基于标定原理的单磁极编码器设计

与光电编码器相比,磁性编码器结构简单,易实现微型化,且不受尘埃和结雾的影响。但其分辨率和精度较低且难以提高,严重制约了其发展和应用。针对单磁极编码器,提出一种基于标定查表的信号处理方式,用高精度光电编码器进行标定,采用FPGA(Field Programmable Gate Array)进行信号处理,采用两相电压分区间查表得到角度值,突破了技术瓶颈,实现了分辨率31 757 p/r、精度12位(4 096线)的角度输出。     

南极天文光学望远镜智能化除霜方法

南极Dome A(冰穹A)因其优良的观测条件被誉为地球上最好的天文观测台址之一。Dome A温度常年处于-30～-80℃,相对湿度40%～80%,温度起伏大,望远镜镜面易结霜,影响天文观测的效率和质量。为实现无人值守的智能化镜面除霜、减少除霜对观测时间的占用、降低除霜对镜面视宁度的影响、减少除霜对能源的消耗,提出了智能化除霜方法。首先,分析环境、科学数据、仪器三者的关系,利用外部输入非线性自回归(nonlinear auto regressive models with exogenous input,NARX)时间序列神经网络构建望远镜镜面状态的预测模型;其次,设计南极望远镜智能化除霜仿真系统,实时预测镜面情况,根据预测结果模拟采取相应的应对措施。结果表明该方法能有效实现智能化除霜,减少了人为干预,节约了观测时间,提高了望远镜运行的可靠性。     

热电制冷恒温器研究

热电制冷恒温器是一种能够提供低温恒温条件的装置,被广泛应用于低温制冷、低温超导和临床医疗等领域。介绍了一种基于半导体制冷原理的小型高精度恒温器的设计过程及其温控系统的结构。系统设计分别从制冷器壳体结构和恒温控制器的优化设计入手,采取具有智能积分补偿环节的PID控制器,并在实验中实现了常温下-40～20℃的可调温范围,通过比对,调温精度与0.1℃分度的二等标准水银温度计显示值高度一致,且热负荷在25mW～3W范围内,从设定温度开始工作用时不超过10min。     

重复控制在光电跟踪伺服系统中的应用

在光电跟踪系统中,伺服系统的跟踪精度决定了其捕获跟踪能力。随着光电跟踪伺服系统对跟踪精度的要求逐步提高,将重复控制技术引入到伺服系统中。重复控制不仅能够实现高精度跟踪、改善系统性能,而且可以跟踪周期性信号。设计了优化插入式重复控制器,并对等效正弦信号进行跟踪。与常用高精度控制方法进行仿真比较,其结果表明,重复控制系统的跟踪误差明显减小,其跟踪精度得到明显提高。     

电液伺服阀控马达速度闭环数字控制系统的应用研究

研究计算机控制电液伺服阀控马达速度闭环系统的应用技术.采用光电编码器作为速度反馈元件,结构上将伺服阀与马达连接在一起,用嵌入式PC104总线实现智能控制算法.提高了系统的固有频率,实验结果表明,智能算法比常规PID 控制效果好,用单片机实现了光电编码器高精度、宽范围、快响应的数字测速装置.＃     

高精度恒温连续可调型温控器的设计

阐述了单片机高精度温控系统的软件和硬件的设计.在本设计中,根据实际需要,采用8位单片机MCS-51和16位A/D变换器AD7705相组合构成温度采集系统,较之采用16位单片机,可进一步提高系统的性价比.通过采用数字PID控制,可使温控精度在300～500℃内达到±1℃,并可实现温度设定值的连续可调.①     

小型光电编码器动态误差检测

为克服传统编码器检测系统制造成本贵、检测过程复杂、检测点数少、手动操作精度低、不能实现动态性能检测等缺点,设计了小型绝对式光电编码器动态误差检测系统,开展了对小型光电编码器动态误差检测的研究. 对比分析了国内外传统光电编码器误差检测技术的优缺点,提出了采用简单易行的比较法对光电编码器进行动态误差检测的方法;建立了光电编码器动态误差检测系统,并完成了动态误差检测系统的关键技术设计;对所设计的动态误差检测系统进行性能测试,并利用该装置对某光电编码器进行动态误差检测. 经过测试,该动态误差检测系统能够实现在0~90 r/min转速下,对不高于16位的小型绝对式光电编码器进行动态误差检测,其检测精度为1.22".      

