基于光电编码器的空间相机调焦控制系统设计

为了确保空间遥感相机的成像质量,设计了采用光电编码器的输出值作为线位移反馈量实现闭环控制的调焦控制系统.从保证航天航空设备安全性、可靠性、高精度、高抗干扰能力出发,介绍了反馈装置的选取原则,阐述了调焦控制系统的构成,给出了调焦控制系统的硬件及软件实现,并对调焦控制系统的精度进行了实验分析.本调焦控制系统在航天相机中的应用试验表明:应用光电编码器的角度量输出值作为反馈量形成闭环控制的调焦控制系统,减少了由于步进电机和机械传动结构本身造成的调焦误差,具有较高的调焦精度,满足总体设计的像平面位置控制精度为±2个光电编码器码值的要求.

Abstract：

In order to insure the imaging quality of space remote-sensing camera, put forward is the focusing control system which adopts the output value of photoelectric encoder as line displacement feedback to realize closed loop control. Based on the ensurence of safety, reliability, high precision and high resistance of the spaceborne equipments, selecting principles of feedback equipment are introduced; the composition of the focusing control system is expounded, and its hardware and software are presented, and the precision of this system is analyzed. This system has been applied in the some spaceborne camera, and the experiment shows that: as it decreases the focusing error caused by the step motor and mechanical transmission structure, this focusing control system owns a high focusing precision and satisfies the designed requirement that the control precision of image plane is 2 code value of photoelectric encoder.     

基于FPGA增量式编码器的接口设计与实现

光电增量式编码器,又称光电角位置传感器,是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件。分析了光电编码器4倍频原理,提出了一种基于可编程逻辑器件FPGA对光电增量式编码器输出信号4倍频、鉴相、计数的具体方法,它对提高编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测及位置伺服控制具有一定的现实意义。经实际项目论证,该...     

基于空间位置的增量式光电编码器误差检测系统

增量式光电编码器输出信号的正交性和均匀性是其重要技术指标之一,对增量式光电编码器的精度检测是编码器研制和生产过程中的重要环节。传统信号质量的检测是基于时间位置进行检测的,其检测准确度受转速均匀度影响,在高速、变速转动下对增量式光电编码器的动态性能检测并不准确。提出了一种基于空间位置的信号质量检测方法,并设计了相应的检测系统。检测系统采用直流无刷电机带动高精度角脉冲发生器和被检增量式编码器同轴旋转,并采集高精度角脉冲发生器在被检增量式编码器输出信号边沿时刻的数值,进行误差计算。该检测系统极大地减小了由于转速不均匀造成的测量不准确度。运用该检测系统对输出脉冲周期数为32 400的增量式编码器进行检测,并与时间位置检测法进行对比实验。实验结果表明:该检测系统检测结果不受电机转速变化的影响,可有效地提高检测精度及检测效率,能够实现动态检测。该系统的研制为批量生产增量式光电编码器提供了极大的便捷。     

空间运动模拟平台中的滑车运动信息采集系统设计

滑车运动信息采集系统使用有效的信息检测方法,精确地取得滑车在运动过程中的实时信息,为空间运动模拟平台提供了反馈数据。该系统以高性能的微控制器为核心,以CPLD相辅助,使用高精度光电编码器来协助微控制器精确采集滑车的速度信息;使用红外光电传感器对滑车的位置进行粗测,使用光电编码器对滑车的位置进行精测,将二者相结合取得了精确的位置信息;使用单片机内部的高精度定时器取得了当前的时间信息;使用ZigBee无线通信模块向微控制器发送来自滑车本身的触发信号。微控制器将上述数据整理后以特定的通信协议上传到主控计算机和控制单元,实现对滑车的状态分析和运动控制。空间运动模拟平台在教学和科研方面都具有很好的使用价值和实际意义。     

基于FPGA的速度和位置测量板卡的设计与实现

针对增量式光电编码器经典速度测量算法M／T法低速采样时间过长和位置测量算法精度不高的问题,本文基于定采样周期M/T法设计实现了速度和位置测量板卡。采用Xilinx公司的XC3S400FPGA为核心控制芯片进行设计,并设计PCI04总线接口实现板卡与控制器的数据通信。该板卡接收处理光电编码器的反馈脉冲得到速度和位置参数,将数据通过PCI04总线接口传递给控制器。实验表明,板卡的最小采样时间达到1ms,并且位置测量精度可达5×10^-5。     

