-36
• 3.2.7 串口下載電路、串口通訊電路和電源供電一體化設計36-37
• 3.2.8 晶振電路設計37
• 3.3 信號采集電壓轉換電路的設計37-38
• 3.4 基于LabVIEW的上位機設計38-40
• 3.4.1 LabVIEW簡介38
• 3.4.2 串口通訊簡介38-39
• 3.4.3 STM32單片機與PC串口通信方案的設計39-40
• 3.5 本章小結40-41
• 4 檢測裝置的控制方案設計及仿真研究41-69
• 4.1 雙向大量程位移檢測控制方案的設計41-43
• 4.2 檢測裝置的同步控制方法研究43-48
• 4.2.1 檢測裝置同步控制方案設計43-44
• 4.2.2 模擬PID簡介44-45
• 4.2.3 數字PID簡介45-46
• 4.2.4 模糊PID原理46-48
• 4.3 基于MATLAB-Simulink的檢測裝置同步控制方法仿真研究48-61
• 4.3.1 MATLAB-Simulink簡介48
• 4.3.2 模糊PID控制器設計48-51
• 4.3.3 步進電機Simulink模型的建立51-53
• 4.3.4 步進電機驅動器Simulink模型的建立53-54
• 4.3.5 步進電機控制器Simulink模型的建立54-55
• 4.3.6 開環(huán)式步進電機控制系統(tǒng)Simulink模型的建立55-56
• 4.3.7 基于Simulink的模糊PID和常規(guī)PID性能比較56-59
• 4.3.8 基于Simulink的雙電機的同步控制方案仿真研究59-61
• 4.4 基于MATLAB-Simulink的檢測裝置控制方案仿真研究61-68
• 4.4.1 單向位移檢測仿真研究62-67
• 4.4.2 變向位移檢測仿真研究67
• 4.4.3 仿真結果分析67-68
• 4.5 本章小結68-69
• 5 大行程雙向位移檢測裝置的實驗研究69-81
• 5.1 同步跟蹤檢測實驗研究69-72
• 5.1.1 靜態(tài)同步檢測實驗研究69-71
• 5.1.2 動態(tài)同步跟蹤檢測實驗研究71-72
• 5.2 單向大量程位移檢測的實驗研究72-74
• 5.3 變向位移檢測的實驗研究74-80
• 5.4 本章小結80-81
• 6 機械結構變形引起的測量誤差實驗研究81-94
• 6.1 機械結構變形引起的測量誤差分析81
• 6.2 傳感器復位彈簧彈性系數的靜態(tài)標定實驗81-83
• 6.3 機械結構變形引起測量誤差的實驗研究83-89
• 6.4 機械結構變形補償法的測試工作89-93
• 6.5 本章小結93-94
• 結論94-96
• 參考文獻96-99
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況99-100
• 致謝100-101

【參考文獻】

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本文編號：991636