南极中山站风光互补系统控制策略的研究与仿真

面对传统的柴油发电在环境和运输方面给南极中山站供电造成的问题,风光互补发电技术既能保证供电需求,又不会污染极地地区的环境。结合南极中山站的气象数据,以及负载用电量数据分析;并进行了系统能量匹配计算。表明风光互补发电系统能够满足南极中山站的负载需求。针对南极特有的极昼极夜现象以及常年低温环境,提出南极中山站风光互补系统能量管理方案和控制策略;并对光伏板、风机进行了极地低温环境下的最大功率点跟踪控制策略仿真实验。验证了控制策略的可行性。     

高精度增量式光电编码器信号处理系统

为提高增量式光电编码器的输出精度,减小信号处理电路复杂度,提高伺服控制系统的稳定性,研制了一种单圈输出32 400 周期方波信号的高精度增量式光电编码器。该编码器外径为90 mm,码盘一周刻划3 240 线,数据处理系统可完成对莫尔条纹信号的40 倍准确细分。实验结果表明,此编码器输出信号精度正交性偏差小于15%,均匀性偏差小于20%,大幅减小了应用增量式编码器时伺服系统的抖动。     

光电编码器的研究现状和发展

光电编码器是高精度控制系统常采用的角位移检测传感器,其精度和分辨率主要决定于每转输出脉冲数,也是目前应用最多的传感器之一。     

基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

小型绝对式光电轴角编码器电路优化设计

为实现绝对式光电轴角编码器的小型化和智能化,设计了一种基于DSP2812和数字电位计的小型绝对式光电编码器处理电路。提出采用全数字化处理的方法实现粗、精码信号的处理;利用DSP内部A/D转换器实现粗码信号的放大、整形等功能,取消人工调试机械电位器及放大器、比较器等硬件;同时,将编码器精码信号幅值偏差、稳定性偏差的实时补偿算法嵌入到处理电路中。以16位编码器为实验对象,测试电路性能。实验表明,新设计的处理电路的直径仅为36 mm,且光电信号幅值变化率≤2%,直流漂移量≤2%,实时补偿时间约为2 s。其性能可靠,实现编码器机电一体式,缩小了航天设备的体积,且有效提高了编码器的环境适应性和测角可靠性。     

一种基于半导体制冷器黑体辐射源的温度控制器设计

为了实现某红外便携式检测系统中黑体辐射源温差的快速、准确控制,设计了基于半导体制冷器的电路单元,以单片机为控制核心,由高精度铂电阻温度传感器、温度采集及处理电路、TEC驱电路共同组成温度控制器,通过对铂电阻的非线性补偿,使温度检测达到较高的精度。测试结果表明,其温控精度可达±0.05℃,达到了设计指标要求。     

提高载车定位与卫星跟踪精度的多信息融合系统研究

基于应用背景对移动卫星通信车辆精确定位和实时动态通信的要求,提出了一种新的基于激光陀螺捷联导航系统（LINS）、光电编码器（OEC）、GPS、信标组合的载车精确导航定位与同步卫星实时跟踪方案．方案以LINS／OEC组合作为核心单元,GPS、信标作为辅助信息,研究了基于联邦滤波的信息融合策略,给出了融合系数的选取方法．论文在车辆移动卫星通信系统中创造性地引入光电编码器组合以提高姿态保持精度和系统自主定位精度,并有效降低系统对GPS的依赖性．大量试验研究表明采用该技术与融合方法后,载车在长时间、不同路况动态工作时,其定位精度CEP值在10m以内,天线姿态跟踪精度保持在±0．05°范围内,尤其在较长时间内系统受遮挡条件下,其定位、姿态跟踪精度较未组合光电编码器前的系统提高达50％以上．     

一种高精度的光电编码器检测方法及其装置

为解决高精度光电编码器检测中存在的问题,提出了最高分辨率检测和全面统计检测的方法,并研制了相应的自动化装置.该装置采用机械传动系统,配合步进电机,以蜗轮蜗杆对步进电机的输出角位移进行细分,提高了电机的控制精度,实现了高精度的测量;由PC作为上位机,单片机作为下位机对检测系统进行控制和数据采集,实现了测量的自动化;采用最高分辨率检测和全面统计的方法在PC机上进行自动数据分析,实现了分析的自动化.实例检测表明,该系统实现了对最高达18位的各类光电编码器静态和动态自动、快速、全面、精确的检测.且较功能相同的系统成本大幅降低,     

