表面缺陷檢測機(jī)器1037602選SICK編碼器DFS60A-S4CM16384戶需求設(shè)計了系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo),設(shè)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖,對系統(tǒng)的主要單元進(jìn)行了對比分析,提出了本文的設(shè)計思路。接著,設(shè)計了線纜表面圖像采集單元。采用了三相機(jī)360°環(huán)繞線纜圓柱曲面的設(shè)計結(jié)構(gòu),實現(xiàn)線纜表面全景圖像的采集,同時,對本系統(tǒng)的相機(jī)、光源、計數(shù)和同步模塊及其連接方案進(jìn)行了設(shè)計。實驗結(jié)果表明,該圖像采集單元能夠采集到清晰的線纜表面圖,通過針對圖像背景的改進(jìn)方案,使得圖像背景干擾小,降低了缺陷檢測算法的設(shè)計難度。然后,研究并實現(xiàn)了線纜表面缺陷檢測算法。在對比了不同的設(shè)計方案后,針對本文的實際需求,設(shè)計了適用于本系統(tǒng)的檢測流程,主要步驟分為線纜表面圖像預(yù)處理、線纜區(qū)域提取、線纜表面缺陷標(biāo)記、線纜表面缺陷特征提取與識別。對三張線纜圖的拼接、缺陷連通域標(biāo)記方法做了對比分析,采用訓(xùn)練支持向量機(jī)識別線纜表面針眼與灰塵。后,對系統(tǒng)進(jìn)行測試。在完成了圖像采集單元功能、算法代碼的實現(xiàn)和界面的設(shè)計后,分別對系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)、大采集速度、小檢測缺陷尺寸和檢測直徑精度及范圍進(jìn)行測試,得出本系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo)。經(jīng)測試,系統(tǒng)大檢測速度達(dá)到了124.8米/分,小檢測缺陷面積為0.1mm2,檢測直徑范圍在1mm-33.3mm之間,系統(tǒng)對線纜表面缺陷大類的檢測率達(dá)到了100%,對表面針眼的識別率達(dá)到了70%,總體性能接近Taymer SI3100,滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。 構(gòu)和數(shù)學(xué)模型出發(fā)、同時闡述施耐德變頻器控制永磁同步電機(jī)的模型和控制機(jī)理,并就施耐德新一代重磅推出的御卓系列ATV340變頻器為實例,以此來論述變頻器分別以開環(huán)和閉環(huán)電機(jī)控制方式來驅(qū)動永磁同步電機(jī)的原理和實踐調(diào)試方法。并對施耐德變頻器控制同步電機(jī)的實際效果進(jìn)行客觀評估,實踐調(diào)試方法注意事項的分享以及新老產(chǎn)品的性能比較。 撞產(chǎn)生的高能粒子的能量。ATLAS合作組計劃利用2018年LHC二期長停機(jī)期間對液氬量能器進(jìn)行Phase-Ⅰ升級。為了能讓ATLAS液氬量能器工作在LHC Run-3 （2018-2019年）期間3倍于當(dāng)前亮度的環(huán)境下,液氬量能器Phase-Ⅰ升級的重點就是研發(fā)數(shù)字化觸發(fā)系統(tǒng),借此抑制背景噪聲,以高效的從背景中篩選出有效事件。更高的探測能量、亮度和讀出電子學(xué)更高的粒度都引起了數(shù)據(jù)傳輸量的顯著擴(kuò)增,因此光纖鏈路在ATLAS液氬量能器觸發(fā)讀出系統(tǒng)高速、海量數(shù)據(jù)的傳輸中起到了至關(guān)重要的作用。本文的主要研究工作是提出了光纖數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送器芯片LOCx2中關(guān)鍵的編碼方案,并在SoS 0.25μm CMOS工藝下實現(xiàn)了核心模塊編碼器,設(shè)計了低延時的鏈路后端數(shù)據(jù)接收器FPGA固件,且利用GBT-Link實現(xiàn)了對整個鏈路系統(tǒng)的有效監(jiān)控。