基于非均勻采樣的光柵刻劃機(jī)實驗數(shù)據(jù)分析.pdf

1、光柵刻劃機(jī)被譽(yù)為精密機(jī)械之王，是當(dāng)今世界最精密的制造設(shè)備之一。高精度光柵刻劃機(jī)刻線密集并且刻劃精度要求極高，通常每毫米上能刻劃上千道線，刻劃誤差小于1/10光柵常數(shù)。這對光柵刻劃機(jī)系統(tǒng)設(shè)計提出了較高要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是光柵刻劃機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，其對系統(tǒng)刻劃精度的影響不言而喻。由于采集系統(tǒng)均勻采樣受到限制，實際的采樣系統(tǒng)是非均勻采樣系統(tǒng)，這給光柵刻劃機(jī)數(shù)據(jù)分析帶來了影響。本文從光柵刻劃機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)入手，闡述了光柵刻劃機(jī)非均勻采樣的原因

2、及其對系統(tǒng)的影響。圍繞著非均勻采樣問題，本文從理論推導(dǎo)出發(fā)，通過仿真驗證，確定了對光柵刻劃機(jī)使用時域插值法、非均勻離散傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析的有效性。并基于此方法制定了一套實驗數(shù)據(jù)處理流程，進(jìn)一步對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了一些具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
　　 在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，非均勻采樣系統(tǒng)是普遍存在的系統(tǒng)。在采樣過程中，由于受到電子器件、操作系統(tǒng)等的限制，對系統(tǒng)變量的采樣呈現(xiàn)非均勻狀態(tài)，從而導(dǎo)致非均勻采樣系統(tǒng)的產(chǎn)生；另外，在實際應(yīng)用

3、中，一些不可在線測量的變量，通常要經(jīng)過實驗室分析才能得到，這些變量測量值的獲得在時間上也會呈現(xiàn)非均勻性。根據(jù)采樣理論，非均勻采樣具有不受采樣頻率限制、頻率分辨率高以及抗混疊等優(yōu)點，使得其應(yīng)用非常廣泛。但同時，非均勻采樣會引起頻譜噪聲，使得信號中幅度小的頻率成分不易檢出。本文討論了針對非均勻采樣信號的頻譜分析方法，利用MATLAB工具編程實現(xiàn)對非均勻采樣信號的非均勻離散傅里葉變換，并結(jié)合光柵刻劃機(jī)的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，得到更加準(zhǔn)確、符合實際的處

4、理結(jié)果。
　　 對于非均勻采樣控制系統(tǒng)而言，良好的控制系統(tǒng)軟件框架對提高系統(tǒng)效率，減小漏采、輸出滯后起到重要作用。針對光柵刻劃機(jī)采樣系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)特點，本文提出了單線程簡單軟件處理框架和多線程復(fù)雜處理框架。單線程簡單處理框架主要用于PID等簡單算法處理；多線程復(fù)雜框架主要用于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、單神經(jīng)元等算法。在多線程處理框架中，優(yōu)先級較低的線程來完成參數(shù)更新，高優(yōu)先級線程進(jìn)行簡單實時計算，如此便解決了復(fù)雜算法更新參數(shù)算法消耗時間過長

5、，造成控制器輸出滯后的問題。此外，在刻劃的不同階段，根據(jù)分度系統(tǒng)的運動特點很容易實現(xiàn)兩個框架之間不同算法的動態(tài)切換。
　　 環(huán)境干擾、固有頻率往往是影響光柵刻劃機(jī)刻劃精度的重要因素。本文中我們通過對實驗數(shù)據(jù)分析找出噪聲源，削弱固有頻率干擾，為重新的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠的實驗依據(jù)。本文從光柵刻劃機(jī)運行特點出發(fā)，根據(jù)運行環(huán)境需求，分別設(shè)計了不同組別的對比實驗，分別進(jìn)行了分度系統(tǒng)振動測試、壓電陶瓷固有頻率測試、內(nèi)外臺固有頻率測試等實驗，并