專利名稱：一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于精密跟蹤和測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)跟蹤和測量系統(tǒng)中，對于一類大口徑望遠(yuǎn)鏡或類似光學(xué)系統(tǒng)，由于其慣量大、頻帶窄、響應(yīng)慢，要求直接實(shí)現(xiàn)快速高精度跟蹤是極其困難的。要保證對加速度目標(biāo)進(jìn)行高精度的跟蹤和測量，必須有一個精密的跟蹤系統(tǒng)。在精密跟蹤控制系統(tǒng)中，對于一類大口徑望遠(yuǎn)鏡或類似光學(xué)系統(tǒng)，要求有非常高的控制精度和快速的響應(yīng)能力。但是由于其慣量大、頻帶窄、響應(yīng)慢，要求直接實(shí)現(xiàn)快速高精度跟蹤是極其困難的?？焖俚捻憫?yīng)能力意味著系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)要快，系統(tǒng)帶寬要寬；高的控制精度意味著系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差要小，而兩者之間將會產(chǎn)生一些矛盾，快速響應(yīng)可能引入系統(tǒng)超調(diào)，寬帶寬勢必引入高頻噪聲，降低系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，從而影響精度。因此尋求一種既能提高快速響應(yīng)能力又不致于降低控制精度的方法是很有意義的。
發(fā)明內(nèi)容針對背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有跟蹤控制系統(tǒng)，在控制精度和響應(yīng)能力方面的不足，本實(shí)用新型提出了一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)。其技術(shù)方案是，一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括嵌入式控制板、電渦流傳感器、超磁致伸縮作動器和上位機(jī)；所述嵌入式控制板包括OMAP主控芯片、輸入通道和輸出通道；所述輸入通道包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一低通濾波器；所述輸出通道包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器和壓控恒流源；其中，所述OMAP主控芯片分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接；所述電渦流傳感器、第一低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器順次連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器、壓控恒流源和超磁致伸縮作動器順次連接；所述電渦流傳感器安裝在超磁致伸縮作動器上；所述OMAP主控芯片通過USB接口與上位機(jī)連接。本實(shí)用新型的有益效果是，采用嵌入式控制板為主體構(gòu)成的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速、實(shí)時和高精度的精密跟蹤控制。本實(shí)用新型具有體積小、集成化程度高和擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定。

圖I是本實(shí)用新型提供的一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型提供的基于逆補(bǔ)償?shù)那梆?PID反饋跟蹤控制系統(tǒng)框圖；圖3是本實(shí)用新型提供的智能結(jié)構(gòu)建模、逆補(bǔ)償?shù)那梆?PID反饋控制流程圖；圖4是本實(shí)用新型提供的單頻40Hz時開環(huán)控制與前饋+PID反饋控制的效果圖；其中，(a)為開環(huán)控制效果圖；(b)為前饋+PID反饋控制效果圖；圖5是本實(shí)用新型提供的復(fù)頻30Hz+40Hz+50Hz時開環(huán)控制與前饋+PID反饋控制的效果圖；其中，Ca)為開環(huán)控制效果圖；(b)為前饋+PID反饋控制效果圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。圖I是本實(shí)用新型提供的一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖I中，一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括嵌入式控制板、電渦流傳感器、超磁致伸縮作動器和上位機(jī)；所述嵌入式控制板包括OMAP主控芯片、輸入通道和輸出通道；所述輸入通道包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一低通濾波器；所述輸出通道包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器和壓控恒流源；其中，所述OMAP主控芯片分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；所述電渦流傳感器、第一低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器順次連接；所述電渦流傳感器用于檢測位移變化；所述第一低通濾波器用于濾掉傳感器信號中混雜的高頻干擾信號；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器、壓控恒流源和超磁致伸縮作動器順次連接；所述第二低通濾波器用于將階梯狀的模擬電壓量變成平滑曲線狀的模擬電壓量；所述壓控恒流源用于將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號；所述電渦流傳感器安裝在超磁致伸縮作動器上；所述超磁致伸縮作動器用于根據(jù)電流信號實(shí)現(xiàn)作動器的伸長或縮短；所述OMAP主控芯片通過USB接口與上位機(jī)連接，用于接收上位機(jī)指令及數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)發(fā)出位移指令，通過輸出通道轉(zhuǎn)換成電流輸出至超磁致伸縮作動器，電渦流傳感器檢測位移變化輸出至輸入通道，經(jīng)過OMAP嵌入算法處理后得到的位移值與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差。