本文的具體研究內(nèi)容和創(chuàng)新點主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1. ATLAS液氬量能器要求光纖數(shù)據(jù)鏈路的前端具備耐輻照能力、功耗≤100mW/Gbps、延遲≤75ns,整個數(shù)據(jù)鏈路的延遲≤150ns。目前業(yè)界僅有CERN開發(fā)的GBT-Link可工作于輻照環(huán)境,但其它指標(biāo)均不滿足要求。因此,SMU光電實驗室為ATLAS合作組開發(fā)了一款符合要求的數(shù)據(jù)鏈路。該鏈路的前端包括數(shù)據(jù)發(fā)送器芯片LOCx2和激光驅(qū)動芯片LOCld2。它們都采用SoS 0.2μm CMOS工藝設(shè)計而成,該工藝使用藍(lán)寶石作為絕緣襯底,對單事件閉鎖免疫,具有天然的抗輻照特性。LOCx2中的編碼器模塊是數(shù)據(jù)鏈路前端低延遲、低編碼開銷、低功耗的關(guān)鍵模塊。主要研究工作體現(xiàn)在以下三點：①提出了全新的"LOCic編碼”,創(chuàng)造性的將12位的BCID （Bunch Cross Identification）信息編碼到了4位字段之中,傳輸每幀112位的載荷數(shù)據(jù)相比于8B10B編碼來說編碼開銷從33.9%降至了14.3%,大大降低了鏈路的功耗。該編碼簡潔的編碼過程也易于實現(xiàn)低延遲的編碼器。②編碼器版圖采用人工計,且通過優(yōu)化數(shù)字器件閾值電壓和時鐘樹、使用流水線技術(shù)等方法將編碼器的工作頻率從該工藝庫的極限100MHz提升至320MHz,進(jìn)一步降低了延遲。③設(shè)計三時鐘FIFO用以連接編碼器與前端兩ADC芯片,且使其容忍兩個ADC芯片輸出信號之間3.125ns的相位不定性。IOCx2芯片有兩個數(shù)據(jù)發(fā)送通道,每個通道的輸出速率為5.12Gbps,測試表明LOCx2的功耗僅為843mW,整個芯片的延遲≤27.2ns,其中IOCic編碼器帶來的延遲≤21ns,各指標(biāo)達(dá)到ATLAS液氬量能器的需求。2.除了低延遲的編碼器之外,為了降低整個數(shù)據(jù)鏈路的低延遲還需要設(shè)計低延遲的數(shù)據(jù)接收器。數(shù)據(jù)接收器由串并轉(zhuǎn)換器和構(gòu)成,采用商用FPGA實現(xiàn)：①通過優(yōu)化串行收發(fā)器IP核,使其能夠接收5.12Gbps的高速串行數(shù)據(jù),恢復(fù)出高速時鐘,對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并終完成串并轉(zhuǎn)換。②采用簡潔的解碼過程并且讓運行在盡量高的頻率320MHz下,使延遲降到了③根據(jù)單粒子翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致鏈路同步丟失時數(shù)據(jù)的特點,實現(xiàn)了鏈路的快速再同步功能。光纖數(shù)據(jù)鏈路的測試表明,數(shù)據(jù)接收器可以成功實現(xiàn)鏈路的同步,恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)和BCID信息,并通過CRC校驗。鏈路的位差錯率<10-12,延遲≤74.25ns,遠(yuǎn)低于150ns。3.為了保證基于LOCx2芯片的光纖數(shù)據(jù)鏈路能夠正常工作,本文采用GBT-Link實現(xiàn)了對應(yīng)的控制系統(tǒng),給光纖數(shù)據(jù)鏈路提供時鐘、控制信號并監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)?？刂奇溌吩诤蠖说腇PGA上實現(xiàn)了GBT-Link協(xié)議、HDLC協(xié)議和通道命令協(xié)議收發(fā)器,以此完成與前端GBTx和GBT-SCA芯片的雙向通訊,并終利用GBTx和GBT-SCA芯片實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。測試表明在該控制鏈路的控制下,光纖數(shù)據(jù)鏈路能夠穩(wěn)定可靠的傳輸數(shù)據(jù).

