【英译汉】双驱动三自由度混合平台的精密运动控制
发表在IET控制理论与应用
收到于2007年2月16
2007年7月24日修订
分类号：10.1049 /英国工程技术学会-cta：20070054
I
SSN 1751-8644 双驱动三自由度混合平台的精密运动控制
华园区
韩国水原市灵通区京畿道443-742号三星电子有限公司机电一体化及制造技术中心事业部开发组办公室3栋416室
邮箱：ym-park@kaist.ac.kr
摘要：作者介绍了一种三自由度精密混合工作台，这种工作台使用共焦扫描显微镜通过移动
--工作台组成，即粗和调整对象来测量它的三维图像。混合工作台由两个独立操作x yθ
动台和微动台。粗动台由三个直线电机驱动，产生运动对象的初始运动位移。另一方面，微动台由四个音圈电机驱动，产生最终的亚微米级精度的调节。精密运动控制器是混合平台控制的必要配件。精密运动控制器由以下五个部分组成：位置和速度控制回路，消除控制器出现饱和问题的抗饱和补偿器，合适功率的发电机，确定微动台确切位置的精密定位，观测和补偿微动台扰动的扰动观测器。精密运动控制器的性能由硬件配置的实验来测评。
1、介绍
纳米级精密运动控制用高带宽提供精密位置的稳定性，是工业和科学应用尤其是包括光刻技术和集成电路模式[1-3]，高密度磁性数据存储设备的制造和操作[4-7]上一个非常重要的问题。
一般情况下，传统工作台在设计操作上注重一些运动约束，为了执行多自由度工作台，这些用机械零件装配的运动约束需要复合。这些运动约束会产生接触摩擦和误差积累[9]，因此，很难用高宽带实现高性能运动控制系统以及纳米级稳定性大行程的精密多自由度工作台。
只使用粗定位驱动器如直线电机或液压执行机构的工作台，在低速运动和高频运动共振模式中会产生非线性摩擦。因此，只使用可以提供大行程的粗定位驱动器难以得到精密运动控制性能。克服这种局限性的方法之一是采用微驱动器，如压电驱动器或音圈电机（VCM）。但是，微驱动器的行程是大约是几百米微米到几毫米，这也是它的局限。因此，如果用粗定位驱动器和微驱动器设计一个混合驱动系统，就可以利用它们的优势并相互补偿它们的缺点。到目前为止，已经有一些混合驱动系统设计的研究。例如，超精密双伺服系统已被提出[1-3]代替光刻步进电机。为获得高伺服带宽和执行干扰抑制，由音圈电机和微驱动器组成的双级驱动系统已经在研制[10，11]。一种旨在实现硬盘驱动器双级系统的低驼峰灵敏度功能的新型控制设计正在研究[4]。需要注意的是，根据文献[4]，具有低驼峰灵敏度功能的伺服控制系统，能够减小一个系统中干扰的作用。双级硬盘驱动器系统的基本控制设计在[5-7]已经被提出，并且双级伺服系统的性能增强方法也已经被提出在[12，13]。
本文提出了一个使用共焦扫描显微镜通过移动和调整对象来测量它的三维图像的三自由度精密混合工作台。由于其精密的分辨率和三维表面分析能力，共焦扫描显微镜可以观察到亚微米级尺寸的材料。混合工作台包含两个独立操作x-y-θ工作台，即粗动台和微动台。粗动台由三个直线电机驱动，微动台由四个音圈电机驱动。粗动台和微动台不是机械地相互联系，可以独立控制。
为了说明控制混合工作台，笔者在本文提出了精密运动控制器。精密运动控制器由位置和速度控制回路，消除控制器出现饱和问题的抗饱和补偿器，合适功率的发电机，确定微动台确切位置的精密定位，观测和补偿微动平台扰动的扰动观测器组成。需要注意的是，在本文中，微动台的确切位置是微动台中心的位置，并且由微动台的方向角精确测定。精密运动控制器的性能通过实验进行评估。
本文的其余部分安排如下：第2节中，描述混合工作台的系统概述。在第3节中，提出混合工作台的控制方法。在第4节中，给出混合工作台运动控制的实验结果。最后，在第5节中给出一些结论性意见。
2、混合工作台的描述 2.1 混合工作台概述
首先，给出混合工作台的概述。图1显示的是本文中的混合工作台的示意图。混合工作台使用共焦扫描显微镜通过移动和调整对象来测量它的三维图像。共焦扫描显微镜拥有光学层析能力，并能产生三维表面轮廓。共焦扫描显微镜的测量原理是基于从物镜焦点反射的一束光线成像，而所有漫反射光通过针孔被过滤掉的事实。这创建了一个所有对象点的集中二维图像，这些点在扫描过程中位于焦平面内，类似地图的等高线。用自动变焦平面扫描整个样品产生高分辨率和扩大相应表面部分的图像。共焦扫描显微镜的垂直和水平分辨率为分别为30nm 和140nm 。
混合工作台由两个独立操作x y θ--工作台组成，即粗动台和微动台。粗动台产生对象初始位移，微动台提供对象最后调整位移。由于分辨率为0.31nm 的激光干涉仪在微动台中作为位置传感器使用，精密控制对象最终的调整成为可能。空气轴承支承混合工作台的运动部件使他们可以无机械接触地浮动在底座上。底座材料是花岗岩，底座用隔离器相连接，可以抑制内部和外部的震动。
2.2 粗动台
粗动台的示意图如图2。粗动台由三个直线电机驱动，使用14个空气轴承作导轨和三个线性编码器作为位置传感器。直线电机可以被以下的洛伦兹力驱动
()()t LM LM LM LM F i t dl B =?? （1）
其中的
()
t LM F 、
()
LM i t 、
LM l 、LM B 分别为力、电流、线圈长度和直线电机的磁通密
度。使用的是输出力为233N 的三相直线电机。三个直线电机机械地连接在一个H 形刚架上，并生成粗动台x y θ--的运动。具体来说，两个直线电机LM1和LM2的定子固定在底座上并且相互平行。两个直线电机LM1和LM2的滑块通过浮在底座上的直线电机LM3的定子连接起来。因此，直线电机1LM 、2LM 、3LM 的移动决定粗动台x y θ--的运动。每个直线
电机的重量是15千克。粗动台的位置传感器是一个5nm 分辨率的线性编码器。粗动台提供了一个2
500500mm 的大工作区。
图1 混合工作台示意图
图2 粗动台的结构
激光干涉仪
直线电机（LM2）
音圈电机 平面镜 倍镜
接下来推到粗动台的运动学公式。粗动台如图2所示，向量()c p t 由下式得到：
()()()()c c c c p t x t y t t θT
=???? （2）
其中，()c x t 和()c y t 分别是粗动台的c X 和c Y 位置，()c t θ是粗动台的方向角。
向量()LM p t 由下式得到：
()()
()
()312LM LM LM LM p t x t y t y t T
=???? （3）
其中，()3LM x t 、()1LM y t 、()2LM y t 分别是三个直线电机的位移1LM 、2LM 、3
LM 的位移。在（3）中，()3LM x t 、()1LM y t 、()2LM y t 由线性编码器测量。假设（2）中的方向角()c t θ很小，（2）中的向量()c p t 由下列公式确定：
()()()c c =LM p t H t p t （4）
其中，()()()3321121212
12100
11
0LM LM c L x t L x t H t L L L L L L L L ?
?????
-+?
?
=??++??
??-??
++?
?