如圖2為本實(shí)用新型的基于逆補(bǔ)償?shù)那梆?PID反饋跟蹤控制系統(tǒng)框圖。在前饋+PID反饋跟蹤控制系統(tǒng)中，首先給出一個正弦位移值y,(k)，然后采用基于LS-SVMR的智能結(jié)構(gòu)逆模型得到給定理想位移時所需理想控制電壓I (k)，在反饋環(huán)中，理想位移(k)和被測位移y (k)(由y⑴離散化得到)比較得到誤差信號e (k)，e (k)反饋于PID控制，計(jì)算出額外的輸出電壓Au。Au與理想控制電壓ujk)相加得到實(shí)際控制電壓u (k)，經(jīng)D/A輸出u(t)，通過功率放大器驅(qū)動GMA，得到實(shí)際輸出位移y (t)。k時刻輸出到D/A的實(shí)際控制
電壓= A ye{k) ■+■ K,.+ —(e(k) — e(k — I)) + u,.(k)。
J=OI圖3是本實(shí)用新型提供的智能結(jié)構(gòu)建模、逆補(bǔ)償?shù)那梆?PID反饋控制流程圖。圖3中，控制算法具體包括以下步驟步驟I :變量初始化；步驟2 :判斷采樣中斷是否發(fā)生，若是，則OMAP主控芯片控制D/A發(fā)出設(shè)定的參考電壓值，電渦流傳感器采集位移變化輸出模擬電壓量，A/D將來自電渦流傳感器、與位移量存在對應(yīng)關(guān)系的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，保存二者數(shù)據(jù)；直至完成設(shè)定的采集次數(shù)；若否，則繼續(xù)等待；[0025]步驟3 :對采集的輸入輸出數(shù)據(jù)，使用LS-SVM建立GMA的逆模型；步驟4 :若采樣中斷發(fā)生，設(shè)定的位移值yJkT)，根據(jù)逆模型算出電壓UjkT)；步驟5 :對控制方式進(jìn)行選擇，“前饋+PID控制”或“開環(huán)控制”;若選擇“前饋+PID控制，，:ur(kT)與PID輸出Au相加得到u(kT)，D/A輸出至GMA ;若選擇“開環(huán)控制”叫(kT)作為u(kT)，D/A輸出至GMA;步驟6 A/D轉(zhuǎn)換器將當(dāng)前時刻電渦流傳感器采集的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；步驟7 :若循環(huán)控制次數(shù)達(dá)到，結(jié)束循環(huán)，保存輸入輸出數(shù)據(jù)。圖4是本實(shí)用新型提供的單頻40Hz時開環(huán)控制與前饋+PID反饋控制的效果圖；其中，(a)為開環(huán)控制效果圖；(b)為前饋+PID反饋控制效果圖。圖4中，開環(huán)控制的RMSE為I. 6um,前饋+PID反饋控制的RMSE為O. 93um。圖5是本實(shí)用新型提供的復(fù)頻30Hz+40Hz+50Hz時開環(huán)控制與前饋+PID反饋控制的效果圖；其中，Ca)為開環(huán)控制效果圖；(b)為前饋+PID反饋控制效果圖。圖5中，開環(huán)控制的RMSE為2. 07um,前饋+PID反饋控制的RMSE為I. 23um。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括嵌入式控制板、電渦流傳感器、超磁致伸縮作動器和上位機(jī)；所述嵌入式控制板包括OMAP主控芯片、輸入通道和輸出通道；所述輸入通道包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一低通濾波器；所述輸出通道包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器和壓控恒流源； 其中，所述OMAP主控芯片分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接； 所述電渦流傳感器、第一低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器順次連接； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器、壓控恒流源和超磁致伸縮作動器順次連接； 所述電渦流傳感器安裝在超磁致伸縮作動器上； 所述OMAP主控芯片通過USB接口與上位機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了精密跟蹤和測量技術(shù)領(lǐng)域的一種智能結(jié)構(gòu)的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)。其技術(shù)方案是，所述系統(tǒng)包括嵌入式控制板、電渦流傳感器、超磁致伸縮作動器和上位機(jī)；所述嵌入式控制板包括OMAP主控芯片、輸入通道和輸出通道；所述輸入通道包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一低通濾波器；所述輸出通道包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器和壓控恒流源。本實(shí)用新型的有益效果是，采用嵌入式控制板為主體構(gòu)成的實(shí)時微位移跟蹤控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速、實(shí)時和高精度的精密跟蹤控制。
文檔編號G05D3/12GK202815600SQ20122055692
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者張文廣 申請人:華北電力大學(xué)