臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在結合一般伺服定位平台與壓電精密定位平台而實現高精度定位之要求，並選擇機械視覺做位置回授控制，然而利用機械視覺來做回授補償時，伴隨而來的卻是影像處理所造成伺服控制上的延遲(Delay)的問題，一旦控制迴路中有延遲時間的出現，勢必造成系統穩定性及其頻寬的大幅下降，因此本研究主要就是針對此視覺影像所造成的時間延遲，對視覺回授兩階層伺服定位系統之性能的影響做分析與探討，一開始先利用傳統之控制補償來分析討論時間延遲對系統的影響並加以補償控制，之後我們針對此視覺回授兩階層伺服的特性設計提出一套有別一般傳統的控制補償方法來克服時間延遲所造成的影響，並比較其與傳統控制補償方法的控制效果，此設計提出之控制補償方法稱為單次取像行進中對位(One Shot Alignment on Fly --- OSAOF)，意即可僅單次取像而達到快速對位之目的，將時間延遲效應從控制迴路中排除，並能在長行程尚在行進中即完成精準對位，模擬及實驗顯示，本研究所設計提出的控制補償方法能達到更加良好的效果。

This research is aiming to combine an ordinary servo platform with a piezo-actuated positioning platform, in which a machine vision system is required for position feedback. However, utilizing machine vision as a position feedback will introduce a significant time delay into the servo control loop. Such a time delay in the control loop will significantly decrease the stability and bandwidth of the control system. Therefore, this research is mainly to analyze the effect of such vision time delay to the performance of the dual stage alignment servo system and trying to design a compensation algorithm for it. Traditional compensation approaches were used firstly to see how good the traditional approach can reach. Finally, a new approach, called One Shot Alignment on Fly (OSAOF), was proposed in this research. Using this approach, image was taken only once, and the vision time delay was got rid of from the control loop. The alignment speed was increased significantly and the alignment can be performed even while the long stroke platform is still in motion. Simulation and experimentation have shown that the proposed approach can achieve much better alignment performance then the traditional approaches.

中文摘要……………………………………………………………………………….i
英文摘要………………………………………………………………………………ii
誌謝…………………………………………………………………………………...iii
目錄…………………………………………………………………………………...iv
圖目錄………………………………………………………………………………..vii
表目錄……………………………………………………………………………….xiii
第一章 緒論…………………………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………………………….1
1.2 研究動機………………………………………………………………………….2
1.3 研究目的………………………………………………………………………….3
1.4 論文架構及研究流程…………………………………………………………….4
1.4.1 論文架構…………………………………………………………………..4
1.4.2 研究流程…………………………………………………………………..5
第二章 文獻回顧……………………………………………………………………..6
2.1 一般伺服控制系統……………………………………………………………….6
2.2 壓電精密定位平台之研究……………………………………………………….6
2.3 二階層伺服致動系統…………………………………………………………….7
2.4 影像伺服定位與應用之研究…………………………………………………… 9
2.4.1 各種對位標記之比較…………………………………………………… 10
2.5 控器系統時間延遲問題………………………………………………………...13
第三章 時間延遲對系統之影響................................................................................15
3.1 影像伺服流程圖………………………………………………………………...15
3.2 影像伺服之架構………………………………………………………………...16
3.3 時間延遲對系統造成之影響…………………………………………………...19
3.3.1 無時間延遲之壓電平台系統……………………………………………19
3.3.2 無時間延遲壓電平台系統之頻域分析…………………………………21
3.3.3 有時間延遲下之壓電平台系統頻域分析………………………………25
3.3.4 時間延遲下之壓電平台系統的控制補償………………………………28
3.3.5 在不同時間延遲之下的時延系統之頻寬………………………………32
3.4 整合長行程之時間延遲系統…………………………………………………...39
3.4.1 長行程伺服系統電流迴路之設計與化簡………………………………39
3.4.2 長行程伺服系統速度迴路之設計與化簡………………………………42
3.4.3 具影像處理時間延遲之兩階層伺服對位系統架構……………………47
第四章 具時間延遲兩階層影像伺服對位控制系統設計與模擬……………….48
4.1 應用傳統PI控制器之系統模擬………………………………………………...48
4.1.1 大行程定位及工件放置皆無誤差狀況下之模擬測試…………………50
4.1.2 大行程定位及工件放置有誤差狀況下之模擬測試……………………59
4.2 應用傳統PI控制器加上長行程運動資訊補償之系統模擬…………………67
4.3單次取像行進中對位之控制補償策略…………………………………………74
4.3.1 單次取像行進中對位補償策略之概念說明………………………..74
4.3.2 單次取像行進中對位補償測試模擬測試………………………………76
4.4 OSAOF控制補償與傳統PI控制補償之比較………………………………..85
4.4.1 OSAOF控制補償與單純PI控制補償之模擬比較…………………….85
4.4.2 OSAOF控制補償與PI控制加上長行程運動資訊補償之模擬比較….91
第五章 實驗設備與實驗結果分析…………………………………………………94
5.1 實驗設備……………………………………………………………………….. 94
5.1.1 CCD照相機………………………………………………………………. 94
5.1.2 CCD校正………………………………………………………………… 95
5.1.3 光源的選用……………………………………………………………… 97
5.1.4 鏡頭……………………………………………………………………… 98
5.1.5 影像擷取卡…………………………………………………………….. 100
5.1.6 A/D 數位類比轉換卡………………………………………………….. 101
5.1.7 電晶體功率放大器…………………………………………………….. 101
5.1.8 壓電驅動定位平台…………………………………………………….. 102
5.2 實驗結果……………………………………………………………………….105
5.2.1 實驗程序………………………………………………………………. 105
5.2.2 PI控制補償與OSAOF控制補償之實驗比較………………………106
第六章 結論與未來展望…………………………………………………………..111
6.1 結論…………………………………………………………………………….111
6.2 未來展望……………………………………………………………………….112
參考文獻……………………………………………………………………………113

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