（5）
在（5）中，1L 和2L 分别是直线电机1LM 、2LM 的中心到粗动台中心的距离。在后续中，公式（4）体现了粗动台的位置和方向角。
2.3 微动台
微动台的结构如图3所示。微动台由四个音圈电机驱动，使用四个空气轴承作为导向，激光干涉仪作为位置传感器。四个音圈电机位于同一平面上，使产生微动台横摇运动和纵摇运动的倾斜力可以忽略不计。音圈电机产生的洛伦兹力如下：
()()d VCM VCM VCM VCM F t i t l B =?? （6）
其中，
()
VCM F t 、()VCM
i
t 、VCM l 和VCM B 分别是音圈电机的力、电流、线圈长度和磁通
密度。四个音圈电机按下面的公式产生微动台x y θ--的运动：
()()VCM f AF t u t = （7）
其中，11000
0112
2
2
2A b b a a ?????
?
=????--????
（8） ()()()()()1234VCM VCM VCM VCM VCM F t F t F t F t F t T
??=?? （9）
()()()()x y f f f f u t F t F t T t θT
??=--??
（10）
在（8）-（10）中，a 是音圈电机1VCM 的中心到3VCM 的中心（或者是2VCM 的中心到4VCM 的中心）的距离，b 是1VCM 的中心到4VCM 的中心（或者是2VCM 的中心到
3VCM 的中心）的距离。()i VCM F t ，1,,4i = 分别是i VCM ，1,,4i = 的力。()x f F t 和
()y f F t 分别是微动台X 轴和Y 轴的控制力，()f T t θ是微动台的控制力矩。
图3 微动台的结构
如果给1VCM 、2VCM 的线圈通电，则微动台沿X 轴方向运动。同样，给3VCM 、4
VCM 的线圈通电，微动台沿Y 轴方向运动。此外，如果给每个线圈合适的电流，则微动台在θ方向运动。每个音圈电机产生220N 的力，每个微动台重36.5g k 。微动台的位置传感器是分
辨率为0.31nm 的激光干涉仪。激光干涉仪通过把激光束投影到连接在微动台顶部的L 形平面镜上来测量微动台x y θ--的运动。微动台的工作区是2
55mm ?，方向角范围是0.05?
。
微动台的运动推导如下。向量()f p t 由下式给出：
()()()()f f f f p t x t y t t θT
??=?? （11）
其中，()f x t 和()f y t 分别是微动台f X 和f Y 的位置，()f t θ是微动台的方向角。向量
()VCM p t 由下式得到：
()()
()()=VCM VCM VCM VCM p t x t y t t θT
???? （12）
其中，()VCM x t 和()VCM y t 分别是音圈电机X 轴和Y 轴的位移，()VCM t θ是音圈电机的方向角，等于()f t θ。在式12中，()VCM x t 、()VCM y t 和()VCM t θ用激光干涉仪测量。和式（2）中()c t θ相比，式（12）中的方向角()VCM t θ很小，为了确定式（11）中的()f x t 和()f y t ，应该考虑()VCM t θ，通过冗长的计算可以得到下面的公式：
()()()()()()()()()cos cos cos sin f VCM VCM VCM VCM VCM VCM x t x t t t y t t t γθγθγθγθ????=+---+????
（13）
()()()()()()()()()cos cos cos sin f VCM VCM VCM VCM VCM VCM x t x t t t y t t t γθγθγθγθ????=+---+????
（14）
其中，γ是微动台的中心到连接在微动台顶部的L 形平面镜的距离。因此，微动台的位置可以由（13）和（14）精确确定。
需要注意的是，在图4所示中，音圈电机由磁铁、磁轭和线圈组成，音圈电机的磁铁和磁轭固定在微动台上。另一方面，音圈电机的线圈固定在粗动台上。此外，磁铁插入到磁轭中，且不与线圈接触。因此，粗动台和微动台是非机械地连接的，能够独立地控制。
图6 音圈电机的结构
磁轭 力的方向
3 混合工作台运动控制方法 3.1 混合工作台控制系统的概述
这部分提出一种混合工作台x y θ--运动的精密运动控制方法。混合工作台的运动控制性能主要取决于微动台的运动控制性能，因为微动台完成运动对象的最后调节。因此，本节的重点集中在微动台的精密运动控制。
混合工作台控制系统的框图如图5所示，粗动台和微动台在共同的参考命令下独立控制。
图5 混合工作台控制系统的结构框图
混合工作台的参考命令由下式得到：
()()()()ref ref ref ref p t x t y t t θT
=???? （15）
其中，()ref x t 、()ref y t 和()ref t θ分别是混合工作台的X 轴位移参考命令、Y 轴位移参考命令和方向角参考命令。 3.2 粗动台控制系统
定义粗动台的误差向量()c e t 为：
()()()ref c c e t p t p t =- （16）
其中，()ref p t 和()c p t 是在式（15）和（2）中定义的，接下来阐述的是粗动台控制系统的各个部分。首先，粗动台控制器由一个位置控制回路、一个速度控制回路和一
个抗积分饱和补偿器组成。具体来说，如图6所示，位置控制回路有一个比例控制器，速度控制回路有一个比例和积分控制器。此外，为了消除积分控制器引起的饱和问题，速度控制回路要和一个基于[14]的抗积分饱和补偿器结合起来。在图6中，,1,,4i k i = 是正的标量，s 是拉普拉斯算子。为控制粗动台x y θ--的运动，粗动台控制器产生三个控制输入()1LM F t 、()2LM F t 和()3LM F t 。其中，()1LM F t 、()2LM F t 和()3LM F t 分别
是三个直线电机1LM 、2LM 和3LM 的控制力。
其次，粗动台运动意味着通过（4）把（3）中的()LM p t 转化成（2）中的()c p t 。最后，粗动台逆运动表示了把（16）中的()c e t 转化成由下式得到的误差向量()LM e t 。
()()()()()()()()()()111ref ref LM c c c c c LM e t H t e t H t p t p t H t p t p t ---==-=- （17）
其中，()c H t 由（5）定义，其逆矩阵是：
()()()331
12100=0101c LM LM H t L x t L x t -????--????-????
（18）
图6 粗动台和微动台控制器的结构框图
3.3 微动台的控制系统
微动台的误差向量()f e t 定义为：
()()()f ref f =e t p t p t - （19）
其中，()ref p t 和()f p t 在（15）和（11）中定义。接下来描述的是微动台控制系统的各个部分。第一，如图6所示，微动台控制器具有和粗动台控制器相同的结构。为控制微
抗积分饱和控制器
比例积分控制器
反馈数据
动台的x y θ--运动，微动台控制器产生三个控制输入()f
x
F t 、()f y
F t 和()f T t θ
。
第二，精密定位的意思是方程（13）和（14）。第三，最佳力发电机为四个音圈电机提供最佳力，如（7）中所示，设计了三个控制输入()f x F t 、()f y F t 、()f T t θ后，还
应确定四个音圈电机的四个力(),1,,4i VCM F t i = 。在这种情况下，对于四个力(),1,,4i VCM F t i = ，
（7）有无穷多解，因为含有四个未知数的三个方程是不定的。在关于以上问题的众多解决方法中，笔者结合最小二乘问题对（7）提出了下面有意义的
解决方法。
()()()()()22f 2
2+f f 22f 2
210201
1=220102
x y VCM b a b b F t a b
F t A u t F t a T t a b a a b θ????
+??
??
-??-????+=-???
?????????+????
??-+?
?
