论文部分内容阅读
MOEMS扫描光栅微镜是光谱检测分析装备的新一代核心分光器件,它具有分光与扫描功能、体积小、成本低、能单管探测器替代阵列探测器等显著特点,扫描光栅微镜控制系统是扫描光栅微镜能高精度稳定工作不可或缺的重要组成部分。论文开展电磁式MOEMS扫描光栅微镜的高精度闭环控制系统关键技术研究,具有重要的科学意义和迫切的应用需求。
论文在分析扫描微镜和扫描光栅微镜控制方法的国内外研究现状及存在的主要问题基础上,研究分析了重庆大学微系统研究中心研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜和集成角传感器的结构与工作原理,基于集成角传感器信号闭环控制新方法,首次提出了实时追踪扫描光栅微镜谐振频率的调频新算法,建立了Fuzzy-PID控制器的仿真模型,完成了控制算法的设计与仿真验证;提出了扫描光栅微镜闭环控制系统的硬件框架,完成了控制系统的软件设计;搭建了相应的测试平台,完成了控制系统的电气测试、电磁式扫描光栅微镜开环和闭环状态的对比测试。测试结果表明:论文研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜控制系统对器件谐振频率的追踪精度达到0.1Hz;在机械扫描半角为7°时,系统控制精度达到0.03°,稳态误差由开环的0.924%减小为0.158%,稳定性和温度稳定性分别由1.19%和22.26%提升至0.15%和0.23%。论文研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜控制系统能基本满足应用需求。
论文的主要研究工作是:
①分析扫描微镜和扫描光栅微镜控制方法的国内外研究现状及存在的问题,针对电磁式MOEMS扫描光栅微镜的应用需求,确定本论文的研究目标和研究内容;
②研究电磁式MOEMS扫描光栅微镜和集成角传感器的相关理论模型,求解系统传递函数;研究Fuzzy-PID控制器的结构与工作原理,提出扫描光栅微镜闭环控制系统的整体框架,基于Matlab/Simulink搭建并仿真闭环控制模型,开展核心控制算法的设计与优化;
③设计基于DSP主控芯片的硬件系统框架和各子模块内容,基于电路仿真软件Multisim对设计的电路进行仿真验证与优化,完成板级电路的设计与加工;
④搭建软件系统的总体框架,设计软件系统各子模块的结构功能及接口;基于CCS和VB.NET开发环境分别编写、调试和仿真控制系统下位机嵌入式软件和上位机客户端,完成软件系统的烧录和发布;
⑤研究测试方法,制定测试方案,搭建相应的测试平台;完成控制系统硬件电路的电气性能测试和电磁式MOEMS扫描光栅微镜开环和闭环状态的性能对比测试,开展宽光谱微型近红外光谱仪的光谱稳定性对比测试与分析。
论文在分析扫描微镜和扫描光栅微镜控制方法的国内外研究现状及存在的主要问题基础上,研究分析了重庆大学微系统研究中心研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜和集成角传感器的结构与工作原理,基于集成角传感器信号闭环控制新方法,首次提出了实时追踪扫描光栅微镜谐振频率的调频新算法,建立了Fuzzy-PID控制器的仿真模型,完成了控制算法的设计与仿真验证;提出了扫描光栅微镜闭环控制系统的硬件框架,完成了控制系统的软件设计;搭建了相应的测试平台,完成了控制系统的电气测试、电磁式扫描光栅微镜开环和闭环状态的对比测试。测试结果表明:论文研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜控制系统对器件谐振频率的追踪精度达到0.1Hz;在机械扫描半角为7°时,系统控制精度达到0.03°,稳态误差由开环的0.924%减小为0.158%,稳定性和温度稳定性分别由1.19%和22.26%提升至0.15%和0.23%。论文研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜控制系统能基本满足应用需求。
论文的主要研究工作是:
①分析扫描微镜和扫描光栅微镜控制方法的国内外研究现状及存在的问题,针对电磁式MOEMS扫描光栅微镜的应用需求,确定本论文的研究目标和研究内容;
②研究电磁式MOEMS扫描光栅微镜和集成角传感器的相关理论模型,求解系统传递函数;研究Fuzzy-PID控制器的结构与工作原理,提出扫描光栅微镜闭环控制系统的整体框架,基于Matlab/Simulink搭建并仿真闭环控制模型,开展核心控制算法的设计与优化;
③设计基于DSP主控芯片的硬件系统框架和各子模块内容,基于电路仿真软件Multisim对设计的电路进行仿真验证与优化,完成板级电路的设计与加工;
④搭建软件系统的总体框架,设计软件系统各子模块的结构功能及接口;基于CCS和VB.NET开发环境分别编写、调试和仿真控制系统下位机嵌入式软件和上位机客户端,完成软件系统的烧录和发布;
⑤研究测试方法,制定测试方案,搭建相应的测试平台;完成控制系统硬件电路的电气性能测试和电磁式MOEMS扫描光栅微镜开环和闭环状态的性能对比测试,开展宽光谱微型近红外光谱仪的光谱稳定性对比测试与分析。