基于动基座自动调平控制策略研究

自动调平控制技术是为了解决动基座上的搜跟系统360°全域周扫过程中,俯仰与大地水平角度实时保持的问题。该系统是在速率闭环稳定的基础上,采用倾角传感器构成空间位置环,形成位置与速率双闭环,实现系统瞄准线的自动调平。针对平台控制的关键?自动调平技术,着重分析了倾角传感器与平台万向架角度构成的空间位置环,理论推导出搜跟系统的瞄准线与水平面夹角的关系,并进行系统控制分析和仿真。最终仿真分析结果与实际测试结果基本吻合,满足系统的指标要求。     

超声波传感器在摊铺机自动调平控制系统中的应用

针对摊铺机自动调平控制系统对测距精度的较高要求,设计了一种具有较高精度的基于超声波传感器的测距系统。实验结果表明,在常用的测距范围内,静态测距精度可达1mm。介绍了测距系统的原理以及系统的软、硬件实现方法。     

基于空间分光的纳米级调焦调平测量技术EI北大核心CSCD

随着半导体制造步入1xnm技术节点时代,调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内,集成电路(IC)工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术,利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上,通过归一化差分的方法计算硅片高度,可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度,尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明,该系统测量重复性精度为8nm(3σ),线性精度为18nm(3σ)。当测量光强变化达90%时,该测量技术引起的线性精度变化为15nm(3σ);当光强变化为65%时,线性精度变化小于1nm(3σ)。     

双工件台光刻机中的焦面控制技术

面对可用焦深日益缩短的趋势,高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术,介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理,研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式;研究了一种离焦量解耦算法,该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量,并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明,该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。     

车载光学平台双层隔振系统设计与试验研究

 分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法,对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。     

调平聚焦伺服控制系统的优化设计

以提高共焦差动并行激光直写中光束刻写质量为目标,分析设计了调平聚焦伺服控制系统。采用柱面镜作为像散元件,与四象限光电探测器结合,利用差动像散检测方法和比例积分微分(PID)反馈算法减少光源和外部干扰的误差,获得高灵敏度、高精度、高稳定性的探测曲线。通过优化光学设计参数,本系统能获得具有高灵敏性与一致稳定性的探测曲线,探测范围为3μm,静态聚焦误差可达±5.0nm;动态聚焦压电陶瓷(PZT)伸长量可保证在焦深范围内,焦点位置辨别精度可达纳米量级,可探测调平台的倾斜角和俯仰角在0.01mrad左右。利用该系统可实现光栅的刻写,进一步为更大尺寸、更高密度的光栅刻写提供依据。     

投影光刻机硅片调焦调平测量模型

成像质量是光学光刻机的最主要指标,硅片调焦调平测量是光刻机控制成像质量的基础.为此建立了硅片调焦调平测量系统单个测量点的测量模型,并根据硅片形貌标准和集成电路尺寸标准,推导了近似运算规则,简化了曝光场高度与测量光斑在光电探测器上的位置之间的数学关系.运用最小二乘法和平面拟合曝光场曲面的方法,推导了基于多个测量点的曝光场高度和倾斜测量的数学模型.该模型能满足调焦调平实时测量和控制的需要,可用于测量精度优于10 nm的高精度调焦调平测量系统,能满足线宽小于100 nm投影步进扫描光刻机的需要.     

基于原子重力仪的车载静态绝对重力测量

目前大多数原子重力仪的装置复杂、体积庞大、环境适应性差,不能应用于野外进行绝对重力测量,这限制了原子重力仪的应用领域.本文利用自研的小型化原子重力仪,集成了一套车载绝对重力测量系统.该系统主要由原子重力仪、被动平台隔震系统、位姿平台调平系统、差分GPS测高系统、不间断电源供电系统及车载空调温控系统等组成.首先,本文对该测量系统的车载环境适应性进行了评估,发现在野外40℃高温、8°大倾角普通路面的环境下,该系统仍然能够正常工作;其次,介绍了车载绝对重力测量的实验步骤及数据处理方法,并测量了车头朝向对绝对重力测量的影响.最后,在野外平坦路面上进行了重复测线工作,评估了系统的内符合绝对重力测量精度,结果约为30μGal;在野外大倾角山体路面,通过测量不同海拔高度点的绝对重力值,得到了地球的垂直重力梯度值,约为-231(36)μGal/m.本文结果为野外绝对重力勘测提供了依据.     