（20） 其中，()VCM F t 是随着()VCM F t 最小化的一种最佳逼近，
+
A 表示一个奇异值分解[15]定义的伪逆。自然地，（20）中的()VCM F t 是（7）的最小规范解，因此，在一定的控制工作上可以实现最佳控制。最后，笔者通过扩展研究提出了前馈和反馈扰动观测。具体
地说，施加到微动台标称动态的扰动可以由下式表达：
()()()()n n f f f f f f t H p
t B p t u t ψ=+- (21) 其中，n f H 和n f B 分别是微动台的标称惯性矩阵和标称粘性阻尼系数，()f u t 是（10）中定义的微动台的控制输入。由于实际工作中，输入输出存在因果关系，信号的一阶延迟
是不可避免的，扰动观测如下：
()()(){}()n
n
f f f f f f f ?c c c t D H p t t B p
t t u t t ψ=-+--- (22) 其中，f D 是标量元素的对角矩阵，起()f ?t ψ
逼近实际扰动 ()f t ψ的作用，c t 是控制区间。如果把(22)中的()f ?t ψ
用在微动台的标称动态上以补偿扰动，微动台的标称动态方程可以化为：
()()n n f f f f f f H t p
B p t ηψ+= (23) 其中
()()()f f f ?t u t t ηψ
=+是跟踪控制输入，()()()f f f ?t t t ψψψ=- 是扰动补偿误差。参考命令可以用在跟踪控制上，前馈扰动观测如下：
()()(){}
()ff
ff
fn
n f f f ref f ref f ?c c c t D H
p t t B p
t t u t t ψ
=-+--- (24) 其中，ff f D 是标量元素对角矩阵。()()ff f f f ?t t ψ
ψψ?=- 给出的扰动残余由前馈扰动观测补偿：
()()()(){}()(){}
()()fb
fb n n ff n n f f f f f f f f f ref f ref f f ?222c c c c c c c t t t D H p t t B p t t D H p
t t B p t t u t t u t t ψ
ψ=?-=-+---+---+- (25)
其中，fb f D 标量元素对角矩阵。
注1：本节提出的扰动观测是[3]中扰动观测的推广，因为他们的研究可以被看作是
[]ff f =diag 111D 和[]fb f =diag 111D 情况下的特例，其中，diag 表示对角矩阵。由于ff f D 和fb f D ，在实际应用中设计扰动观测时有额外的自由。本节介绍的扰动观测对使用延迟
信息毫无帮助，因为目前的扰动是在一阶延时离散时间下监测的。使用延时信息可能会导致
带宽退化并且这是不可避免的。
注2：[3]中提出了类似的方法，假设微动台在控制区间内时间不变，可以得到全状态。外部扰动在控制区间内的变化是有界的，对微动台实际惯性矩阵的所有采样k ，微动台的标称惯性矩阵
n
f H 满足下面的条件：
()n f f 02H H k << (26)
（23）中的扰动补偿误差
()f t ψ
在一个 足够小的值内是有界的。
4 实验结果
对混合工作台控制平台，笔者使用了有功率PC 处理器的dSPACE 系统，功率PC 处理器和dSPACE 系统所有的I/O 板直接连接。dSPACE 系统在研发和测试控制系统方面是一个高效、可靠的工程工具，在许多汽车行业广泛使用。为使用dSPACE 系统控制混合工作台，编写了图形用户界面软件。通过图形用户界面软件，可以给定混合工作台目标位置命令和目标方向角命令，可以设置精密运动控制器的所有控制参数。 混合工作台的精密运动控制器的性能由实验测评。dSPACE 系统的更新率设置为1kHZ 。笔者最初采用Ziegler –Nichols 方法[16]确定粗动台和微动台控制器的增益1k 、2k 和3k 。这种方法在实际复杂动态系统中选择比例、积分和微分控制器的控制增益很有用，也可以进一步调节这些增益以获得期望的阶跃响应的控制性能。此外，笔者通过实验的方法设计了抗饱和补偿器的增益4k ，以便使阶跃响应中由饱和引起的超调量尽可能的小。接下来，X 轴和Y 轴运动无阻尼自然频率分别约是117.909 和 118.448 rad/s ，X 轴和Y 轴运动阻尼比分别约是0.590 和 0.595 。图7表示的是1000nm 的阶跃输入下，混合工作台X 轴和Y 轴阶跃响应的实验结果。从图7中可以看出，X 轴和Y 轴运动的最大超调量分别是10.07% 和 9.76% ,
X轴和Y轴运动的延时时间分别是0.014 和 0.014 s，X轴和Y轴运动的上升时间分别是0.026 和 0.025 s，X轴和Y轴运动的峰值时间分别是0.033 和 0.033 s，X轴和Y轴运动的 5% 误差的调节时间分别是 0.071 和 0.072 s。
图7 混合工作台在阶跃输入下的阶跃响应
a X轴阶跃响应
b Y轴阶跃响应
此外，图7还表明了在X轴和Y轴运动中混合工作台有效地响应 1000nm幅度的阶跃输入。
具体地说，当给粗动台和微动台一个1000nm幅度的阶跃输入，微动台的X轴和Y轴稳态误差在0.071 和 0.072 s上升阶段以下均保持在 50nm以内。另一方面，尽管在阶跃输入后分别延时0.08 和 0.12 s，粗动台的X轴和Y轴稳态误差分别超过 100nm和 80nm。因此，混合工作台在响应时间和位置精度上有着显著优势。尽管粗动台和微动台没有直接接触，粗动台的运动误差和震动也可能导致两个工作台之间相互作用力的变化。这种变化表现在它们对微动台的扰动上，并且微动台的分辨率会降低，除非微动台的宽带远远大于微动台的。图7中的观测解释了微动台在稳态上的作用。
F t是（7）的最小范数解。为了证明这个结果，四个音圈电机输
注意，（20）中的()
VCM
入电流的欧几里得规范历程如图8所示。在图8中，最佳力发生器产生约0.05 A的控制力。另一方面，如果不使用最佳力发生器，则需要约2.8 A的控制力。在这种情况下，采用最佳力发生器可以为四个音圈电机的工作显著节省工作力。
由于在实际中扰动产生混合工作台的震动，笔者通过实验的方法确定扰动观测器的增益，以便得到混合工作台尽可能小的位置稳定。图9是混合工作台X轴和Y轴位置稳定性的实验
±。另一方结果。从图9中可以看出，扰动观测器测得的X轴和Y轴位置稳定性约是10nm
±。因此，可以看到扰动观面，如果不使用扰动观测器，X轴和Y轴位置稳定性约是30nm
测器有观测扰动且有效地补偿它约 66% 。
给混合工作台一些阶跃输入信号来评估混合工作台的X轴和Y轴增量步响应和方向角响应。具体地说，X轴和Y轴的目标位置按10nm的步长从0增到50nm，再按10nm的步长从50nm减到10nm。注意，当进行X轴和Y轴增量步响应和方向角响应时需操作粗动台。图10所示的是X轴增量步运动时，X轴增量步响应和方向角响应的实验结果，图11所示的是Y轴增量步运动时，Y轴增量步响应和方向角响应的实验结果。从图10
图8 四个音圈电机输入电流的欧几里得规范历程
和图11可以看出，X 轴和Y 轴运动的分辨率约是10nm ±，X 轴和Y 轴增量步运动时方向角的变动分别是0.02±和0.04±弧度每秒。注意，1弧度每秒等于13600?。
图9 混合工作台的位置稳定性
图10 混合工作台X轴的增量阶跃响应和方向角响应
a X轴增量步响应
b X轴增量步时的方向角响应
图11 混合工作台Y轴的增量阶跃响应和方向角响应
a Y轴增量步响应
b Y轴增量步时的方向角响应
最后,测试混合工作台X轴和Y轴的双向重复精度。注意，重复性是许多次连续尝试把
机器移到相同位置[17]中为误差。双向重复性是从不同方向[17]接近目标位置时得到的重复性。
图12 混合工作台的双向重复精度
为了评估X轴双向重复性，X轴目标位置按40mm从0增到400mm，再按40mm从400减到0mm。为了评估Y轴双向重复性，Y轴目标位置按30mm从0增到300mm，再按30mm从300mm减到0mm。图12显示的是X轴和Y轴双向重复性的实验结果。
40.7nm6σ。
正如图12显示的，X轴和Y轴双向重复精度分别约是48.9和()
5 结论
笔者提出了一个使用共焦扫描显微镜通过移动和调整对象来测量它的三维图像的
--工作台，所以它三自由度精密混合工作台。由于混合工作台由两个独立操作的x yθ
不仅有一个长操作区间，还有一个精密位置稳定性。为了控制混合工作台，笔者提出了一种精密运动控制器，其性能由硬件电路设置实验来评估。实验结果表明，精密运动控制器在响应时间、定位精度、控制力和扰动补偿方面提供了理想条件的混合工作台。
最后，进一步研究课题可能包括粗动台驱动器和微动台驱动器间的协调或合作，因为它可能有研究意义。
6 致谢
笔者深深地感谢编辑和审稿人，因为宝贵及建设性的意见帮助提高了本文的质量。谢谢三星电子有限公司机电一体化与制造技术中心的Hyuk Kim博士、Sukwon Lee博士、Jung-Woo Park先生、Hyoseung Woo先生和Yong-Hwan Choi先生，因为他们对混合工作台的研发作出的贡献。深深地感谢三星电子有限公司机电一体化与制造技术中心的Douglas Kim博士对这个项目的支持。
