基于模糊 PID 控制的微位移平台监控系统设计.pdf

《基于模糊 PID 控制的微位移平台监控系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2013年11月机械设计与制造工程NO'q．2Ol3第42卷第11期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．11DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．11．018基于模糊PID控制的微位移平台监控系统设计王建红，陈耀忠，陆宝春，张建华，黄家才(1．南京工程学院自动化学院，江苏南京211167)(2．北方信息控制集团有限公司，江苏南京211153)(3．南京理工大学机械学院，江苏南京210094)摘要：针对微细电化学加工的加工状况，利用压电陶瓷作为微位移器件

2、，将高性能嵌入式微处理器、大规模可编程逻辑器件以及模糊PID算法应用于微位移平台监控系统的开发，设计并实现了微细加工控制领域的模糊PID微位移平台监控系统。实验结果表明，微位移平台监控系统采用模糊PID控制算法，系统稳态误差明显减小。关键词：电化学加工；微位移平台；监控系统；模糊PID控制中图分类号：11P273．4文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)ll一0o72—04微细电化学加工利用电化学反应去除材料，最压电陶瓷微位移器件具有位移分辨率高、出力大、终得到所需要的复杂形状⋯。加工过程中，材料响应快、功耗小、无噪声、不发热

3、等优点，是目前最以离子方式去除，无需在工件或零件表面施加具有前途的微位移执行器件。切削力，无材料熔除与变形，具有其他微细加工方本系统中的大位移通过交流伺服电机带动滚法无可比拟的优势，在微细精密成型、化学合成、纳珠丝杠实现，简称宏平台；微米量级的小位移及间米结构的形成等领域得到广泛应用J。隙调整通过压电陶瓷实现，简称微平台；极间电压由于微细电化学加工零件尺寸较小，对机床的的脉宽监测通过可编程器件实现，极间电压幅值通进给精度要求较高，一般要求小于1Ixm，随之而来过高速A／D检测；电流幅值通过加工回路中串联的问题是，由于材料去除在极小空间内进行，

4、同时精密电阻、测量电阻两端电压间接得到。加工中滚受到加工微位移结构——压电致动器的非线性、迟珠丝杠的速度、位移控制由可编程逻辑器件完成。滞的影响以及加工间隙内流场与电场分布的复杂宏微两级平台的配合遵循以下原则：进给过程中，性等制约l4J，加工间隙的数学建模十分困难，因位移超过50}xm，压电陶瓷位移器回复初始状态，此微位移平台实际位置的测量与控制成为微细电滚珠丝杠移动。化学加工的一大难题。本文在微细电化学加工过程中检测到微位移2微位移平台监控系统硬件设计平台的实际位置，基于高性能嵌入式系统设计基于本文设计的微位移平台监控系统，微位移机构模糊P

5、ID的控制器，形成一个控制间隙大小的闭环有三路，每路可控，能完成三轴控制要求。位移精控制系统，通过调整阴极进给速度或加工电压来调度可达到纳米级，达到超微细加工的要求。节微位移平台的运动位置，使之稳定地保持在小间监控系统结构如图1所示。电源模块给整个隙状态，从而实现了对整个加工过程的良好控制。控制系统供电，处理器选择32位高速处理器$3C2410A，负责所有控制算法的实现，控制模块由1系统的总体结构FPGA构成，负责对AD、DA及键盘读取进行管理，精密微位移机构是一种能够实现微米、亚微米测量模块对各路的模拟量进行采集，并经AD转换及纳米尺度运动

6、的执行器，其行程小、灵敏度高。送人处理器，处理计算的结果经DA转换为模拟收稿日期：2013—08—26基金项目：国家自然科学基金资助项目(61104085)；江苏省高校自然科学基础研究项目(11KJB510005)作者简介：王建红(1977一)，女，江苏如东人，南京工程学院讲师，主要研究方向为微细加工技术。·72·2013年第l1期王建红：基于模糊PID控制的微位移平台监控系统设计量，再经驱动模块控制压电陶瓷微位移机构，人机压等，构成闭环控制。测量模块包括DA、AD，可检交互模块负责系统参数的输入、显示及与上位机的测0～10V的反馈电压。由于

7、处理器$3C2410核串口通信。心板的外引脚数目有限，所以在设计中用FPGA来控制AD、DA。DA器件精度越高，则控制的位移精微位移平台监控系统度也越高，本次设计选用了12位的DA器件MX7541，位移控制精度达到15nm。因为AD和测ll驱量lf动DA出现在一个控制环里，所以二者转换精度必须模块IlI模块一致。虽然处理器$3C2410A自带AD，但是它的转换精度只有10位，达不到设计要求，因此另外选图1微位移平台监控系统结构用了美国ADI公司的高速12位逐次比较型AD器件AD574A。2．1电源模块2．5控制模块监控系统内部芯片较多，芯片的

8、工作电压等级控制模块选用了Lattice公司的FPGA芯片有1．2V、1．8V、3．3V、5V、±15V等。基于系统的LatticeXP2—5，负责管理AD、DA及