本文關鍵詞： 微動掃描器 壓電疊堆 高壓放大 微位移控制 MSP430　出處：《大連理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近些年來,精密技術在科學研究、工業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活中起到了越來越重要的作用,因此對精密定位控制技術的研究非常必要。本文所設計的控制器作為精密儀器的一部分,結(jié)合技術指標與時序控制要求,在分析了壓電疊堆執(zhí)行器以及微動掃描器的結(jié)構(gòu)特性及其工作原理的基礎上,對微動掃描器采用了一種差動驅(qū)動方法,設計了滿足技術指標與時序控制要求的控制器開發(fā)方案,并按照參數(shù)指標要求實現(xiàn)了控制器硬件與軟件的平臺搭建。首先進行微動掃描平臺控制器的硬件設計。由于儀器特定的尺寸限制,需將控制器的尺寸限制在91mmx 125mm的范圍內(nèi),因此應以尺寸小、高集成度為設計原則。本文將控制器分為以MSP430F169單片機為主芯片的主控模塊、以集成高壓放大芯片PA79DK為核心的驅(qū)動信號放大模塊和以電阻應變片作為傳感器的位移反饋模塊,并對各個模塊進行硬件設計,最終實現(xiàn)了微動掃描平臺控制器的搭建。然后根據(jù)時序控制要求進行了軟件設計。通過嵌入式C語言編程使單片機能夠產(chǎn)生方波與恒壓驅(qū)動信號。在軟件程序設計中采用了模塊化的設計方法,將整體功能劃分為時鐘模塊、內(nèi)部DAC輸出模塊、外部DAC輸出模塊、ADC采樣模塊及控制算法模塊,并對各個模塊進行程序設計。同時進行了偏差處理PID控制算法的仿真,得到了合適的PID參數(shù),實現(xiàn)了對微動掃描器輸出位移的準確控制。最后對控制器進行了性能測試與優(yōu)化。通過控制器聯(lián)合測試,解決了硬件本身存在的問題。采用了在電路中串聯(lián)電阻查看瞬時電流變化的方法進行電流測量,得到控制器正電源的實際輸出功率為2.92W,并給出了DC-DC電源的優(yōu)化建議。同時,測量了單通道峰值電流為25.2mA。通過程序的改進,使方波上升段毛刺電壓降低76.2%。采用電渦流位移計測量微動掃描器輸出位移,得到在PID控制算法下加入50g載荷量的控制誤差為0.51μm。通過對控制器的需求指標參數(shù)的測試及優(yōu)化,驗證了所設計的微動掃描控制器的性能符合設計需求,同時說明控制方案的合理性。
[Abstract]:In recent years, precision technology has played an increasingly important role in scientific research, industrial production and people's lives. Therefore, it is very necessary to study the precise positioning control technology. As a part of precision instruments, the controller designed in this paper combines the technical specifications with the requirements of time series control. Based on the analysis of the structure and working principle of the piezoelectric stack actuator and the micro scanner, a differential drive method is adopted for the micro scanner, and a controller development scheme that meets the requirements of technical specifications and timing control is designed. The hardware and software of the controller are built according to the parameter requirements. Firstly, the hardware design of the controller is carried out. Because of the specific size limitation of the instrument, the controller size should be limited to the range of 91 mm x 125 mm. Therefore, the design principle should be small size and high integration. In this paper, the controller is divided into main control module with MSP430F169 microcontroller as the main chip. The driving signal amplification module based on integrated high voltage amplifier chip PA79DK and the displacement feedback module based on resistive strain gauge are designed, and the hardware of each module is designed. Finally, the controller of fretting scanning platform is built. Then the software is designed according to the requirement of time sequence control. The single-chip computer can generate square wave and constant voltage driving signal through embedded C language programming. The modular design method is used in the design. The whole function is divided into clock module, internal DAC output module, external DAC output module, ADCs sampling module and control algorithm module, and each module is programmed. At the same time, the deviation processing PID control algorithm is simulated. The appropriate PID parameters are obtained, and the accurate control of the output displacement of the fretting scanner is realized. Finally, the performance of the controller is tested and optimized. The method of checking the instantaneous current change in the series resistance in the circuit is used to measure the current. The actual output power of the positive power supply of the controller is 2.92 W, and the optimization suggestion of the DC-DC power supply is given. The single channel peak current of 25.2mA was measured. The burr voltage in the rising segment of square wave was reduced by 76.2mA.The output displacement of the fretting scanner was measured by eddy current displacement meter. The control error of adding 50g load under PID control algorithm is 0.51 渭 m. By testing and optimizing the parameters of the controller requirements, it is verified that the performance of the designed fretting scanning controller meets the design requirements. At the same time, the rationality of the control scheme is explained.
【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】：TP273

【參考文獻】

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本文編號：1507017