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1、CT教学实验仪控制系统研究与设计重庆大学硕士学位论文学生姓名：罗文广指导教师：程森林副教授专业：控制理论与控制工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二OO八年四月ResearchandDesignofCTTeachingExperimentalInstrumentControlSystemAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringbyLuoW
2、enguangSupervisor:As.Prof.ChengSenlinMajor:ControlTheoryandControlEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2008重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要CT技术作为一种先进实用的无损检测手段，目前已广泛应用于医学、航天、航空、军工、材料、钢铁、地质等领域，它涉及核物理、电子技术、精密机械、控制技术及计算机图像处理等多学科知识，是一门新兴的多学科
3、交叉的综合技术。CT教学实验仪正是为了清晰地体现CT技术的原理而研制的功能完整的小型CT设备，不仅可用于高校的教学实验，也可用于小型工件的无损检测。它由射线源、探测、控制、机械及图像处理等系统组成。控制系统需要完成机械系统运动的控制、探测系统数据的采集等功能，是整个仪器的神经中枢。控制系统的性能将直接影响重建图像的质量，它的研究与设计是整个仪器研制的一个关键环节。本文介绍了CT教学实验仪的特点、研究现状及基本原理，分析了新一代CD50BGA+型CT教学实验仪的扫描检测模式、结构组成和主要性能指标，并探讨了影
4、响仪器性能指标的主要因素及噪声来源。根据CD50BGA+型CT教学实验仪对控制系统的功能要求，分析计算了控制系统应达到的技术指标，讨论并确定了运动控制、数据采集和传输的设计方案，并对运动控制部分关键元器件的选型进行了分析。在此基础上，设计了CD50BGA+型CT教学实验仪的控制系统。控制系统的设计分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件部分详细论述了控制电路板各模块电路的设计，包括微控制器、CPLD电路、步进电机驱动与控制、USB接口电路等。软件设计分为上位机的采集控制软件、单片机的底层控制软件以及它们之间的通
5、信协议三个部分，并讨论了单片机软件中的定位控制算法。最后对控制系统及整个仪器进行了调试与测试。测试结果表明：控制系统功能完善、性能稳定；仪器的整体性能指标有所提高，解决了以往CT教学实验仪体积大、成本高、功能少、使用及维护不便等问题。目前，该仪器已应用于国内数所高校的教学实验中。关键词：CT教学实验仪，控制系统，运动控制，步进电机，数据采集I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAsanadvancedpracticalmeansfornondestructivedetection,CTtechnol
6、ogyhasbeenwidelyusedinmanyfields,suchasmedicine,spaceflight,aviation,militaryindustry,material,steel,geology,andsoon.Anditisarisinginterdisciplinaryintegratedtechnology,whichreferstomuchmultidisciplinaryknowledge,suchasnuclearphysics,electronictechnology,p
7、recisionmachinery,controltechnologyandcomputerimageprocessing.CTteachingexperimentalinstrumentisapint-sizedCTequipmentwithintactfunction,whichisdevelopedforreflectingtheCTtechnologyprincipleclearly.Itnotonlycanbeusedforcollegeteachingexperiments,butalsocan
8、beusedfornondestructivelydetectingforsmallworkpiece.CTteachingexperimentalinstrumentconsistsofraysourcesystem,detectionsystem,controlsystem,machinesystemandimageprocessingsystem.Andthecontrolsystemneedstocomp
