超声电机直驱电动物镜转换器系统设计

摘要

显微镜在生物、医学、化学等行业中占有特殊的地位,发挥着非常重要的作用。全自动显微镜越来越多被使用,而电动物镜转换器是其主要的部件之一。
　　超声电机具有体积小、重量轻、转速慢、扭矩大、响应快、控制精度高、运行无噪声、不受磁场干扰的特点。由于超声电机的体积小、快速响应和断电自锁等优点,本文选用所内自主研制的TRUM30型环形行波型超声电机作为电动物镜转换器的动力源。此电动物镜转换器不同于传统的电机驱动的电动物镜转换器,不需要减速装置,结构简单、消除了传统电动物镜转换器传动机构带来的误差。本文主要内容如下:
　　首先,介绍了超声电机及其控制技术的发展及现状。其次,介绍了超声电机直驱的电动物镜转换器的机械结构,由于物镜转换器内部空间的限制对选用的超声电机进行合理地改造;进一步介绍了位置检测结构的设计,该设计采用双光电耦合器,达到使用低精度传感器实现较高的定位精度的目的。再者,介绍了驱动控制电路设计,驱动电路选用推挽式电路,而匹配电路对驱动电路的效率就有较大影响,进而介绍了匹配原理及其匹配电路的计算方法,选用合适的电感和电容,以最大限度的提高驱动电路的效率;电流保护电路,实现对驱动控制电路的保护;串口通信电路负责与上位机的通信,可以实现对电动物镜转换器的上位机控制。最后,介绍了驱动信号的产生及电动物镜转换器的控制流程,通过PID和模糊控制算法实现其高精度、快速的定位;上位机用户界面的设计,以满足电动物镜转换器的远程控制,直观地显示定位情况。
　　通过实验验证了电动物镜转换器的可用性、定位精确达小于10μm、定位时间小于3S和远程控制。

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图表目标

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超声电机的简介

1.3 超声电机的驱动控制

1.4 课题研究的意义及内容

第二章 电动物镜转换器设计

2.1 电动物镜转换器的结构

2.2 超声电机选型

2.3 定位结构的设计

2.4 本章小结

第三章 驱动控制器的硬件系统设计

3.1 供电电路

3.2 主控芯片的选择

3.3 驱动电路的设计

3.5 串口通信模块

3.6 按键处理及指示电路

3.8 位置传感器的信号处理电路

3.9 孤极反馈电路

3.10驱动控制器输出波形

3.11 本章小结

第四章 驱动控制器的软件设计

4.1 电动物镜转换器的软件设计

4.5 电机调速

4.6 定位控制算法

4.6 上位机程序

4.7 本章小结

第五章 实验

5.1 TRUM-30电机的测试

5.2 步进特性

5.3 电机稳速

5.4 高低温环境实验

5.5 电动物镜转换器定位实验

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 进一步工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文