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一种新型短距离光电传感器检测控制系统的设计与实现

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目录

第一章 绪论

1.1选题背景

1.2国内外研究背景及发展趋势

1.3本论文的主要研究工作及章节分配

第二章 短距离光电传感器的电路和光学设计

2.1短距离光电传感器电路设计

2.2自动示教系统核心控制芯片

2.3控制电路设计

2.4短距离光电传感器光学设计

2.5本章小结

第三章 模糊PID自动示教控制系统

3.1传统的PID控制

3.2自动示教系统的控制方法

3.3 PID自动示教控制系统的局限性

3.4模糊控制

3.5模糊PID自动示教控制方法的确立

3.6本章小结

第四章 短距离光电传感器自动示教系统设计

4.1自动示教系统模糊PID控制器的主要设计步骤

4.2自动示教系统模糊PID控制器的设计

4.3 MATLAB辅助模糊PID控制器的设计

4.4模糊PID自动示教系统仿真

4.5本章小结

第五章 新短距离光电传感器检测控制系统的实现

5.1模糊PID控制器的实现

5.2基于模糊PID控制的检测控制系统测试

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文的主要工作及总结

6.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

声明

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摘要

光电传感器是一种被广泛使用在工业自动化过程中,利用光来检测物体存在与否的自动化产品,而光电传感器检测控制系统又是其中最核心的部分,其包括传感器处理芯片、控制电路、检测光学结构和自动示教控制算法。拥有先进的光电传感器检测控制系统的光电传感器,能够给使用者提供最佳的检测性能,面对不同的检测环境,都可以自动进行快速调整并稳定的检测。
  本文针对短距离光电传感器检测控制系统自动示教过程的非线性、瞬时性和强干扰性等特性,采用了模糊PID控制算法,来处理控制对象无法精确建立数学模型的问题。本文以投光电压作为被控对象,根据工程师在实践中获得的控制经验加以总结,确定模糊规则,采用加权平均模糊推理方法,利用MATLAB获得模糊控制总表,进行离线数据验证,建立了以模糊PID控制理论为基础的自动示教控制系统。
  在具体实现方面,为了保证短距离光电传感器的准确、快速的检测,采用ARM微控制器实现控制算法,选取CSP芯片作为传感器的核心电路控制芯片,使用基于PSD(Position Sensitive Detector)的三角形测量方法构成传感器的光学结构,实现了一种新光电传感器检测控制系统。
  通过实际的测试实验,对比采用PID控制和采用模糊PID控制下,短距离光电传感器的投光电压变化曲线和响应输出。实验证明,相比于经典PID控制,使用模糊PID控制后,系统的调节时间缩短50%,超调量下降到稳定检测时的23%,针对强光照射、黑色检出体和高反射率背景物这三种复杂实验环境的实验验证,均获得了相同的测试结论。由此可以证明,模糊PID控制算法提高了光电传感器的自动示教效率,加强了自动示教后的检测精度,成功地达到了设计目标。

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