一种基于BICMOS工艺的低温度系数带隙基准电压源

提出了一种高精度带隙基准电压源,电路采用了与温度成正比的电压补偿二极管压降的负温度特性,得到了与温度无关的基准电压源,并且利用双二极管串联模式提高了带隙结构的精度,并给出了计算和分析.电路采用0.5μm BICMOS工艺实现,仿真的结果表明,在3.3 V电压下,电路的功耗为25μW,在温度-40-125℃范围内,输出的电压为1.239 V,温度系数为10 ppm/℃.     

光电轴角编码器转角精度检测装置研究

为实现对光电编码器转角精度检测、动态数据采集、实时数据传输与误差矫正,本文提出了一种检查装置可以极大地提高检测效率,并可以在线校正编码器精度。首先,采取了多面体及激光自准直平行光管为检测设备的主要仪器,在计算机自动检测并传输的模式下,完成检测与数据采集的过程;然后,对采集数据进行误差计算,并对数据进行分析矫正;经过多组数据采集实验,装置在检测编码器的转角精度时,能够高速、实时的完成数据的传输及计算工作。本装置具有检查速度快、使用方便等优点,减少了人为误差,提高效率6倍以上,可以用于多种型号编码器的检测。可以在检测编码器转角精度时广泛应用,满足编码器转角精度的检查机数据采集系统设计和使用要求。     

采用电荷平衡模数转换器的高精度CMOS温度传感器

针对传统CMOS温度传感器芯片精度低,功耗高和温度范围窄的问题,提出了一种采用电荷平衡模数转换器(ADC)的高精度CMOS温度传感器。为了避免使用高精度带隙基准源,传感器中基于寄生双极晶体管的温度感知电路分别产生与温度成正比和反比的两个电压,再用一个电荷平衡ADC对这两个电压交替量化,得到与实时温度对应的数字量;工艺波动引起的感知误差采用一个外置基准电压来校准;整个温度传感器电路采用0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明:在-40～125℃的温度范围内,传感器的测量精度可达±0.2℃,完成一次测量的时间仅为42ms,工作电流为130μA,芯片版图面积为0.55mm~2。该温度传感器可应用在植入式医疗、射频标签和物联网等系统中实现对温度的高精度测量。     

单总线温控和电解质溶液加热技术在水浴系统中的应用

 水浴系统设计主要考虑两个问题,即系统的精度与灵敏度。系统的精度主要由温度传感器的精度决定,系统的灵敏度主要与加热源及传热介质有关。传统热电偶精度较低,使得水浴系统的精度不高;传统加热源和导热介质使热量的时空分布不均匀,严重影响了水浴系统的灵敏度。利用单总线温控传感器DS18B20,通过硬件电路与软件程序相结合的温控设计,提高了水浴系统的温控精度;同时,利用电解质溶液加热技术提高了水浴系统的温控灵敏度。设计实验对该水浴系统温控精度进行测试,结果表明其温控精度可达0.05℃;通过电化学理论与实验对该系统的温控灵敏度进行测试,结果证明加热介质的温度变化与传感器指示的温度值能基本保持时间与空间上的同步。     

用于活细胞持续动态观测的原位培养系统设计

为满足对活细胞进行数小时以上跟踪观测的实验需求,设计了一种能放置在显微镜载物台上对其进行持续动态观测的原位恒温培养系统。系统以微控制器STM32为核心,以增量式PID算法实现对温度的高精度控制,采用引入权重矩阵的分布式温度控制技术保证了微型培养箱内的温度高均匀态。实验结果表明,系统温度控制精度为±0.10℃,温度均匀性为±0.20℃。通过在系统中连续培养金黄色葡萄球菌3 h,对比标准37℃恒温培养箱始终状态下细菌菌群平均面积增长率间无显著性差异(P>0.05),证明了系统性能满足实验所需,同时,对比在标准培养箱下同步进行的间断细菌培养对照组细菌生长状态,证明了生长环境温度的改变对细菌活性有负面影响,原位培养系统能够提高实验效率和实验结果可靠性。