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运动控制平台—实验指导书
实验1 了解运动控制实验系统 1．1 实验目的 1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。 2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。 3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。 1．2 实验设备 1、运动控制系统实验平台一台。 2、微型计算机一台。 1．3 概述 此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。 该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。 1．4 运动控制系统组成 PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。 运动控制实验台结构图如下： 图1.1系统硬件方框图
*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。 伺服电机（及其驱动器）： 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进电机（及其驱动器）： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 变频电机（及其变频器）： 变频电机与普通交流电机并无大异。主要靠变频器来调节输入给变频电机交流信号的频率来改变电机转速。如数控机床上的主轴电机。 运动控制器（卡）： 运动控制器就是通过读取PC机把编程语言并把他们转化为控制电机的输入信号，以达到用户的控制要求的一个装置。 本系统所用控制器型号：GE-300-SV-PCI-R 1．5 系统接线： 伺服接线：伺服驱动器端L1，L2与220V交流电连接； 伺服电机端电源引线红线连U，蓝色连V，黄色连W，黄绿色连FG； 伺服电机端编码器引线与伺服驱动器端CN3端口相连； 伺服驱动器端CN2端口与运动控制器端子板CN5(CN6)连接起来。 步进接线：步进驱动器端V+/V-与直流24V电源相连； 步进电机与步进驱动器接线参考电机上的接线简图即可顺利完成； 步进驱动器端pu+端口与运动控制器端子板CN7(23口)相连，pu-端口与CN7(11口) 相连、DR+端口与CN7(9口)相连，DR-端口与CN7(22口)相连。 主轴接线：变频器R/L1，S/L2，T/L3任意两个端口与220V交流电电源连接； 交流电机三条引线与变频器U/T1，V/T2，W/T3相连（没有顺序，随意连接）；
稳定平台系统设计要点
技术论文学校：南京理工大学队伍：7046 指导老师：李军 成员1：雷杨成员2：陈舒思成员3：邝平作品名称：高精度稳定平台控制系统
摘要 稳定平台能够隔离载体角运动，在载体机动状态下建立稳定基准面，使安装在平台上的光电设备不会因载体运动产生的抖动和滚动而丢失目标，保证光电设备准确瞄准和跟踪目标，因此广泛应用于民用和军事领域。 设计的高精度稳定平台控制系统是以动力调谐陀螺仪为速度敏感元件，旋转变压器为角度测量元件，DSP控制器TMS320F28335为主控芯片，直流力矩电机为被控对象的闭环控制系统。根据所需关键器件的选型设计了系统的硬件电路，包括速度和角度信号采样电路、电机驱动电路、通信电路等。采用电流环和位置环的双闭环控制方式实现系统载体静止时的伺服控制；采用电流环、速度环和位置环的三闭环控制方式实现系统在载体运动时的稳定控制。以上两种控制模式下的角度控制精度都能够达到0.05mrad，载体运动时系统稳定控制模式下隔离扰动效果很好。 实测结果表明，该系统硬件结构简单，稳定性好，实时性强，具有良好的稳态和动态性能，能够满足稳定平台系统的性能要求。 关键词：稳定平台DSP 陀螺仪伺服控制
目录 1. 作品创意 (1) 2. 方案设计与论证 (1) 2.1 主控芯片的选择与论证 (2) 2.2陀螺的选择与论证 (3) 2.3 力矩电机的选择与论证 (3) 2.4 位置检测元件的选择与论证 (3) 3. 系统硬件与原理图设计 (4) 3.1 最小系统外围电路 (4) 3.2 旋转变压器-数字转换器电路 (5) 3.3 滤波采样电路 (6) 3.4 电机驱动电路 (7) 3.5 通信电路 (8) 3.6 闭锁电路 (9) 3.7 电源隔离电路 (9) 4. 软件设计与流程 (10) 4.1 主程序框架 (10) 4.2中断程序设计 (10) 5. 系统测试与分析 (13) 5.1 系统调试环境 (13) 5.2 系统静止状态下伺服控制调试结果 (13) 5.3 系统运动状态下稳定控制调试结果 (15) 6．作品难点与创新 (18) 6.1难点 (18) 6.2创新点 (18)
运动控制系统
第一章 1. 电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科 相互交叉的综合性学科 2. 信号检测：电压、电流、转速和位置等信号 信号转换：电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理：信号滤波 3. 转矩控制是运动控制的根本问题 要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。 4. 磁链控制同样重要 为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁芯，在一定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。 5. 恒转矩负载：位能性、反抗性 第二章 1. 2. 三种调节电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压； 主要 （2）减弱励磁磁通； （3）改变电枢回路电阻。 3. 直流调速系统用的可控直流电源：a. 晶闸管整流器-电动机系统 V-M b. 直流PWM 变换器-电动机系统 晶闸管整流器-电动机系统 V-M 4. 在理想情况下，U d 和U c 之间呈线性关系： （2-1） 式中， U d ——平均整流电压， U c ——控制电压， K s ——晶闸管整流器放大系数。 5. 抑制电流脉动的措施： （1）增加整流电路相数，或采用多重化技术； （2） 设置电感量足够大的平波电抗器。 6. 当电流波形连续时，V-M 系统的机械特性方程式 式中，C e ——电动机在额定磁通下的电动势系数 7. 在电流连续区，显示出较硬的机械特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。 8. 电流断续区与电流连续区的分界线是 的曲线，当 时，电流便开始连续了。 9. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 Φ -= e K IR U n c s d U K U =N e d d d e K R I R I U C n φ-=-=0 d 0U )(1N e e K C φ=32πθ=32πθ=
医院质量控制管理平台整体解决实施方案.doc
XX医院质量控制管理平台整体解决实施方 案1 XX医院质量控制管理平台整体解决方案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： XX医院医疗质量控制管理平台解决方案xx信息技术有限公司 XX医院医疗质量控制管理平台整体解决方案 xx信息技术有限公司 2016年08月28日 目录 1.概述0 1.1. ............................................................................................... ........................ 项目背景0 1.2. ............................................................................................... ........................ 现状分析1 1.2.1. ............................................................................................ ......... 普遍问题1
