基于圖像熵的直線電機動子位置測量方法研究.pdf

1、近年來，隨著計算機控制相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，高度集成芯片、高精度設備的需求越來越大，IC制芯、高精度數(shù)控系統(tǒng)等超精密加工產(chǎn)業(yè)都已成為一個國家的核心技術(shù)。超精密的加工設備離不開高精度的伺服控制系統(tǒng)，永磁同步直線電機避免了旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動工作臺所必須的傳動環(huán)節(jié)，可直接驅(qū)動負載，具有高速、高精度的優(yōu)點，在直線進給伺服控制系統(tǒng)中應用越來越多。直線電機的精密控制依賴于電機動子的實時、精確的位置反饋，傳統(tǒng)的電機動子位置測量方法存在成本高、易受復雜環(huán)境影響

2、、安裝復雜等問題，限制了直線電機的推廣和發(fā)展。
　　本課題結(jié)合數(shù)字圖像測量算法的高速、高精、非接觸以及實時性好的優(yōu)點，把圖像測量技術(shù)引入到直線電機動子位置測量中，提出了一種基于圖像熵的柵欄圖像篩選方法，并通過改進的數(shù)字圖像相關(guān)標準函數(shù)和簡化的粒子群優(yōu)化搜索算法(Particle Swarm Optimization，PSO)測量出攝像機間隔拍攝的兩幅柵欄圖像的位移量，實現(xiàn)對直線電機動子位置、速度的實時精密測量。
　　本課題緊

3、緊圍繞結(jié)合了數(shù)字圖像測量的直線電機動子位置精密測量方法進行的主要研究包括以下幾個方面:
　　1.介紹了直線電機動子位置測量目前的主要方法，并分析其優(yōu)劣點，解釋了圖像測量技術(shù)的主要原理和諸多優(yōu)點，闡述了圖像測量技術(shù)廣泛的應用背景特別是工業(yè)檢測、測量等領(lǐng)域，由此引出本課題的研究背景和主要內(nèi)容。
　　2.闡述了圖像測量系統(tǒng)目前的相關(guān)標定方法，包括傳統(tǒng)標定方法、自標定法以及改進的CCD相機標定方法，分析以上標定法的應用場合和優(yōu)劣點，

4、然后提出了本課題圖像測量系統(tǒng)的標定方法，并介紹本課題測量系統(tǒng)的組成和攝像機鏡頭的選型，最后通過實驗完成標定。
　　3.研究了一種結(jié)合PSO搜索方法的改進的數(shù)字圖像相關(guān)測量算法，實現(xiàn)圖像的亞像素高精度測量。首先通過實驗對比驗證了數(shù)字圖像相位相關(guān)測量算法只適應于微小距離的、整像素級別的測量，因此本課題選擇了數(shù)字圖像相關(guān)算法，并提出了一種改進的相關(guān)標準函數(shù)和抽樣計算子區(qū)概念，然后通過自適應慣性權(quán)重的PSO快速搜索算法獲得圖像亞像素的位移

5、值。最后以普通的拍攝圖像進行了實驗驗證，實驗結(jié)果表明測量精度能達0.05像素。
　　4.根據(jù)直線電機動子運動的固有特點，構(gòu)造柵欄條紋圖像作為目標源圖像。深入研究了數(shù)字圖像的不同特征對圖像測量算法精度和魯棒性的影響，得出了圖像灰度分布地越不規(guī)則對測量的結(jié)果越有利。分析了柵欄圖像的Pnatt熵與像素相關(guān)性之間的關(guān)系，提出了采用圖像熵表征柵欄圖像篩選的特征值，最后篩選出非周期性，抗干擾性更好的柵欄圖像作為拍攝目標圖像。
　　5.最