高精度大口径光栅拼接装置的控制算法

采用宏/微结合双驱动的少自由度并联进给结构,给出了一种光栅拼接装置设计算法.宏动部分是5PTS-1PPS型并联机构,采用步进电机驱动滚珠丝杠形式的进给机构;微动部分是5TSP-1PPS型并联机构,采用压电陶瓷驱动柔性铰链形式的进给机构;二者串联构成光栅拼接机构.计算了宏动部分和微动部分的并联机构自由度,利用并联机构运动学的逆解推导出该装置的控制算法,并根据控制算法进行了宏动、微动机构点位控制的运动学仿真.为了提高机构的定位精度,分析了机构的系统误差并提出了误差修正方法.最后,将以上算法应用到光栅拼接装置中.实验结果表明:宏动部分最大移动定位误差为3.6 μm,最大转动定位误差为4.4 μrad;微动部分最大移动定位误差为0.06 μm,最大转动定位误差为1.2 μrad;基本满足光栅拼接系统的精度要求.     

光栅复制拼接光路中入射光角度对拼接误差的影响

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求,设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500mm×500mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。结果显示:入射光角度误差为1°,拼接光路中绕x轴,y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1μrad,0.003 3μrad和0.348 2nm时,引起波前差为2.590 1nm。根据这一计算结果,给出了干涉仪角度调节装置的设计指标,即设置角度调节分度为0.1°时,可满足大尺寸光栅复制拼接要求。     

一种新型并联机构位姿误差建模及灵敏度分析

利用齐次坐标变换推导了一种新型五自由度平动、转动独立的复合机构的位姿反解。基于位姿反解和一阶泰勒展开,建立了考虑机构形位尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的位姿误差计算模型。应用误差模型能够得出末端执行器位姿误差和各个误差源之间的显式映射关系,定量地分析各个误差源对机构运动精度的影响程度,从而确定机构中影响其运动精度的关键环节。应用差分法就机构位置误差对主要设计变量的灵敏度进行了分析计算。灵敏度分析有助于合理确定机构的设计参数。位姿误差建模及灵敏度分析为该复合机构的优化设计和误差补偿提供了理论基础。     

一种新型并联机构位姿误差建模及灵敏度分析

利用齐次坐标变换推导了一种新型五自由度平动、转动独立的复合机构的位姿反解。基于位姿反解和一阶泰勒展开,建立了考虑机构形位尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的位姿误差计算模型。应用误差模型能够得出末端执行器位姿误差和各个误差源之间的显式映射关系,定量地分析各个误差源对机构运动精度的影响程度,从而确定机构中影响其运动精度的关键环节。应用差分法就机构位置误差对主要设计变量的灵敏度进行了分析计算。灵敏度分析有助于合理确定机构的设计参数。位姿误差建模及灵敏度分析为该复合机构的优化设计和误差补偿提供了理论基础。     

新型4自由度并联机器人位姿误差分析

将一种新型四自由度并联机器人等效为由串联机构构成的空间闭环机构 ,运用 Denavit- Hartenberg方法提出了运动平台位姿误差的一种分析算法。利用这个算法可以分析各种构件加工、安装误差对运动平台位姿精度的影响。进行了数值仿真验证了算法的正确性。最后分析出对位姿精度影响较大的因素 ,通过重视这些因素可提高实际机构的操作精度     

靶准直器悬臂Y向调整机构受力和变形研究

靶准直器是惯性约束核聚变靶场中的重要部件,其在靶室中的位姿是保证靶定位瞄准精度的主要因素之一。为了实现微米级的定位瞄准精度,需要利用调整机构对靶准直器位姿进行调整。本文采取理论分析、有限元仿真和实验验证相结合的方法对靶准直器悬臂Y向调整机构的受力变形和稳定性进行了研究。根据对Y向调整机构的受力变形分析,得到结构受力变形的理论关系式,可从理论上优化Y向调整机构的刚度和稳定性;基于有限元仿真对Y向调整机构进行相应约束条件下的稳定性分析和结构优化;利用实验装置对靶准直器整体稳定性进行实验测试。实验结果表明:Y向调整机构优化后,靶准直器静态Y向变形由原来的7.9μm减小至小于2μm,动态稳定性满足系统2μm/2h的稳定性要求。同时,试验、仿真和理论分析结果的变化趋势一致,验证了理论和仿真分析的正确性。     

自找准大行程粗精定位系统研究

针对MEMS及半导体制造工艺超高精度的对准要求,论述了在有多维微驱动器定位系统中,应用PID和FUZZY联合控制的方式解决定位中存在的速度调节与系统振荡的矛盾;在一套由光栅,驱动器及激光干涉仪构成的闭环超高精度自对准定位系统中,应用坐标变换方式解决多维定位系统中的干涉现象;以及在实际系统中,采用直线电机与微驱动器联合驱动的硬件构架,并配以上述控制策略,对定位系统进行粗定位和微定位,最终实现步进精度小于10nm,多层压印重复对准精度小于20nm,达到压印光刻为实现0.1μ或更小特尺坟而要求的30nm对准精度.     