车载惯性平台稳定位置解算算法

根据船摇位置自稳定的思想，提出了基于坐标转换的惯性平台位置稳定解算算法。该算法通过坐标变换实时解算出惯性平台相对载体的位置值并将其作为位置稳定控制的位置环输入，从而有效隔离载体对平台位置的干扰，实现平台的稳定。实验结果表明：平台的外框架稳定精度为0．1mrad，内框架稳定精度为0．3mrad，满足了指标1mrad的要求。该算法有效地解决了车载惯性平台的稳定性问题，提高了整个稳定系统的性价比。     

基于虚拟仪器的智能电子鼻系统的设计

智能电子鼻对于有害气体和可燃性气体的检测具有重要意义;以NI公司Labview9.0为测试平台,利用PCI-1710HG数据采集卡、传感器阵列设计构成智能电子鼻系统;采用测量室和气体流量计精密控制气体密度和状态;虚拟仪器开发平台用于实时监测和显示采集得到的曲线和数据,并通过遗传算法改进后的BP神经网络进行分析,得到不同气体的浓度;最后使用不同阻值的精密电阻替代传感器对系统进行测试,结果表明系统对多种气体检测都具有高精度和高稳定性,能够进行高效智能化检测。     

基于WSN的智能农机自动导航控制系统研究

为了提高农机的自动化和智能化作业水平,采用无线传感器网络设计了农机自动导航控制系统,系统主要由车载导航控制终端、后台服务器和ZigBee无线传感器网络组成;车载导航控制终端在嵌入式控制器S3C2240平台上开发设计,主要采用PID模糊控制算法对农机的运动状态进行调节和与服务器的通信;后台服务器根据要作业的区域利用定步长连续寻点方法进行了农机行驶的路径规划,接收移动车载导航控制终端上传的接收信号强度指示RSSI后,借助多点定位算法进行精确定位,并向移动车载导航控制终端下达期望的速度和方向指令;实验结果表明:设计的智能农机自动导航控制系统能够实现精确定位和速度控制,平均定位误差为仅为0.217 m,在设定运动速度为1 m/s时,实际的平均速度为0.984 m/s,能够完全满足农机自动导航作业的需要。     

车载光电经纬仪支撑平台稳定性研究

传统的车载支撑平台晃动量较大，难以满足车载光电经纬仪高精度不落地测量要求。为了兼顾轻量化、高刚度和便于制造的要求，采用离散体桁架拓扑优化方法设计了一种具有桁架蒙皮式结构的高比刚度车载支撑平台；建立了平台系统的有限元仿真模型，根据平台安装光电经纬仪的稳定性要求，分析了不同工况和载荷条件下平台系统的静力学和模态特性，搭建了支撑平台稳定性实验装置。结果表明，在经纬仪工作角加速度0.5(°)/s²～20(°)/s²范围的激励下，经纬仪基座的响应加速度为0.008～0.55 m/s²，无明显影响经纬仪跟踪性能的共振响应发生。同时，采用倾角传感器测量了平台晃动幅值，最大晃动量为7.2″。该支撑平台具有较高的支撑稳定性，适用于车载光电经纬仪高精度不落地测量。     

基于直线电机的电炉电极控制系统的研究

电炉电极调节器是电炉的核心控制系统。目前吉林铁合金八分厂的10T电炉电极升降系统采用手动控制。针对此问题提出了一种采用直线步进电机控制数字阀调节液压系统位置的方法,使现有系统可以实现电极升降的自动控制,同时对直线步进电机的控制使用Fuzzy-PID的控制方法,达到精密定位控制的目的。阐述和分析了数字阀控制液压系统升降可行性和稳定性。并通过实验验证了该系统调节具有精度高,响应快等优点。     

