基于PSD的步進電機控制系統范文

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1系統的組成與原理

系統由硬件和軟件兩大部分組成，系統硬件主要由步進電機控制臺、數據采集模塊、標定裝置、光斑壓縮裝置、PSD、位置控制計算機等部分組成。基于psd的步進電機控制系統的設計原理是光束照射到PSD上產生微弱的電流信號，微弱的電流信號經過I/V轉換模塊、放大電路模塊和A/D數據采集模塊實現光斑信號采集、I/V轉換、放大和A/D轉換;再將轉換后的光斑位置信號送入位置控制計算機，通過軟件對光斑位置信號處理分析從而控制步進電機控制臺的運行方向和步長，并在LabVIEW虛擬平臺上實時顯示光斑位置坐標和步進電機控制臺運行情況，其構成如圖1所示。軟件部分可分為三個模塊，包括采集卡驅動模塊、光斑實時顯示模塊及步進電機算法模塊。采集卡驅動模塊為虛擬儀器對硬件的編程提供了軟件接口，實現光斑數據的獲取;光斑實時顯示模塊將獲取的數據進行一系列的運算處理，通過軟件自身的顯示控件將光斑在PSD上的位置實時的顯示出來;步進電機算法模塊根據事先編好的算法程序對處理好的光斑位置信息進行運算，從而通過串口控制步進電機控制臺的運行方向和步長。

2系統軟件的實現

基于PSD的步進電機控制系統中，上位機對步進電機控制器的控制以及兩者之間的數據傳輸是通過RS—232串口通信實現的，步進電機控制控制器與步進電機控制臺相連，即可以通過上位PC運行步進電機控制系統。LabVIEW軟件中提供了串口通信與數據處理功能的VISA模塊，利用VISA功能模塊可以實現步進電機控制系統中上位機與步進電機控制器的數據傳輸。

3位置控制關系與精度影響

3．1位置控制關系設PSD—1面陣上任意一點的坐標為(x1，y1)，PSD—2面陣上任意一點的坐標為(x2，y2)，其控制流程圖如圖2所示。

3．2光斑直徑對控制精度的影響激光光斑直徑隨著光束照射距離的增加而增加，照射在PSD上的光斑直徑越大，PSD檢測到的光斑能量密度中心位置波動越大;通過光斑壓縮裝置，將光斑直徑壓縮在1mm以內，從而有效提高PSD對光斑位置的測量精度，光斑壓縮前后坐標位置波動如表1、表2所示。由表中數據計算可得光斑位置標準差為:光斑直徑未壓縮時，光斑坐標X軸方向波動值σx=0．1487mm、Y軸方向波動值σy=0．1367mm;當光束直徑壓縮后，光斑坐標X軸方向波動值σx=0．0132mm、Y軸方向波動值σy=0．0112mm;綜合所得數據可知，激光光束經過壓縮后，PSD對光斑位置的測量精度得到了很大的提高，從而可以有效提高系統的控制精度。

3．3步長對控制精度的影響在理想狀態下，控制系統可以控制標定裝置到達預設的空間位置，但步長設置的大小對定位精度存在不可忽略的影響，其數據如表3所示。由表3所測數據可知，標定裝置的定位精度與步進電機所設步長存在一定的關系，所設定步長越大，步進電機控制標定裝置定位的精度越差;實際操作控制中，步長設定并不是越小越好，步長設定的太小將導致工作效率低;該控制系統中采用分步法解決步長與精度問題，即標定裝置距離預設點較大時，控制步進電機每執行一次所走步長較大，標定裝置距離預設點較小時，控制步進電機執行一次所走步長較小，從而解決因所設步長較大所引起的定位精度較差和所設步長較小工作效率低的問題。

4實驗

實驗時，通過位置控制計算機控制步進電機控制臺的移動，直至兩束激光光斑在PSD上同時顯示(0．0，0．0)mm，最終獲得標定裝置基準面和標準三角件的陰影圖像如圖3所示，所測數據如表4所示。標準三角件的A邊長度為129．70mm、B邊長度為112．46mm、C邊長度為64．85mm，通過調節好的照相站正交攝影后，對攝影圖像進行判讀，計算得出標準三角件A，B，C三邊的邊長大小。由表4所測數據可知，標準三角件A邊邊長標準差LA=0．56mm、B邊邊長標準差LB=0．59mm、C邊邊長標準差LC=0．93mm;計算得到的標準三角件的三邊邊長與標準三角件的實際長度相差小于1mm，多組照相站的空間坐標標定精度優于1mm，實驗結果表明:基于PSD的步進電機控制系統運用到彈道靶道照相站空間坐標標定體系中，有效提高了標定裝置的定位精度，該控制系統是可行的。

5結論

基于PSD步進電機控制系統構成的靶道空間坐標基準體系，通過LabVIEW控制面板能夠實時有效地以較高精度實現靶道照相站空間坐標的標定。經過對實驗數據的處理表明:基于PSD的步進電機控制系統結構合理，性能穩定，操作方便，定位精度高，具有實用價值。

作者：徐偉龍 顧金良 郭睿 羅紅娥 夏言 王康 單位：南京理工大學 瞬態物理重點實驗室