时栅转台自动标定系统的研究

提出一种自动检测时栅转台误差、辨识误差模型系数和误差补偿的方法。该系统利用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,以高精度的圆光栅作为基准量仪, 以双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现系统的高精度定位。在对极点8个待定参数和对极内20个待定参数分别进行傅里叶变换的参数辨识,得到辨识误差模型的系数,实现了实时在线误差补偿。实验结果表明,时栅转台的精度达到2.4″,提高了时栅转台标定精度与标定效率。     

复杂机电系统中的嵌入式位置检测新技术体系研究

复杂机电系统已步入智能化、集成化高速发展阶段,但其中最重要的位置精密检测技术却一直依赖外置传感器而无法实现与被测部件的有机融合。本研究尝试将一种全新的寄生式时栅传感技术应用于包含机械驱动、机械传动和机械运动全过程及其典型机电部件,从而构建一种嵌入式位置检测新技术的完整体系。这种技术充分利用被测部件自身具有的机械等分性(电动机绕线槽、齿轮等分齿、轴承均分钢球等)配合以时钟脉冲为位移测量基准的时栅传感器技术,具有一系列突出的产品化优势,有望发展成为一种无传感器位置检测系列化实用新技术。     

关于高速隧道施工安全措施及质量控制的研究

随着我国科技的不断进步,城镇化建设的不断推进,道路交通建设的重要性也随之加强,其中高速隧道施工工程承担着重要的责任。无论是公路隧道、铁路隧道或是地铁隧道,其质量控制和安全措施都是施工的关键。文章就是针对高速隧道施工安全措施及质量控制进行总结性研究。     

NiMnGa和NiMnFeGa单晶磁感生应变的温度依赖性及孪晶界移动的能量损耗

在提拉法生长出Ni52Mn16.4Fe8Ga23.6单晶样品的基础上,测量了其相变应变和磁感生应变。与Ni52Mn24.5Ga23.5单晶样品的实验结果对比分析可知,两种材料都具有较大的自发相变应变量和磁感生应变量,但Ni52Mn16.4Fe8Ga23.6单晶的磁感生应变具有较好的温度稳定性。依据实验结果和利用热动力学原理,分别计算了两种单晶样品磁感生应变升降磁场一个循环过程中孪晶界移动的能量损耗,给出了能量损耗随温度变化的关系,结果表明磁感生应变量可定性反映一个循环过程中孪晶界移动的能量损耗。     

基于非线性磁场耦合的寄生式时栅位移测量方法

由于大型机床的回转工作台具有大型、中空、强冲击振动等特点,在闭环控制过程中无法安装传统角编码器,而现有检测方法具有安装要求高、精度无法保证等问题,提出一种利用与转台同轴刚性连接的蜗轮的齿槽等分特性实现角度测量的寄生式时栅测量方法。首先利用蜗轮蜗杆齿面坐标变换和啮合方程,建立蜗轮齿顶面数学模型;其次采用分段函数方法研究传感单元与蜗轮齿顶面磁场耦合面积变化,建立非线性磁场耦合条件下的位移传感理论模型。在特定蜗轮和传感器参数条件下,对传感器建模并进行有限元仿真。根据仿真结果修正理论模型,优化传感器结构并制作原理样机,搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明,在整周范围内传感器静态测量误差峰峰值达到7″,为应用于非线性磁场耦合条件下的寄生式时栅位移传感器开发提供了理论依据。     

基于平面线圈的基波脉振磁场构造方法研究

为了减小电磁式时栅位移传感器的原始误差,提出了一种基于平面线圈的基波脉振磁场构造方法.通过研究现有电磁式时栅磁场构造方法和平面线圈磁场分布特性,利用各次谐波畸变率THD(Total Harmonic Distortion)最小的优化算法,得到平面线圈最优化布置参数,并且在数值分析和有限元分析软件中得到了验证.根据这些参数设置,设计了基于多匝方形平面线圈的新型电磁式时栅位移传感器.在150 mm量程内,新型时栅原始误差为-32μm~23μm,较现有电磁式时栅位移传感器减小了42.3%.     

感应同步器测角系统短周期误差的研究及软件补偿

为了进一步提高感应同步器的精度,在详细分析了感应同步器1°内短周期误差(对极内误差)的组成与分布规律--各次谐波误差沿空间正弦分布的基础上,提出了一种误差谐波补偿新方法;该方法把沿空间正弦分布的非线性误差转化成线性误差,并采用最小二乘理论对各次谐波误差进行补偿,该误差补偿最后通过软件实现;实验证明,采用误差谐波补偿新方法,使感应同步器的精度提高到了1″左右,大大提高了感应同步器的原有精度.     

磁导调制型时栅位移传感器测量方法研究

时栅位移传感器采用时空坐标转换理论,可在低加工精度条件下实现角位移的高精度测量,现已应用于高精度数控转台控制系统中。原有的场式时栅位移传感器借鉴电机结构,通过转子线圈感应旋转磁场产生电行波,再通过滑环引出。为了消除滑环结构,进一步降低成本、提高传感器抗干扰能力,通过磁导调制方法产生两路驻波并合成电行波,采用两路驻波磁路分离式结构,设计去除转子绕线的磁导调制型时栅位移传感器。利用电磁仿真软件对传感器的各项参数进行仿真优化,传感器仿真电行波幅值变化6.1%;采用光栅进行精度标定实验,测量精度达到-2.7″~+2.2″。     

变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究

针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。     

磁场式位移传感器误差的数理模型研究

现场自校准技术关系到磁场式位移传感器的生命。由于两个传感器在加工、安装上细微的不一致,导致现有的"多传感器协同修正"的误差自修正方法实效并不明显。通过考察在相同的测量值微小增量情形下,其对应的间距均匀的理想转子和间距不均匀的实际转子不同的微元增量,进而在微单元层面建立起他们的数量映射关系,最终在数量上推导出整周的大范围误差的数学结构;同时,提出了一种可以在复杂工况下,不依赖于外部参考基准,从其自身的整周递增测量值序列中提取出动态误差的方法。此方法及其结论还为各类位移传感器克服刻线偏差提供了一种全新的思路和解决方案。结合实验进行验证,在一般回转精度转台下,单个位移传感器的修正精度达到峰-峰值±5.5″。