摘 要

在燃气轮机引射吹风冷却试验台中，探针定位控制系统属于其一套重要的实验设备，探针定位在实验室中对于实验结果的准确性及可靠性具有十分显著的影响。此次论文中研究的探针定位系统，为了达到高定位精度、自动化定位以及连续的分布式测量，将全部拟用数字式控制。

选用模块化设计思想进行设计，系统的组成部分主要有用于人机交互的PC机、用于直线和周向运动的两自由度定位机构、运动控制器以及转化信号的CAN总线总线转换接口。选用圆弧齿轮副且为无间隙啮合的形式作为角位移的执行元件，要保证定位机构在运行过程中必须平稳且保持较高的可靠性及定位精度，因此执行部件选用丝杠螺母的形式。设计位置伺服控制模块的过程中，是基于LM629所完成的，很好的确保了探针定位系统运动过程中的可靠性。为了改善RS232在实际运用中的效果，通过CAN232，RS232的通讯距离得到了延长，同时其抗干扰能力进一步得到了增强，从很大程度上提高了工作效率。

本次课题源于机械工程中的实际问题，改善了探针定位控制系统的实际运用，以满足高精度、高稳定性、高可靠性以及可连续性的要求，并本着以绿色环保节能的原则完成材料的选用，最终达到设计要求。

关键词：探针定位 控制系统 CAN总线

ABSTRACT

In gas turbine tractor beam cooling test bench, the probe positioning control system belongs to the first set of important experiment equipment, probe positioning for the accuracy and reliability of the result of the experiment in the lab has a very significant effect. In order to achieve high positioning accuracy, automatic positioning and continuous distributed measurement, the probe positioning system in this paper will be fully developed with digital control.

Selects the modular design idea for design, part of the system is mainly used for human-computer interaction of PC machine, used for straight lines and circumferential movement of the locating mechanism of two degrees of freedom, motion controller and the signal conversion of CAN bus bus interface. Choose circular arc gears mesh and for no clearance form as actuators of angular displacement, to ensure that the positioning in the process of operation must be smooth and maintain the high reliability and precision, so the execution parts choose the form of lead screw nut. The design position servo control module is based on LM629, which ensures the reliability of the probe positioning system. In order to improve the RS232 effect in practical application, through the CAN232, RS232 communication distance was extended, and its anti-jamming capability has been further enhanced, to a large extent, improve the working efficiency.

This topic comes from the practical problems in mechanical engineering, improve the practical application of the probe positioning control system, to satisfy the high precision, high stability, high reliability and continuity of requirements, and in line with the principle of green environmental protection and energy saving to complete the material selection of, finally to meet the design requirements.

Keywords: probe positioning;Control system;CAN bus

目录

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.2定位技术的发展现状及趋势 1

1.2.1定位系统的发展 1

1.2.2精密定位技术的发展 2

1.2.3垂直定位技术的发展 2

1.3测量技术的发展状况 2

1.3.1工业测量 3

1.3.2角度测量技术 3

1.3.3回转曲面测量技术 3

1.4探针定位系统的研究现状 4

1.5课题的研究意义 4

1.6论文的主要研究内容 5

第二章 探针定位系统的整体设计 6

2.1引言 6

2.2 PC机单元 6

2.3探针定位系统的组成及特性 7

2.3.1系统组成 7

2.4探针支架的设计部分 8

2.5电机伺服控制模块的设计 11

2.6通信系统的设计 11

2.7本章小结 12

第三章 位置伺服控制模块的设计 13

3.1引言 13

3.2 LM629功能及工作原理 13

3.3智能功率接口 14

3.4位置硬件设计 15

3.5 PID控制算法 16

3.5.1常规PID控制算法 16

3.6软件设计 17

3.6.1忙状态检测 17

3.6.2初始化 17

3.6.3 PID参数编程 18

3.7本章小结 20

第四章 通信系统的硬件设计 21

4.1引言 21

4.1.1现场总线及其特性 21

4.2 CAN功能简介 22

4.3 CAN232模块硬件设置 23

4.4 CAN节点的硬件设计 23

4.5 RS232简介 24

4.5.1 RS232到CAN转换的硬件设计 24

4.6本章小结 24

第五章 通信系统的软件设计 25

5.1引言 25

5.1.1 CAN现场总线 25

5.2 CAN232模块软件设置 25

5.3 CAN节点的软件设计 26

5.4 CAN与RS232区别 28

5.4 .1RS232到CAN转换的软件设计 28

5.5 本章小结 30

经济性分析 31

结论 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

1.1概述

目前，国有企业正在进行设备的升级或创新，许多设备在技术研究方面已经进入了关键时期，且已获得一系列成果。在燃气轮机的配套设备中，燃气轮机引射冷却吹风试验台是其十分关键的实验平台，可为其升级或改革提供基础，改善设备更新的途径，提高了相关设备的更新效率^[1]。

此试验台的数据由探针定位运动控制技术来保证，长期以来，探针定位的自动化程度较低，多用机械手动式探针定位，甚至直接手持。存在的主要缺点：（1）成本高，能耗高，环保率低；（2）实验结果的精度低，可靠性低，连续性低；（3）工作过程中，实验人员不能离开噪音大、危险性高的操作现场，工作环境较为恶劣，严重影响身体健康。

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