表面缺陷檢測機(jī)器1037602選SICK編碼器DFS60A-S4CM16384步電機(jī)控制系統(tǒng)中,采用的低線數(shù)光電編碼器不但影響速度和位置的檢測精度,而且影響電機(jī)解耦算法的準(zhǔn)確實現(xiàn)。課題組根據(jù)間接轉(zhuǎn)子磁場定向控制算法,設(shè)計了基于位置而非速度的轉(zhuǎn)子磁鏈角觀測模塊,規(guī)避了速度計算誤差的干擾;提出了一種基于加速度在線辨識的轉(zhuǎn)子位置角預(yù)測算法。該方案通過前一時刻的轉(zhuǎn)子位置,結(jié)合轉(zhuǎn)動慣量辨識和負(fù)載觀測器計算得出加速度,從而對轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置進(jìn)行估算,并在光電編碼器的位置更新點進(jìn)行修正,提高了位置精度。仿真和實驗結(jié)果表明:在車用異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中,該方案能夠有效提高低線數(shù)光電編碼器電機(jī)控制系統(tǒng)的解耦精度,改善加速性能。 構(gòu)簡單、重復(fù)精度高、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點而在機(jī)械加工、物品搬運、PCB焊接等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但因機(jī)械臂工況的特殊性,機(jī)械臂對其關(guān)節(jié)永磁交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)提出了更高精度、更快響應(yīng)速度等能指標(biāo)要求,這是目前國內(nèi)現(xiàn)有通用永磁交流伺服系統(tǒng)及技術(shù)所不能滿足的,這成為了國內(nèi)機(jī)械臂研發(fā)的瓶頸問題之一。對此,為了滿足機(jī)械臂的高速高精度驅(qū)動,本文從如何提高伺服系統(tǒng)的定位精度和響應(yīng)速度兩個關(guān)鍵技術(shù)展開研究。首先,從SCARA機(jī)械臂整體設(shè)計出發(fā),在調(diào)研和分析了國內(nèi)外諸多廠家設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合應(yīng)用場合提出了一種電機(jī)、驅(qū)動器、光電編碼器和機(jī)械臂本體一體化高度集成的SCARA機(jī)械臂設(shè)計方案。該方案具有光機(jī)電集成度高、成本低、體積較小等優(yōu)點。其次,針對SCARA機(jī)械臂的應(yīng)用工況,在傳統(tǒng)的基于空間矢量調(diào)制算法的三閉環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上提出了一種適合SCARA機(jī)械臂的高速高精度驅(qū)動定位控制策略:,為了獲得較大的啟動力矩來實現(xiàn)高響應(yīng)啟動,將高頻注入法引入到電機(jī)的初始位置檢測中,采用外差法提取轉(zhuǎn)子的位置信息,并設(shè)計了一個零滯后且零穩(wěn)態(tài)誤差的位置跟蹤器。第二,為了獲得機(jī)械臂關(guān)節(jié)的初始位置并提高位置定位控制的精度,提出了一種新的特殊規(guī)律的混合式編碼器設(shè)計方法,并基于此提出了一種基于混合式雙編碼器集成的SCARA機(jī)械臂關(guān)節(jié)實時位置檢查方法。第三,為了減小擾動對伺服驅(qū)動系統(tǒng)定位性能造成的影響,采用自抗擾思想設(shè)計了位置速度一體控制的二階自抗擾控制器取代傳統(tǒng)的PI控制。后,集成這三種控制算法的優(yōu)勢,設(shè)計了具備高響應(yīng)高精度驅(qū)動特點的機(jī)械臂關(guān)節(jié)位置伺服驅(qū)動系統(tǒng)。然后,為了驗證方案的可行性,基于Matlab/Simulik搭建了內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)、基于高頻注入法的位置觀測器等仿真模型,并進(jìn)行了仿真分析。由仿真結(jié)果知,在零速情況下轉(zhuǎn)子位置估算誤差在1.8度（電角度）以內(nèi);在低速情況下轉(zhuǎn)子位置估算誤差在10度（電角度）以內(nèi)。因此,采用高頻信號注入法,能夠有效實現(xiàn)電機(jī)在零速和低速情況下轉(zhuǎn)子位置的自檢測。后,本文結(jié)合控制算法設(shè)計了驅(qū)動器樣機(jī),它由控制核心及其外圍電路、PWM隔離驅(qū)動電路、電流采樣電路、位置檢測電路和通信電路等電路組成?；诖?以SCARA機(jī)械臂的X軸關(guān)節(jié)為實驗對象,分別進(jìn)行了電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測、機(jī)械臂關(guān)節(jié)初始位置檢測、機(jī)械臂關(guān)節(jié)定位控制和機(jī)械臂關(guān)節(jié)抗擾動實驗。由實驗結(jié)果可知,電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估算誤差在8度（電角度）以內(nèi);機(jī)械臂關(guān)節(jié)初始位置檢測結(jié)果與人為給定的初始位置一致;基于混合式雙編碼器集成的機(jī)械臂關(guān)節(jié)實時位置檢測精度比單編碼器檢測方法提高95%以上.