半导体湿法腐蚀中溶液的红外热像分布及其变化特性

提出了半导体湿法腐蚀中溶液热分布及其变化特性的红外热像分析方法。该方法的实质是湿法腐蚀中伴随着热量的生成与腐蚀液的热对流，利用红外热像分布图可以有效地显示该特征。实验结果表明：在半导体腐蚀过程中，化学热以半导体材料为中心，向四周梯度状对流；向上的热对流速率明显大于水平的热对流速率；红外热像仪可以实时纪录热对流过程，并获得任意时刻、任意小区域的热流情况，使得对湿法腐蚀过程中热对流特性的分析和理解更加直观。该方法的引入对半导体腐蚀过程中温度精确控制、腐蚀性能提高有重要的价值。     

增量式编码器在光电平台上的应用

为了实现增量式编码器在光电平台上的应用,设计了TMS320F2812的QEP电路采集位置信息和SPI通信电路实现零位的实时标定。在系统设计中,通过分别驱动方位俯仰方向上的电机,实现上电寻零。之后,结合串行外设接口(SPI)与EEPROM通信,实现零位的实时标定。最终,通过在CCS环境下编程、调试,得到满意的试验结果,成功将编码器应用在光电平台上。     

人眼像差校正仪成像CCD随动控制的设计与实现

建立了一套基于LCOS人眼像差校正仪的成像CCD最佳像面随动控制系统,使以往困扰该系统的寻找成像CCD最佳像面的问题得到解决。该最佳像面自动调焦系统采用步进-计算-比较的方式,通过对相邻图像的模糊程度和一致性的对比,可以在很短时间内找到接近最佳理论值的像面位置。使用该自动调焦系统,医务人员可以更有效地发挥自适应系统在眼底视网膜观测领域的优势,获取比传统眼底镜更有价值的眼底细微图像,也可以进一步实现对多个小视场眼底视网膜图像进行拼接,实现对动态大视场区域的实时观测。     

红外系统自动调焦技术的研究与工程实现

研究并实现了一种适用于红外热像仪实际工程应用的自动调焦技术。该技术采用轴向移动变焦方式,选取拉普拉斯(Laplacian)算子作为评价函数模板,以优化的爬山搜索法进行峰值判断,同时结合PID的控制方法驱动调焦电机,最终实现了稳定、快速、精确的自动对焦,并充分考虑了对实际应用中场景目标的适用性。本技术以FPGA为核心处理器,采用SoPC(system on programmable chip,可编程片上系统)的处理架构实现算法,成功应用于工程项目中。     

红外热像仪高精度测温标定技术

红外热像仪能够监测目标温度从而起到事故预警与位置确认、大规模人体表面温度筛查等作用。由于环境温度变化与红外辐射吸收产生的温度漂移现象,目前大部分测温红外热像仪需要采用黑体进行实时校正,但是基于黑体的红外热像仪架设场景固定,便携性差。针对以上问题提出了一种无黑体式红外热像仪测温标定和温度补偿技术,通过对红外测温原理进行推导,采用多黑体标定获得目标温度与辐射量的先验关系,针对探测器内部结构引起温度漂移,由牛顿冷却定律进行非线性建模实现实时温度补偿。通过实验验证,所提出的测温标定技术可将测温平均相对误差长时稳定保持在0.9%以内,相比于标定前平均相对误差有效降低64%,从而实现小型化红外热像仪便携、实时、稳定高精度测温。     

基于STM32的无刷直流电机控制器硬件电路设计及实验研究

以STM32F103C8T6为核心,设计了无刷直流电机控制器硬件电路。电路主要包括IR2310构成的PWM驱动电路、IRF3808构成的逆变电路、增量式旋转编码构成的速度反馈电路。控制器具有CAN和RS232通信接口,可与计算机或PLC构成速度或位置伺服系统。利用由xPC目标搭建的半实物仿真平台对PI参数进行整定。测试了控制器的速度伺服响应性能,给定速度为2400rpm时,控制器响应时间为0.32s。实验结果表明,系统工作可靠,稳定性好,响应速度快,可以满足上肢康复机器人要求。     