......... 医院现状3 2.建设目标及原则(7) 2.1. ............................................................................................... ........................ 建设目标7 2.2. ............................................................................................... ........................ 指导思想8 2.2.1. ............................................................................................ ......... 行业标准8 2.2.2. ............................................................................................ ......... 质控原则9 2.2. 3. .................................................................................................. ... 设计思想9 2.3. ............................................................................................... ........................ 管理范围11 2.4. ............................................................................................... ........................ 服务对象11 2.5. ............................................................................................... ........................ 规划原则12
几种运动控制系统的比较
运动控制的实现方法 1、以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统 早起的运动控制系统一般采用运算放大器等分离器件以硬接线的方式构成，这种系统的优点： （1）通过对输入信号的实时处理，可实现系统的高速控制。 （2）由于采用硬接线方式可以实现无限的采样频率，因此，控制器的精度较高并且具有较大的带宽。 然而，与数字化系统相比，模拟系统的缺陷也是很明显的： （1）老化与环境温度的变化对构成系统的元器件的参数影响很大。 （2）构成系统所需的元器件较多，从而增加了系统的复杂性，也使得系统最终的可靠性降低。 （3）由于系统设计采用的是硬接线的方式，当系统设计完成之后，升级或者功能修改几乎是不可能的事情。 （4）受最终系统规模的限制，很难实现运算量大、精度高、性能更加先进的复杂控制算法。 模糊控制系统的上述缺陷使它很难用于一些功能要求比较高的场合。然而，作为控制系统最早期的一种实现方式，它仍然在一些早期的系统中发挥作用； 另外，对于一些功能简单的电动机控制系统，仍然可以采用分立元件构成。 2、以微处理器为核心的运动控制系统 微处理器主要是指以MCS-51、MCS-96等为代表的8位或16位单片机。采用微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器，所构成的系统具有以下的优点：（1）使电路更加简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要很多的元器件，从而使电路变得复杂。采用微处理器以后，大多数控制逻辑可以采用软 件实现。 （2）可以实现复杂的控制算法。微处理器具有较强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有大容量的存储器，因此有能力实现较复杂的控制算 法。 （3）灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要是由软件实现，如果需要修改控制规律，一般不需要修改系统德硬件电路，只需要对系统的
六自由度摇摆平台
大黄蜂机器人六自由度摇摆台 大黄蜂机器人有限公司的六自由度平台系统由采用Stewart机构的六自由度运动平台、计算机控制系统、驱动系统等组成。六自由度运动平台（如下图）的下平台安装在地面上，上 平台为运动平台，它由六只电动缸支承，运动平台与电动缸采用六个虎克铰连接，电动缸与固定基座采用六个虎克铰连接，六只电动缸采用伺服电机驱动的电动缸。计算机控制系统通过协调控制电动缸的行程，实现运动平台的六个自由度的运动，即笛卡尔坐标系内的三个平移运动和绕三个坐标轴的转动。
各主要部分简述如下： 本设备主要由以下部分组成：运动上平台、下平台（基座）、电动缸及伺服 电机、驱动器系统、综合控制及监测系统。 各自功能如下： 上平台：是有效载荷的安装基面，提供六自由度的摇摆运动。 下平台：是六自由度摇摆台的安装基面，需要承受足够大的冲击力。 电动缸及伺服电机：通过控制电动缸活塞杆的行程，实现运动平台台体的六自由度运动，共6套。 驱动器系统：接收用户控制指令，通过控制伺服电机的输入，对伺服电机的输出转速和转角进行控制，达到控制电动缸活塞杆出速度和行程的目的，共6套。 综合控制监测系统：硬件为用户计算机，软件为研制方配合开发；同时，它 还对平台的运动过程进行监测，预防和处理系统的异常情况。
平台总体运动能力指标如上表，具体表述如下： a.平台定位精度及重复定位精度为0.5mm及0.1mm； b.平台转动精度及重复转动精度为0.1°及0.05°； c.行程回差小于0.2mm； d.平台X方向运动速度可从0mm/s到250mm/s连续变化；YZ方向运动 速度可从0mm/s到250mm/s连续变化； e.单支杆可承受轴向力不小于700N； f.单支杆的运动速度可从0m/s到250mm/s连续变化； g.平台中位位置固有频率：不小于40Hz； h.机械组件需具有开放性，可拆卸组装； i.机械设计安全系数不小于 2.0，驱动裕度不小于 3.0； j.额定载荷下，全行程往复工作寿命不小于1×104次，存储寿命不小于48月；
信息发布控制管理平台方案
信息发布控制管理软件 解决方案 1.1信息发布系统功能特性 1)系统是基于网络（有线、无线、3G、4G，局域网或互联网）的媒体发布系统。 2)系统管理软件可跨系统（Windows、linux）运行。系统基于B/S架构，管理者可 在网络上，通过浏览器登录系统，经过认证进入管理系统后就可进行相应权限的控制管理。 3)终端播放软件支持LINUX、Window7 、Android、嵌入式LINUX（Sigma8653）。 4)支持触摸导航节目制作。 5)提供专业化的节目制作工具，能够在同一界面实现多种分辨率的同比例放大与缩小， 为使用者提供全局化的布局方式 6)能够实现对接入终端的精确监控，主要包括终端内存、硬盘、cpu，下载进度及播 放内容，并提供图形化的直观展示效果，以方便管理 7)最少支持一机双屏异步或同步显示，方便系统后期扩展； 8)支持文件格式： a)支持多种视音频编码标准和图文格式。如：MPEG1/2/3/4、WMV 、WMA、 Real 、Flash、JPEG、BMP、GIF、TIFF、Word、Excel、PDF、PPT等； b)支持动画flash、SWF，无需转换，直接本地播放； c)支持MMS/ASF/WMV等流媒体格式 9)系统支持中文、英文多语言菜单； 10)支持中英文滚动字幕，多种显示模式供选择 11)支持实时天气、新闻、日期时间、基金股票信息播放 12)具有暂停、插播功能，具有定时下发节目内容，定时播放功能； 13)可发布不同的内容：通知、新闻、形象宣传、实时天气等，以及紧急通知及自然灾 害警告，如台风、地震等相关信息 14)同一播放终端的显示屏可同时发布不同内容形式，可兼容各类信息类型，如视频、 图片、滚动字幕等在同一屏幕分屏、分区播出，更加丰富多样化 15)支持显示屏界面内容分区显示，实时播放音视频、图片、文字、FLASH、PPT等组
六自由度运动平台方案设计报告
编号 密级内部阶段标记 C 会签 校对 审核 批准六自由度运动平台 方案设计 名称
内容摘要： 针对YYPT项目在原理样机出现的问题，对YYPT原理样机从结构设计、伺服系统等方面进行优化设计，以满足设计及使用要求。 主 YYPT 优化 题 词 更改单号更改日期更改人更改办法 更 改 栏
