基于SOPC的篦齿间隙测量系统的设计

摘要

发动机篦齿密封技术是航空发动机广泛使用的一种非接触式密封技术，其密封的效果及密封的间隙是否合理直接关系到航空发动机是否能够完全展示其性能。因此，准确测量发动机的篦齿间隙在航空发动机研发、改进、制造以及维护的过程中是十分必要也是必需的。但目前国内在航空发动机篦齿间隙测量的研究上还处于刚起步阶段，还没有较完善的篦齿间隙测量系统。本实验室对此已经进行了三年多的研究，曾先后设计出两套系统。作者在借鉴实验室研究成果的基础上，把 SOPC技术应用到测量控制领域，研究设计了基于SOPC嵌入式系统的篦齿间隙测量系统。
　　SOPC技术是随着半导体技术的发展近几年出现的新技术，是在一个可编程芯片上实现包括软硬件的系统。把它应用到测量控制领域，设计符合要求的篦齿测量系统主要解决三类问题：一是构建适合测控领域的SOPC硬件平台并解决 AD转换的问题，二是对各类电机等执行机构的控制问题；三是SOPC系统软件的构架和设计。针对这三类主要问题，文章展开了深入的分析和巧妙的工程设计。
　　（1）在 SOPC硬件平台的构建上，根据系统设计指标，选取了合适的步进电机和驱动器，整合现有的光纤传感器和光电预处理系统，设计 AD采集板，构建了SOPC处理系统，搭建硬件平台并解决数据采集的硬件部分。
　　（2）在控制问题，针对SOPC控制步进电机的难点，深入研究梯形+抛物线型速度规划的理论，探讨它的实现方法，把理论转化分解成实际问题，并在此基础上设计了具有梯形+抛物线型速度规划的步进电机控制 IP核，解决用SOPC控制步进电机的问题。
　　（3）在软件架构上，对限位和归零设置为最高优先级以中断方式来实现，对试验件的标定采用测量-处理-控制的闭环循环的方式，以适当的延时为代价解决 PC环境下两个线程才能实现的任务；在软件设计中成功实现 AD的采集程序，归零程序，中断服务程序，DMA传输测试程序。
　　最后，对系统进行软硬件联调并初步做一些实验，初步验证构建的系统的性能。另外本系统作为SOPC在测控领域的一个大胆的尝试，也是一个不错的参考设计。

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第一章 绪论

1.1 论文的选题背景、研究意义

1.2 国内外技术现状

1.3 SOPC技术概述

1.4 论文章节结构

第二章 系统总体方案设计

2.1 系统设计的总体要求

2.2 系统的演进过程

2.3 系统设计方案

2.4 设计任务

第三章 系统硬件设计

3.1 步进电机控制原理

3.2 步进电机驱动器

3.3 电控平移台

3.4 光纤传感器及预处理系统

3.5 A/D采集模块

3.6 SOPC系统

3.7 本章小结

第四章 步进电机控制IP核的设计

4.1 步进电机控制IP核

4.2 梯形+抛物线型速度规划

4.3 SMC核硬件的设计

4.4 SMC核软件的设计

4.5 封装和发布

4.6 本章小结

第五章 系统软件的设计

5.1 软件的设计方案

5.2 标定方法

5.3 软件实现

5.4 本章小结

第六章 系统集成及实验

6.1 系统集成

6.2 试验及结果

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附 录

攻硕期间取得的研究成果