一种视频字幕显示控制电路的设计

文章介绍了一种可远程接收的智能视频字幕显示控制电路。该电路采用MCS8051单片机作为控制核心,EPF7064S可编程逻辑器件产生所需时序及信号,W9952QP视频解码器产生视频信号。着重阐述了可编程逻辑器件内部逻辑电路的设计。     

磁旋转编码器四倍频电路分析与集成化设计

提高位置测量的精度是提高电机定位精度的主要途径。增量式磁旋转编码器作为转角位置传感器,可以用四倍频的方法提高其测量精度。设计了针对增量式磁旋转编码器四倍频集成电路,详细分析了其工作原理,并通过电路逻辑表达式分析证明了电路逻辑结构的严密性,从原理上说明了电路的精度和稳定性。给出了该集成电路输入输出引脚的仿真时序图和封装图。     

一种基于西门子S7-200CPU226CN系列PLC的智能并行控制系统模型

为了实现对工业对象进行智能并行控制,采用可编程控制器（PLC）控制250W,6/4极,3相,24V线性开关磁阻电机（LSRM）。PC和PLC之间使用串行端口进行通信。基于C#语言编制监视和控制程序。软件显示了电机的相位和速度电流,并进行了曲线测量。确定电机的现有位置和脉冲数,并使用线性增量式编码器进行显示。结果表明由PLC控制的LSRM研究引导了工业实践和教育部门强调线性运动的重要性,所有类型的LSRM都可以在开发的系统中使用。     

Optimal higher-order encoder time-stamping

Optical incremental encoders are used to measure the position of motion control systems. The accuracy of the position measurement is determined and bounded by the number of slits on the encoder. The position measurement is affected by quantization errors and encoder imperfections. In this paper, an extension to the time stamping method is proposed. The time stamping method uses encoder events, consisting of encoder counts and their time instants captured at a high resolution clock, to estimate accurate position, velocity and acceleration signals in real-time. The extension includes skip and delay options in order to obtain good position, velocity and acceleration estimates even for a very limited number of stored events, as desired in many embedded control applications. The time-stamping method with skip and delay options is referred to as higher order time stamping (HOTS). Real-time experiments on a motion system show that the proposed HOTS method significantly improves the position, velocity and acceleration estimates compared to the original time stamping method.     

一种快速扫描伺服系统的设计与实现

针对某雷达天线需要快速机械扫描的需求,设计并实现了一种快速扫描伺服系统.硬件设计上,采用了直流力矩电机直接驱动,选择了高分辨率的增量式码盘同时完成测速和测角.软件控制策略上,采用了反馈加指令前馈的复合控制方式,利用非线性跟踪微分器完成了对码盘速度信号的平滑滤波,另外还设计了一种光滑的合成位置扫描指令.文中首先给出了系统软硬件的详细设计过程,然后进行了系统仿真和实测验证.仿真和实测结果表明,设计的扫描伺服系统不仅实现了对快速位置扫描指令的高精度跟踪,而且做到了低机械噪声的快速扫描.     

Field oriented control of induction machines employing rotor endring current detection

The usual method of induction motor torque control uses the indirect field orientation principle in which the rotor speed is sensed and slip frequency is added to form the stator impressed frequency. Unfortunately, the rotor resistance varies as the motor heats up under load thereby changing the rotor time constant which has a deleterious effect on the torque response. In this paper two new field oriented control schemes are presented which employ rotor end ring current detection and thereby remove the dependence of the controller accuracy on temperature so that the controller is entirely independent of rotor time constant variations. The field orientation schemes do not require an incremental encoder for rotor position sensing. The motor torque can be accurately controlled even down to zero speed operation     

基于动态规划的对焦步进电机控制

为了解决STM(stepper motor)镜头中步进电机低频对焦慢、高频失步跑焦的问题,通过分析对焦过程中电机的加减速动作,结合步进电机加减速曲线,设计了一种适用于STM镜头驱动的步进电机开环控制算法.算法根据步进电机速度在单位控制周期内不变,把步进电机位置控制问题转换为单位控制周期内脉冲输出问题,实现了速度控制与位...