1概述 YYPT原理样机用原库房留存的345厂的直流电机作为动力源，直流驱动器及工控机作为控制系统元件，采用VB软件进行控制软件的编制，因设计及器件选型的原因，导致YYPT原理样机，在速度、精度、运动规律上等几个技术指标无法满足原规定的指标要求，现在此基础上进行优化方案的设计。 2 原理样机技术状态 2.1 原理样机方案 2.1.1 组成 原理样机采用工控机作为系统的控制单元，工控机内配有研华PCI1716和PCI1723作为A/D和D/A模拟量卡，驱动器采用AMC公司的型号为12A8的伺服驱动器，并配有直流可调电源其输出电流可达到150A，采用KH08XX（3）电动缸作为运动平台的六条支腿，电动缸上安装有电阻尺作为位置反馈器件，上平台与电动缸连接采用球笼联轴器，下平台与电动缸连接采用虎克铰链方式。具体产品组成表见表2.1。 序号产品名称型号厂家数量备注 1 电动缸KH08XX（3）西安方元明 6 安装345厂电机 2 电阻尺LTS-V1-375 上海徳测 6 3 驱动器50A8 AMC 6 3 A/D卡PCI1716 研华 1 4 D/A卡PCI1723 研华 1 5 工控机610H 研华 1 6 直流电源 1 2.1.2 结构方案 六自由度运动平台是由六条电动缸通过虎克铰链和球笼万向节联轴器将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条电动缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
负荷控制管理系统
TFSJ-Ⅱ用电负荷控制系统 一、概述 二、系统构成 三、系统功能 四、技术特点 五、系统通讯 六、控制终端
一、概述 电力负荷管理系统是集计算机技术、数据处理技术、通信技术、自动控制技术于一体的高新技术。充分利用供、负荷信息对提高管理水平、增加经济效益起着至关重要的作用。 当前城乡电网改造的不断深入发展，提高负荷管理自动化水平、提高电网运行的可靠性和安全性是各供电企业急需解决的问题。电力市场的运行除了供电企业制定出完善的管理机制外，还要从技术支持上建立一整套周密的保证体系，以此来作为管理的基础。如何对日益复杂的电网负荷进行调控、对纷繁复杂的电力设备进行科学管理，如何优化电度调度各个环节，使整个系统协调运转，都需要先进的技术作为基础。随着电力营销及需求侧管理技术的发展和管理创新，电力负荷管理系统已成为电力营销与客户服务工作的重要组成部分。 TFSJ-Ⅱ电力负荷控制管理系统主要实现对电力用户的负荷进行监控，实现限电不拉线和公平、合理、有序用电。实现远程抄表、催缴电费、计量监察等功能，为电力营销考核提供准确的数据。同时可以实现预购电，先交钱后用电，完善用电营销管理体制。该系统具有用户用电档案管理、负荷监控、系统管理、线损分析、报表与曲线输出、与其他系统接口功能。 随着电力负荷管理系统功能的日臻完善，不仅能对电力用户的负荷进行监控，实现限电不拉路的基本目标，而且能实现远程抄表、催缴电费、计量监察等功能，还能通过计算机联网实现数据共享。利用负控终端对大用户的用电负荷进行控制，实现有序用电、预购电和计量远程抄表管理。实现系统负荷预测, 为电力市场考核提供准确的数据。该系统具有用户用电档案管理、负荷监控、系统管理、线损分析、报表与曲线输出、与其他系统接口功能。 二、系统构成 系统主要是由负荷控制终端，监控中心计算机及控制管理软件三部分组成。负荷控制终端可以监测用户负荷参数和抄收计量数据，监控中心可通过CDMA/GPRS/GSM或230M无线数传电台实现对电力用户的负荷进行监控，将数据存入数据库，同时可完成对抄表数据的整理、计算、显示等工作。局域网中的终端电脑可通过权限查看中心服务器提供的各种数据及报表。 系统总体结构图如下：
基于VC++的运动控制卡软件系统设计
基于VC++的运动控制卡软件系统设计 在自动控制领域，基于PC和运动控制卡的伺服系统正演绎着一场工业自动化的革命。目前，常用的多轴控制系统主要分为3大块：基于PLC的多轴定位控制系统，基于PC_based的多轴控制系统和基于总线的多轴控制系统。由于PC 机在各种工业现场的广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展，各种工业设备的研制和改造中急需一个运动控制模块的硬件平台，以及为了满足新型数控系统的标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡的伺服系统备受青睐。本文主要是利用VC++6.0提供的MFC应用程序开发平台探索研究平面2-DOF四分之过驱动并联机构的运动控制系统的软件开发。 平面2-DOF四分之过驱动并联机构的控制系统组成 并联机构的本体如图1，该机构由4个分支链组成，每条支链的一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。该并联机构的操作末端有2个自由度（即X 方向和Y方向的平动），驱动输入数目为4，从而组成过驱动并联机构。 控制系统的硬件主要有4部分组成：PC机，四轴运动控制卡，伺服驱动器和直流电动机。系统选用的是普通PC机，固高公司的GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon公司的四象限直流伺服驱动器及直流永磁电动机。伺服驱动器型号为4-Q-DCADS50/5，与驱动器适配直流电动机型号为Maxon RE-35。运动控制系统的
构成如图2所示。上位控制单元由PC机和运动控制卡一起组成，板卡插在PC机主板上的PCI插槽内。PC机主要负责信息流和数据流的管理，以及从运动控制卡读取位置数据，并经过计算后将控制指令发给运动控制卡。驱动器控制模式采用编码器速度控制，驱动器接受到运动控制卡发出的模拟电压，通过内部的PWM电路控制直流电动机RE-35的运转，并接受直流电动机RE-35上的编码器反馈信号调整对电动机的控制，如此构成一个半闭环的直流伺服控制系统。 1.1 GT-400-SV控制卡介绍 固高公司生产的GT系列运动控制卡GT-400-SV-PCI可以同步控制4个轴，实现多轴协调运动。其核心由ADSP2181数字信号处理器和FPGA组成，能实现高性能的控制计算。控制卡同时提供了C语言函数库和Windows下的动态链接库，可实现复杂的控制功能。主要功能如下： （1） PCI总线，即插即用； （2）可编程伺服采样周期，4轴最小插补周期为200us，单轴点位运动最小控制周期为25us； （3） 4路16位分辨率模拟电压输出信号或脉冲输出信号模拟量输出范围：-10V-+10V，每路课独立控制，互不影响；
并联六自由度运动平台
并联六自由度运动平台 1．概述 并联六自由度运动平台通过六个驱动缸（伺服缸或电动缸）的协调伸缩来实现平台在空间六个自由度的运动，即平台沿x、y、z向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动（包括垂直、水平、横向、俯仰、侧倾和旋转六个自由度的运动），以及这些自由度的复合运动。并联六自由度运动平台可用于机器人、飞行模拟器、车辆驾驶模拟器、新型加工机床、及卫星、导弹等飞行器、娱乐业的运动模拟（动感电影摇摆台）、多自由度振动摇摆台的精确运动仿真等。 图0-1：六自由度及其坐标系定义图 我公司通过自行设计、安装调试，并开发控制软件，同时采用进口关键件对并联六自由度运动平台进行研究开发，目前已完成多套六自由度运动平台应用，典型应用有列车风档液压仿真试验台、F1国际赛车运动仿真台、汽车驾驶模拟器、飞机和飞碟运动模拟器、振动谱试验、海浪模拟试验等。 六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等一系列高科技领域，是液压及控制技术领域的顶级产品。 2．系统组成 2.1液压伺服类 典型的液压式并联六自由度运动平台主要由机械系统、液压系统、控制系统硬件和控制系统软件四部分组成。
机械系统主要包括：承载平台、上下连接铰链、固定座。 液压系统主要包括：泵站系统、伺服阀、驱动器、伺服油缸和阀块管路。 控制系统硬件主要包括：实时处理器、伺服控制单元、信号调理单元、监控单元和泵站控制单元。 控制系统软件包括：实时信号处理单元、实时运算单元、伺服控制和特殊要求处理单元。 2.2 电动伺服类 电动式并联六自由度运动平台则将伺服油缸用电动缸代替，而伺服阀、泵站系统及阀块管路等则相应取消，增 加运动控制单元。具有系统简洁、响应速度快等优点，是多自由度平台今后重点发展的方向。 3．主要技术参数 以下参数为液压类平台典型值，具体可按用户要求设计制造。 3.1平台主要参数 平台最大负载：静态≥2000KG，动态≥3000KG。 上平台球铰分布园直径1400mm，相邻球心距离157mm； 下平台球铰分布园直径1600mm，相邻球心距离167mm； 伺服缸最小球铰球心距离800mm，最大长度1200mm；（采用Φ63/45~400缸体）。 平台初始高度约700mm。 3．2 泵站技术指标 额定流量：90L/min 最大系统压力：12Mpa； 泵站电机功率：22KW； 空间尺寸：1400×1200×1320 3.3 运动参数 伺服缸运动速度≥200mm/S；有效行程≥400mm。 主要运动参数如下表：
船舶稳定平台解决方案
