变焦显微镜物镜驱动控制系统设计

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1、分类号学号M201570672学校代码10487密级硕士学位论文变焦显微镜物镜驱动控制系统设计学位申请人：郭锞学科专业：仪器仪表工程指导教师：刘晓军教授答辩日期：2017.05IAThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignofObjectiveDriverControlSystemForFocusVariationCandidate:GuoKeMajor:InstrumentsandMe

2、terEngineeringSupervisor:Prof.LiuXiaojunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaOctober,2017II华中科技大学硕士学位论文III华中科技大学硕士学位论文摘要变焦测量是重要的光学测量方法，广泛应用于形位、尺寸和表面形貌测量。在变焦测量系统中，物镜定位系统起到了至关重要的作用，其定位精度和响应速度等指标对变焦系统的测量精度和速度具有重大影响。本文围绕变焦测量物镜驱动定位控制系统展开研究，设计并建立了基于音圈电机

3、的物镜驱动定位控制系统。主要研究内容与成果如下：1、设计了基于音圈电机驱动和激光干涉计量的物镜驱动定位系统，建立了该定位系统机电数学模型。2、采用电流环和位置环的双环PID控制策略。设计了一套全模拟音圈电机驱动控制电路。通过matlab仿真确定了电流环PID控制参数，通过multism软件对整体驱动电路做信号仿真，验证设计的合理性，在此基础上加工制作了音圈电机驱动电路板。3、设计了以STM32F103为主控芯片的运动控制卡。采用USB与上位机通信，集成了高精度DA信号输出以及激光干涉位移传感器信号的采集，编写了基于变积分PID的位置

4、环控制算法并整定其控制参数。4、完成了电流环驱动电路和物镜驱动定位系统测试实验，验证了该物镜驱动定位系统设计的有效性。关键词：音圈电机；物镜驱动器；定位控制；闭环控制；激光干涉IV华中科技大学硕士学位论文AbstractFocusvariationisanimportantopticalmeasurementmethod.Theobjectivepositioningsystemplaysanimportantroleinthemeasurementsystem,sinceitspositioningaccuracyandrespo

5、nsespeedhavegreatinfluenceonthemeasurementaccuracyandspeedofthefocusvariationsystem.ThisthesisfocusesontheresearchofhighprecisionobjectivepositioningcontrolsystemanddesignsaVCM-basedpositioningsystem.Contentsandachievementsofthisresearcharelistedasfollows:First,itdesig

6、nsaVCM-basedanddirectlydrivenobjectivepositioningcontrolsystemandestablishesamathematicalmodelforthissystemthroughanalysisonElectromechanicalmodel.Second,afullysimulatedVCMdrivecircuitisdesignedinthisthesis.ThePIDcontrolparametersofthecurrentlooparedeterminedbyMATLABsi

7、mulation.TherationalityofthedesignofthewholedrivecircuitisverifiedbyMultismsoftware,anduponthisbasisVCMdriveplateisalsoproduced.Third,amotioncontrolcardbasedonSTM32F103isdesigned.ItusesUSBandhostcomputercommunicationinintegratinghighprecisionDAsignaloutput,collectingsi

8、gnalsfromlaserinterferometricdisplacementsensors,programmingthepositionloopcontrolalgorithmbasedonvariableintegralPID