基于DSP的非接触薄膜厚度在线测量控制系统研究

摘要

随着现代科学技术的发展，高速、高精度的在线检测技术越来越受到生产工程领域研究人员的关注，在线检测技术水平直接影响到生产线的效率、产品质量以及自动化程度。本课题就生产过程中高速、高精度的厚度在线检测系统进行了研究与实现，同时对厚度在线控制系统进行了研究与仿真分析。
　　测量系统是整个系统的关键，只有测量准确才能实现系统的有效控制。本课题采用激光位移传感器进行厚度信号的检测，选用了TI公司的TMS320F2812DSP芯片作为硬件电路的微处理器，完成系统中的输入信号检测和系统的控制。本课题的测量系统主要完成以下工作：系统硬件电路设计以及排除各种干扰的措施；编写程序实现基本功能并选择有效的数字滤波方法；设计友好的用户操作界面。考虑了测量系统在生产应用中面临的实际情况，本论文设计了一些辅助功能，从而使整个测量系统可应用于实际生产。对调试过程中出现的问题进行了分析并制定相应解决方案，最终将其成功应用于电池极板生产过程中的薄膜厚度在线测量。
　　控制系统可以提高生产线的自动化水平和产品质量。薄膜厚度测量控制系统是属于典型的大延时工业控制系统，因此对大延时系统的控制算法设计是研究本系统控制算法的核心。本文首先建立了系统模型，针对系统的大延时特点采用了几种有效的控制算法，并使用MATLAB工具对算法进行了仿真研究。其中，着重对模糊PID控制器进行了设计。最后给出了各个算法的仿真结果比较，考虑到薄膜测控系统的应用背景，确定了最适合本系统的控制算法。
　　本课题研究的薄膜测控系统，具有测量精度高，稳定性好，操作简单使用方便等突出特点。

目录

基于DSP的非接触薄膜厚度在线测量控制系统研究

RESEARCH OF NONCONTACT ONLINE MEASUREMENT SYSTEM FOR FILM BASED ON DSP

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景、研究的目的和意义

1.2 测厚技术发展状况

1.2.1 非在线测厚技术

1.2.2 在线测厚技术

1.3 本课题的国内外现状综述

1.3.1 国外现状综述

1.3.2 国内现状综述

1.4 论文的主要研究内容

第2章 薄膜测量系统的方案设计及工程实现

2.1 薄膜测量系统的整体结构设计

2.2 薄膜测量系统硬件电路的设计

2.2.1 核心处理芯片外围电路设计

2.2.2 系统电源的处理

2.2.3 硬件滤波措施

2.2.4 传感器和数据采样电路

2.2.5 人机交互系统的设计

2.2.6 伺服电机控制

2.2.7 接近传感器

2.3 测量系统上层软件的设计

2.3.1 上层界面的软件设计

2.3.2 数字滤波算法研究

2.3.3 校正装置的设计与实现

2.3.4 SPC校验规则设计

2.3.5 数据导出接口设计

2.3.6 测量极限位置自动滤除算法

2.4 测量系统的调试与运行

2.4.1 调试中遇到的主要问题

2.4.2 测量系统运行情况

2.5 本章小结

第3章 控制系统建模与延时补偿算法

3.1 系统控制模型的建立

3.2 Smith-PID控制器

3.2.1 Smith预估原理

3.2.2 Smith预估器的设计与仿真

3.3 基于Dahline算法的串联补偿控制器设计

3.3.1 基于Dahline算法的串联补偿控制器原理

3.3.2 基于Dahline算法的串联补偿控制器的设计与仿真

3.4 本章小结

第4章 模糊PID控制器的设计

4.1 模糊控制器的工作过程

4.2 模糊PID控制器的设计

4.2.1 模糊PID控制器简介

4.2.2 模糊PID控制器结构的确定

4.2.3 模糊参数基本论域和隶属函数确定

4.2.4 量化因子和比例因子的确定

4.2.5 模糊控制规则的建立

4.2.6 模糊决策与PID参数查询表

4.2.7 模糊控制算法流程图

4.3 模糊PID控制器仿真

4.4 本章小结

第5章 控制系统仿真结果分析

5.1 实际工业生产环境介绍

5.2 模型精确时的仿真结果

5.3 模型失配时的仿真结果

5.4 基于鲁棒性的控制算法选择

5.5 干扰下的模糊PID控制系统输出

5.6 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