船舶稳定平台解决方案 陀螺稳定平台（gyroscope-stabilized platform）利用陀螺仪特性保持平台台体方位稳定的装置。简称陀螺平台、惯性平台。用来测量运动载体姿态，并为测量载体线加速度建立参考坐标系，或用于稳定载体上的某些设备。它是导弹、航天器、飞机和舰船等的惯性制导系统和惯性导航系统的主要装置。 稳定平台作为一种安放在运动物体上的设备，具有隔离运动物体扰动的功能。稳定平台在航空航天、工业控制、军用及商用船舶中都有比较广泛的用途，例如航拍、舰载导弹发射台、船载卫星接收天线等。船舶上工作面或者平台姿态检测，船载天线稳定平台系统，会应用倾角传感器定时（较长时间）读取数值，通过计算后，对稳定平台进行校正。平台的实际运动由单片机控制外部机械装置以达到对稳定水平平台进行修正，以保证其始终处于水平状态。某些倾角传感器作为船体液压调平系统中的反馈元件，提供高精度的倾角信号。既可用于水下钻进也可用于水下开采等。 在国外，陀螺稳定跟踪装置被广泛应用于地基、车载、舰载、机载、弹载以及各种航天设备中。20世纪40年代末，为了减少车体振动对行进间射击的影响，在坦克上开始安装火炮稳定器，从50年代起，双稳定器在坦克中得到了广泛的应用。在英、美等国的先进武器系统中，基于微惯性传感器的稳定跟踪平台得到了广泛的应用，如美国的M1坦克、英国“挑战者”坦克、俄罗斯T-82坦克、英国“标枪”导弹海上发射平台和“海枭”船用红外跟踪稳定平台等，都采用了不同类型的稳定跟踪平台。美国海军采用BEI电子公司生产的QRS-10型石英音叉陀螺，研制出WSC-6型卫星通讯系统的舰载天线稳定系统，工作12万小时尚未出现故障；Honeywell公司以红外传感器平台稳定为应用背景，研制的以GG1320环形激光陀螺为基础的惯性姿态控制装置，很好的满足了稳瞄跟踪系统的要求。美军配装的Honeywell公司采用激光陀螺技术研制的自行榴弹炮组件式方位位置惯性系统(MAPS6000) ，在工作时可连续提供高精度的方位基准、高程、纵摇、横摇、角速率、经度和纬度输出，性能大大高于美军MAPS系统规范的要求。在导弹制导方面，俄罗斯的X-29T、美国的“幼畜”AGM-65、以色列的“突眼”等成像制导导引头中，都采用了陀螺稳定跟踪平台。在机载设备中，陀螺稳定平台在机载光-电火控系统和机载光电侦察平台中也得到极其广泛的应用，美国、以色列、加拿大、南非、法国、英国、俄罗斯等国家都已研制出多种型号产品装备部队。如以色列的ESP-600C型无人机载光电侦察平台采用两轴平台，其方位转动范围360o×N、俯仰+10o----10o、最大角速度50o/s、最大角加速度60o/s2，其稳定精度达到15μrad，所达精度代表了国际先进水平。 国内对陀螺稳定平台的研究起步较晚，20世纪80年代开始研制瞄准具稳定平台，而90 年代初才开始陀螺稳定平台的研制。虽有不少单位，如北京电子3所、长春光机所、中科院成都光电所、西安应用光学研究所、华中光电技术研究所和清华大学等都在开展该应用领域的研究工作，但在稳定跟踪平台技术的研究上与国外相比仍有较大差距，由于惯性元件的技术不过关，成本较高，致使该项技术的研究始终没有取得突破性的进展。 一、船用红外/可见光陀螺稳定平台 近年来，随着精密机械、电子技术、数字信号处理技术和模式识别技术的飞速发展，陀螺伺服稳定跟踪系统的性能也有了很大的提高。陀螺伺服稳定跟踪系统，其主要任务是完成
一种三自由度运动平台的研究及实现
华中科技大学 硕士学位论文 一种三自由度运动平台的研究及实现 姓名：罗文豹 申请学位级别：硕士 专业：轮机工程 指导教师：李维嘉 2011-01-11
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 由于三自由度运动平台可以提供驾驶模拟器所需的主要动感特效，加之驱动关节少，性价比高等优点，在驾驶模拟器中的应用愈来愈广泛。本文即根据某型驾驶模拟器运动平台的性能指标要求，对三自由度运动平台进行研究并予以实现。 首先，论文基于空间运动机构的相关理论，确定了一种带防扭臂结构的三自由度运动平台机构；然后，以平台运动范围、电动缸工作行程、平台台面尺寸等为约束条件，以平台可控性能和平台结构尺寸的加权综合最优为目标函数，采用加速遗传算法，对该平台的机构参数进行了优化，并将优化结果运用到实际平台的设计中；其次，针对运动平台的驱动控制系统设计，提出了全数字伺服控制的方案，提高了控制系统的抗干扰能力；再次，基于空间运动机构的动力学仿真，确定了驱动系统的动力匹配；最后，基于Wince6.0操作系统，开发了一套三自由度运动平台应用软件，实现了平台系统的实时控制。调试结果表明，平台系统的各项性能指标，均满足了设计要求。本文所研究并实现的三自由度运动平台系统，已投入使用，并小批量生产。 关键词：三自由度; 防扭臂; 机构优化;Wince;电动伺服控制
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract The three degrees of freedom platform has been applied to the driving simulator more extensive, Since it can provide the main dynamic driving simulator effects, additionally it has less joint actuated and higher capability but lower cost. In this paper, three degrees of freedom motion platform has been studied and realized based on a certain type of driving simulator performance requirements. First, in the paper, a kind of the three DOF motion platform with anti-torque arm has been identified based on the theory of space motion agencies. Secondly, the key factors, such as the range of the platform, the stroke length of electric cylinders, the sizes of panels etc., as constraint conditions was concluded, the optimal weighed value of the controllability and the structure size of the platform as the optimal objective functions were chosen, the algorithm parameters of the platform mechanism were optimized based on acceleration genetic algorithm, and the optimization results were applied to the design of a kind of the three DOF motion platform with anti-torque arm. Thirdly, All-digital servo control scheme has been proposed for the design of the drive control system, and it has been Improved anti-jamming capability of the control system. Fourthly, The power matching for the drive control system has been determined based on the dynamic simulation of the Space motion mechanism. Finally, The internet applications have been developed ground on Wince6.0 and the process of designing the real-time control system for the platform has been carried out. The results have showed that all performances have meet the design requirements. The three-DOF motion platform system which has been Studied and implemented in this paper has been put into use, and small batch production. Key words：Three degrees of freedom；Anti-torsion arm；Mechanism optimization； Wince；Electro-mechanics servo control
