基于高精度微位移平台的数据处理与分析

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高精度微位移控制技术是实现高精度运动控制的一门综合技术。对于微位移控制系统而言,由于信号采集和量化噪声、系统本身的机械噪声以及微位移传感器的非线性特性等的存在,直接影响控制系统的控制精度。为了提高平台的控制精度,本文针对控制系统的数字滤波算法和非线性校正算法设计和实现入手展开研究。针对FIR和IIR滤波器的优缺点,确定采用适合于微位移平台系统的具有线性特性的FIR数字滤波器作为研究对象,利用LabVIEW和DSP的实时数据交换技术来对FIR滤波器的滤波性能进行测试分析与设计,确定FIR低通滤波器的抽头数为100,窗函数为汉明窗,截止频率为700Hz,以及FIR带阻滤波器抽头数为121,窗函数位,中心频率为300Hz、带宽为100Hz。实验表明,这两个滤波器有效地去除系统噪声,使控制系统输出信号的信噪比从21dB提高到47dB。为了实现电容位移传感器的非线性特性的校正,本文利用反函数原理进行非线性校正。实验中,通过上位机输入位置信号,然后采用激光干涉仪测定输入信号所对应的微位移平台的实际位移,并在DSP中同步存储由电容传感器采集的电压值。根据测出的数据,在Origin软件中利用多项式拟合功能拟合出电容传感器的非线性特性曲线的函数表达式,并求出符合要求的3阶非线性函数的反函数。据此在DSP芯片中编写非线性校正程序实现对电容传感器的非线性校正,并通过非线性校正验证实验测试电容传感器的校正结果。经过非线性校正后,电压与位移成线性关系,微位移平台每产生5μm位移,电压改变1V。本文设计实现的FIR滤波器和非线性校正环节,有效地提高了微位移平台控制系统的控制精度。
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