基于STM32F4的电机控制系统设计

为改善步进电机堵转、失步、超步等问题,提高步进精度,使步进电机能够快速准确定位,提出基于STM32F4微控制器的步进电机控制系统设计。通过改变PWM输出定时器的预分频值控制电机转速,直线阶梯形升降速算法实现调速;采用DMA方式控制电机脉冲数量,实现位置精确控制。实验以及实际应用情况表明,阶梯形升降速算法以及DMA方式位置控制算法能够满足一般要求,系统误差为±0.01度。系统精确度高、性能可靠、扩展性强,具有较高的应用价值。     

基于RF开关矩阵的雷达双通道测试平台

雷达性能测试贯穿于雷达系统的研发和使用阶段,针对目前雷达测试平台存在集成化、稳定性不足的情况,设计了一种基于射频(RF)开关矩阵的雷达性能双通道集成测试平台;首先,基于RF开关矩阵和通用仪器设计双通道测试结构;继而开发程控软件,同步控制开关矩阵的切换和各项仪器的数据采集,实现自动化雷达性能测试;该平台校准面插损和测试面插损之间的误差远小于传统方法,对雷达指标的测试精度可达到0.1 dB以上;且通过自动化的信号采集、信号处理及数据分析,实现了对雷达设备的高精度、高效率自动化性能测试。     

基于有限包络圆的光电平台传感器布局设计

为保证光电平台视轴稳定精度,在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩,建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量,基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束,快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%,有效降低了配平质量,提高了光电平台性能。     

基于FPGA的OV7620视频信息获取系统

为了满足实时、快速地获取并处理视频信息,提出以Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8为核心芯片构造硬件开发平台,使用Verilog HDL语言对CMOS图像传感器OV7620的驱动时序进行硬件描述。系统采用SCCB编程模式,建立FPGA芯片与CMOS图像传感器之间的通信,实现信号的控制与获取。为了实现在不同环境和需求下的操作要求,设定了CMOS图像传感器内部的相应寄存器和控制器。实验结果表明,该系统通过灵活控制CMOS图像传感器OV7620,为实现视频监控、工业现场监控等应用提供了稳定可靠的原始信息来源。     

液压驱动四足机器人控制系统开发

针对液压驱动四足机器人的结构特点和自动化运动需求,设计基于CAN总线通信的分层式控制系统,分为远程监控层、规划控制层和执行控制层三层,并按照控制系统总体设计方案进行硬件系统和软件系统开发;该控制系统应用基于WINDOWS的PC机和基于ARM开发的触摸操控板进行远程监测和控制,采用基于QNX的PCI/104单板机对机器人的运动进行规划,选用DSP作为执行机构处理器,从而构建了一个具有工作性能稳定、实时响应快、结构紧凑等特点的控制系统平台;软件系统采用模块化设计的思想进行开发,提高了控制系统的扩展性;最后,通过对液压缸运动的控制实验,验证了该控制系统的稳定性和可靠性。     

基于线阵CCD的图像采集系统设计

介绍了一种快速提取边缘特征信息的图像采集系统设计方法。该方法以C8051f060单片机为控制核心, 结合外围环形硬件电路实现对线阵CCD图像传感器的驱动,采用简单的预处理电路将两路CCD输出信号转变为一路可利用的视频信号,再利用单片机的A/D转换模块对视频信号进行模数转换和串口通信将数字图像数据发送到上位机等待后续处理。该系统电路设计较简单,集成度高,成本低,避免了以往设计方法的不足,通过实验结果表明：该系统具有较好的抗干扰性和稳定性,产生的驱动信号符合CCD工作需求,可以快速、高效完成对含有边缘特征信号的采集并实现高精度测量。     

基于TEDS接口的智能传感网络系统

为了扩展测试系统挂接传感器的数量,使不同类型传感器在配置时实现即插即用,提出了一种基于TEDS接口的智能传感网络系统;此网络系统采用温度传感器和倾角传感器分别对-55～+125 ℃环境温度和-90°～+90°的倾角进行实时测量;通过TEDS(Transducer Electronic Data Sheets)技术实现了传感器的智能化要求;传感器采集到的信号,经过FPGA进行相关的处理,通过RS485总线传输到总的网络适配器,网络适配器的控制单元通过USB接口上传给上位机;实验结果证明,温度测量精度达到0.1 ℃,倾角的测量精度达到0.5°,验证本系统的稳定性和可靠性。