检测反馈系统设计.docx

1. 检测及反馈系统控制及检测系统主要是由控制信号产生、控制信号调理、圆光栅角位移检测和信号采集调理四部分组成，其结构框如下图所示。1.1. 驱动控制驱动控制系统主要是对压电微角度驱动器中的压电陶瓷进行控制，由控制中心根据压电陶瓷作用的不同，输出不同波形和时序的控制信号。控制系统还可以通过改变驱动电压幅值、频率以及驱动器工作步数(周期)等参数来控制输出波形的性质。在系统中可以采用数字信号处理器(DSP，以下简称DSP)作为控制信号产生源，除了产生PWM波形控制信号(即脉宽调制信号)以外，还可以进行采集数据处理。DSP首先产生初始控制信号PWM波形一四路方波信号，其中两路方波通过积分电路等调理电路将其转换为周期一致的三角波信号。这样两路方波与两路三角波共同作为控制信号，且一路方波与一路三角波作为一组信号，分别控制相应的夹紧器中的压电陶瓷和促动器中的压电陶瓷。由于经过DSP以及调理电路输出的方波和三角波信号分别为3.3V和05.6V的小电压信号，故需将方波以及三角波信号通过压电陶瓷驱动电源进行电压放大到0200V，再将其作用在驱动器的压电陶瓷上，使得压电陶瓷在高压下发生较明显的逆压电效应，确保驱动器按照预定目标连续均匀转动。1.2. 检测反馈检测系统采用圆光栅对驱动器实际转动角位移进行检测，并将检测结果一方面显示，另一方面反馈到数字信号处理器进行闭环控制。如上图，在一个圆盘的圆周上刻有等间距线纹，分为透明和不透明的部分，称为圆光栅。圆光栅与工作轴一起旋转。与圆光栅相对，平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面制有相差1/4节距的两个狭缝（辨向狭缝）以及一个零位狭缝（每转发出一个脉冲）。当圆光栅旋转时，光线透过这两光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹，被光电元件接受，并变换成丈量脉冲，其分辨率取决于圆光栅的一圈线纹数和丈量电路的细分倍数。圆光栅被集成在驱动器的联动盘上与其一起转动来测量实际转过的角位移。将检测结果一方面显示在液晶显示单元上;另一方面将角度值经过圆光栅的读数头以及细分盒转换成相位差为90的两路正弦波。两路正弦波一方面通过信号采集以及调理电路转换成脉冲信号进行脉冲计数，且每检测到一个脉冲信号代表圆光栅转过一个栅距的线位移，这一部分的结果作为检测结果的整数部分。另一方面为提高测量分辨率，要对正弦波不足整周期的信号进行检测细分，将细分的结果作为检测结果的小数部分。1.3. 闭环控制算法闭环控制系统中采用简单而鲁棒性强的PID控制算法，在执行系统中采用PID的增量算法：式中KP为比例增益，KI为积分增益，KD为微分增益。闭环控制系统方块图即如下图针对我们设计的模型，可以计算出，当给出aV电压、b Hz频率、c S步数时，可以计算得到，系统最终输出角位移 应用PID算法实现闭环控制时，是将l值与采集系统检测到的实际圆光栅线位移l进行比较，将其偏差进行P-I-D调节，最终达到l无限接近l的目的。通过采集系统将圆光栅实际角位移(或线位移)数据采集到DSP内，计算出位移偏差即可以通过调整PID算法中的三个参数，最终达到驱动器系统精密定位的目的。整个闭环控制及检测系统的程序实现主