四旋翼机器人运动控制与动力学研究与设计

针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究,首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,根据其旋翼采用正交安装的结构特征进行了运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转运动等。再次,建立了四旋翼机器人的非线性动力学数学模型,实现了无人机实时力矩补偿控制。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计位姿控制器,提出了一种基于动态数学模型的位姿控制方法。经过实验,将运动控制和动力学算法应用到四旋翼机器人,进行了空载位姿跟踪和悬停等实验,同时采集了姿态转角。通过实验证明了无人机运动控制算法、动力学算法和模糊自适应控制器的稳定性、准确性和鲁棒性。     

一种高精度大行程2R1T并联定位平台

为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。     

图像测量显微镜数控二维载物台的设计

针对数字显微镜大幅面图像拼接中图像扫描的问题,设计了用于显微镜图像拼接的数控二维载物台机械结构与控制系统。通过采用二维堆叠式共面结构减少了阿贝误差,提高了系统集成度,同时结合有限元分析方法,对机械结构进行了分析;基于单片机设计了基于高精度光栅尺反馈与PID精密运动控制结合的二维数控平台的闭环位移控制系统,实现了二维移动平台X/Y方向的运动控制;采用双频激光干涉仪对所设计的数控二维载物台进行了标定,建立了运动控制误差补偿模型,提高了系统运动精度。研究结果表明:该结构在10 kg负载下形变为0.229 5μm;经补偿后,在100 mm×100 mm的行程范围内重复定位精度小于±5μm。     

一种数字式高温燃油控制阀的特性研究

该文提出了一种数字式高温燃油控制阀,可以实现对高温燃油的连续精确控制。首先,针对高温的恶劣工况,进行了方案设计,包括前置级伺服阀的选用、主阀阀口的设计、整阀的冷却设计,介绍了其结构组成及工作原理;之后分别对高温阀的热特性和控制特性进行了仿真分析,结果表明该方案的高温阀能够满足设计要求。     

清洗机新型液力控制系统研制

分析了新研制的一种新型清洗机所采用的调压溢流阀和转速调节阀的工作原理、结构设计及使用中的注意事项。采用该阀既能方便地控制清洗机的工作压力，又能有效地借助关枪或开枪时管道系统压力的变化，关小或开大内燃机油门，使内燃机怠速运行或高速运行，同时防止管道超压。     

高频炉智能温度控制系统

ＧＰ１５－Ｂ型高频炉自动控温系统开发的目的是将高频炉旧有的手动控制系统改造成微机监控的自动控制系统,以提高控制质量,生产效率和减轻人的劳动强度,基于工业ＰＣ的高频炉自动控温系统具有实时监测,数据处理,操作指导提示,智能控制等功能,该系统的控制法采用仿人智能控制算法（ＳＨＩＣ）,其最主要的优点是不要事先知道被控对象的精确模型,就能够实现既快速又高精度的控制。     

浅谈高速加工系统的控制技术

本文主要介绍高速加工机床伺服系统的滞后和加、减速引起的滞后,以及高速加工时减少加工误差的主要措施。     

高压直流UPS电源的研究

针对传统通信基站UPS供电电源存在的系统结构复杂、电源效率低、可靠性差的问题,研究采用了一种两级结构的高压直流UPS电源。在电路结构方面,电源前级采用了T型三电平整流电路,改善了输入功率因数和输入电流THD;后级采用了输入串联输出并联型全桥电路,并采用交错并联技术,减小了输出电流纹波。在控制方面,引入了负载电流前馈控制,提高了电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时输出电压纹波很小。研究结果表明,高压直流UPS电源的最高效率为96%;其负载突变时恢复时间小于200μs,电压波动小于5%,动态响应快,输出特性好。     

基于自抗扰重复控制的压电驱动器高精度跟踪控制

针对压电驱动器的高精度控制问题,提出一种自抗扰重复控制设计方法。首先,给出压电驱动系统的动力学模型;然后,在线性自抗扰控制(LADRC)中引入输出反馈积分控制器和一类插入式重复控制器,提出一种具有阶跃、斜坡和周期信号跟踪/抑制能力的自抗扰重复控制策略。进一步,结合小增益定理,分析闭环系统的稳定性及控制系统的设计方法。最后,将所提方法应用于一类压电驱动系统,实验结果表明该方法与LADRC相比,能显著提升控制效果,且高精度跟踪/抑制多种外部信号。     

高速压力机振动分析与控制

本文分析了高速压力机振动产生的原因,并结合本厂高速压力机产品的实例,提出控制振动的几种方法。     

环境温度过低对蒸发式冷凝器的影响及对策

蒸发式冷凝器因为节水,效率较高,对水质要求没有水冷式冷凝器那么高等优点,正被越来越广泛的应用,但环境温度的变化对蒸发式冷凝器的影响较大,本文通过压力控制阀来调节系统的压力,从而防止冷凝温度过低对系统造成的严重影响.     

一种用于汽车白车身焊接的高精度辊床设计研究

当今汽车制造业向着高精、多品种、多元化的方向发展,在汽车白车身的焊接过程中,为了实现焊接工艺的完整性,提高焊接的精度和效率,需要多组高速高精度辊床来与焊接机器人高效配合。介绍了一种高速高精度的辊床结构以及其控制系统,使用三菱 PLC 作为其主控制器实现辊床的控制工艺。该辊床装备具有高精度,速度快,稳定性强,可靠性高,运行方便等优点。对我国汽车制造业向着高水平的方向发展具有重要的指导意义。     

一种基于模糊控制的温度控制器设计

为了提高试验箱的温度控制系统性能,设计了带有自调整因子的模糊控制器,该控制器在常规模糊控制的基础上增加了自调整因子和积分项,利用误差和误差的变化量实时修正控制参数,提高了控制精度。实验表明,该控制算法不仅能够克服试验箱加热系统的大延时、大惯性和非线性等问题,而且能够满足调节时间短,超调量小于5%以及稳态误差在0.1℃内的控制要求。