系统控制管理参数
1 系统控制管理参数 我们可以将无线参数按照许多方法分类，为了便于叙述，可以按照传送的系统消息的内容进行分类，对于在同一个系统消息里发送的参数一起描述 1.1 网络号码、地址、识别参数 GSM网络中，移动台没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处都应该可以顺利的识别网络以及它的小区配置情况以便实现位置更新、越区切换和自动漫游等性能。在GSM系统中，对每个移动用户都分配了一个唯一的国际移动用户识别码IMSI，IMSI 由MCC（移动国家码）、MNC（移动网号）、MSIN（移动用户识别码）组成。同样，对于在全球范围内的每一个小区，GSM也都规定了唯一的一个编号与之相对应，以达到以下目的： ? 移动台可以正确识别网络，使之在任何环境下可以选择接入合适的网络 ? 使网络实时了解移动台的位置，开展业务 ? 使移动台可以向网络正确报告邻小区状况，进行切换 网络的识别参数主要有位置区识别（LAI）小区全球识别（CGI）和基站识 别码（BSCI）几项。 位置区识别（LAI） 8 7 6 5 4 3 2 1 Location Area Identification IEI octet 1 octet 2 octet 3 octet 4 octet 5 octet 6 MCC digit 2 MCC digit 1 1 1 1 1 MCC digit 3 MNC digit 2 MNC digit 1 LAC LAC（continued） Location Area Identification information element 位置区识别由以下几部分组成： Structure of Location Area Identification ? MCC（mobile country code）--移动国家号，由3位数字组成，编码范围为十进制的000-999，与IMSI的MCC相同，在这儿表示GSM PLMN所属的国家，MCC的资源由国际电联（ITU）统一分配，中国的MCC为460。 ? MNC（mobile network code）--移动网号，与IMSI中的MNC一样由2个数字组成，编码范围为十进制的00-99，在这儿识别用户归属的移动通信网（PLMN），因为一个国家可能由多于一个的GSM PLMN 组成，MNC由国家有关电信管理部门统一分配，目前中国有两个GSM网络，中国电信与中国联通的MNC分别为00与01。 ? LAC（location area code）--位置区号，用于识别GSM移动通信网中的一个位置区，最多为2个字节长度的16进制编码，其中“0000”“FFFF”为保留值，一个位置区可以包含一个或多个小区。其大小由运行部门根据各个地区的PCH负荷情况及信令链路负荷情况去确定调整位置区的大小 小区识别（CI）全球小区识别（CGI） ? 小区识别CI（cell identity）用来唯一的表示PLMN中的每一个小区，CI由两个字节组
三自由度运动平台的装配方法与制作流程
图片简介: 本技术创造公开的三自由度运动平台的装配方法，包括顺序安装固定平台(1)，安装定万向铰节器(4)，安装伺服电动缸，安装动万向铰节器(11)，安装控制箱(18)，安装防转机构，安装连接电缆，安装电缆保护盖(3)，调整伺服电动缸达到初始化长度，安装运动平台(12)以及连接防转机构的步骤；控制箱可以在伺服电动缸及动万向铰节器(9)或定万向铰节器(4)装配前后进行，甚至在防转机构(11)安装步骤后进行，安装防转机构的步骤应先于安装运动平台步骤前执行；通过各步骤关键点的保证实现三自由度运动平台装配结果的一致性和精确度。 技术要求 1.一种三自由度运动平台的装配方法，其特征是：包括以下步骤： 1)、安装固定平台(1)，使用吊装设备同时吊挂固定平台的吊挂点(26)，对正固定平台的螺栓孔(27)与平整后安装基面上的固定螺栓，使用紧固件将固定螺栓所在安装基面与固定平台(1)底面紧贴在一起为固定平台(1)提供稳定的固定基础；
2)、安装定万向铰节器(4)，将定万向铰节器(5)的固定端放置在固定平台(1)的定万向铰节器支撑座(2)上，对正定万向铰节器(4)的固定端固定孔与定万向铰节器支撑座(2)上的螺纹孔，使用紧固件均匀压紧； 3)、安装伺服电动缸(15、6、13)，吊住伺服电动缸的两端，对正伺服电动缸的减速器端的螺纹孔与定万向铰节器(4)的活动端的固定孔，使用紧固件均匀压紧； 4)、安装动万向铰节器(9)，对正动万向铰节器(9)的螺柱(8)与伺服电动缸的导杆(7)螺纹孔，螺柱完全旋入导杆(7)螺纹孔后，反向旋出45-90°为动万向铰节器相对运动预留一定的空间； 5)、安装控制箱(21)，将控制箱(21)无固定耳的一面正对固定平台中间位置的防转架(28)开口并缓慢平稳推入防转架(28)内，直至控制箱的固定耳(20)与防转架(28)的支撑立柱紧贴；使用紧固件紧固控制箱的固定耳(20)与防转架(28)限定住控制箱的位置； 6)、安装防转机构(11)，将防转机构(11)未装配万向铰节器的一端(17)正对着防转架(28)顶部的防转固定盘(17)，调整防转机构(11)使其三个活动臂(14)分别朝向相邻的两台伺服电动缸(15、6、13)的中间位置，对正防转机构(11)的固定孔与防转固定盘(17)的螺纹孔，使用紧固件均匀压紧紧固使防转机构(11)与防转架(28)连接； 7)、安装连接电缆，将伺服电动缸(15、6、13)与控制箱(21)上的伺服电机连接插头(23、24、25)依次对应编号，连接电缆两端分别连接对应编号的伺服电动缸(15、6、13)与控制箱上的伺服电机连接插头(23、24、25)，锁紧连接插头；编号需对应匹配于控制箱中伺服驱动器的站号； 8)、安装电缆保护盖(3)，将电缆保护盖开口面朝向固定平台(1)，围绕固定平台边沿拼接成一圈，各个伺服电动缸(15、6、13)的连接电缆从最近的出线口出线，其余设置于电缆保护盖内；使用紧固件连接电缆保护盖(3)与固定平台(1)； 9)、调整伺服电动缸(15、6、13)达到初始化长度，向控制箱(21)供电，启动控制系统，分别测量各个伺服电动缸(15、6、13)的导杆(7)伸出长度，记录各个伺服电动缸(15、6、13)到达初始化长度所使用伺服电机的编码器读值，写入到控制系统中，作为基准参数；
大华综合监控管理平台软件说明书
软件功能介绍 4.1平台结构设计 大华综合监控管理平台软件从上至下共分四个层次，分别是业务展现层、业务接入层、操作和管理业务层、设备接入/数据持久层，最底层是前端设备与存储设备及数据库。具体结构参考下图： 图表 1 平台软件功能结构图 4.1.1业务展现层 业务展现层是提供给用户直接使用的，是系统功能的对外展现。业务层不仅仅要求软件能够满足客户的应用需要，而且还要美观易用，让用户体验到快捷和方便。结合客户的个性
化需求，还可以快速定制出个性化的业务展现程序。此外，客户端程序在安装部署、维护升级方面的便捷性，也是系统设计时需要考虑的课题。 根据功能和最终用户的不同，可以把系统的业务展现层分为管理员客户端和操作员客户端，管理员客户端采用B/S模式，主要提供系统管理与配置功能，面向系统管理员使用。操作员客户端采用B/S和C/S两种模式，用户可以结合自身情况灵活选择。B/S模式无需安装客户端，体现了异地浏览的方便性，任何时间、任何地点、任何系统中，只要网络连通，就可以直接使用浏览器连接服务器，任何电脑都可以作为客户端使用。C/S模式信息采集灵活、负载均衡、服务稳定等的优势，保证了客户端有更多的事务处理能力，分流服务器的工作负担，使整个系统运行更加稳定。 4.1.2业务接入层 业务接入层是系统业务层和业务展现层之间的中间层，实现业务接入和业务控制功能，为业务展现层提供连接管理，WEB请求处理，认证权鉴、业务流转等接入服务，为系统提供管理命令处理、命令调动与处理等系统处理服务、及对外提供平台互联等服务。 独立的业务接入层设计，可以保证系统内部的低耦合，提高系统的灵活性和稳定性。 4.1.3系统业务层 系统业务层是大华综合数字监控系统的核心层，提供系统业务的逻辑实现，各个业务系统通过组件的方式，相互独立，功能齐备。根据功能的不同类别，可以分为操作业务层和管理业务层两大部分：操作业务层包括语音对讲模块、实时监视模块、录像回放模块、报警处理模块、解码上墙模块、电子地图模块、云台控制模块等；管理业务层包括用户权限、组织结构、设备管理、录像任务、系统配置、日志管理、网管功能、资产管理等。 系统业务层与系统展现层相分离，将应用逻辑单独进行处理，大大降低了客户端负担，从而使得用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，两者之间的通信由业务接入层完成。通过这样的结构设计，使得应用逻辑被所有用户共享，客户端和应用服务层、应用服务层和数据库服务层之间的通讯、异构平台之间的数据交换等都可以通过中间件或者相关程序来实现。当数据库或者应用服务层的业务逻辑改变时，客户端并不需要改变，反之亦然，大大提高了系统模块的复用性，缩短开发周期，降低维护费用。