基于压电陶瓷激光扫描镜闭环控制算法的研究

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1、分类号学号M201072708学校代码10487密级硕士学位论文基于压电陶瓷激光扫描镜闭环控制算法的研究学位申请人：付文学科专业：光学工程指导教师：黄鹰教授答辩日期：2013.1.16AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonClosed-loopControllingAlgorithmsbasedonPiezoelectricCeramicsScannerCandidate:FuWenMajor:Op

2、ticalEngineeringSupervisor:Prof.HuangYingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授

3、权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要快速扫描镜（FSM）广泛应用于现代激光雷达系统中。随着IC技术的不断发展，对于扫面镜的扫描精度、扫描角度、反应速度有

4、了越来越高的要求。本文中采用了一种基于压电陶瓷的快速扫描镜设计，配合改进型的闭环控制算法来实现对于扫描镜的高精度、高响应速度的控制输出。本文详细分析了整个闭环扫描控制系统的总体设计与实现方案：在电路设计方面，首先根据系统8子镜扫描的需求，设计了一个8路，每路4通道输入模数转换模块以及一个8路，每路3通道输出的模数转换模块；其次由于闭环控制算法实现的要求，设计了由FPGA、SDRAM、FLASH共同组成的一个SOC平台；同时系统还设计了电源模块以及ControllerAreaNetwork(CAN)网通信模块。在FPGA中SOC设计方面，根据算法需求，

5、系统由CPU、RAM、ROM，Avalon总线以及输入输出接口组成一个简单的冯·诺依曼结构，实现了NIOSII软核，利用精简指令集（RISC）来实现复杂的算法运算。在算法的设计与实现方面，采用了改进型的自适应重复PID算法完成了扫描镜的精度控制，通过Matlab仿真验证以及LabVIEW仿真验证，实际系统操作调试，最终实现了对于扫描镜的二维扫描的高精度、高反应速率的控制。最后，本文对于系统的实现做了详细的测试与分析，通过与开环系统的对比，发现闭环控制系统的性能提高了45.6%，符合系统的预期要求。关键词：快速扫描镜压电陶瓷现场可编程门阵列重复PID算

6、法I华中科技大学硕士学位论文AbstractFastscanningmirror(FSM)iswidelyusedinmodernlaserradarsystem.WiththecontinuousdevelopmentofICtechnology,thedemandsforthescanningaccuracy,scanningangleandresponsespeedofsweepingmirrorhasbeenincreasingyearbyyear.Thispaperusesafastscanningmirrorbasedonpiezoele

7、ctricceramicswiththeenhancedclosed-loopcontrollingalgorithmstoachievethehigh-precisionandhighresponsespeedcontrolofoutputfromthescanningmirror.Thedetailedtheoveralldesignandimplementationofclosed-loopscanningcontrollingsystemwillbeintroduced:Inthephaseofcircuitdesign,an8-channe

8、linputanalog-to-digitalconvertermoduleaswellasan8-chan