基于全局任务坐标系的精密轮廓运动控制研究

在轮廓加工过程中,数控机床完成的加工轨迹是多轴协调运动的结果,其产品加工质量由轮廓误差(实际轮廓与期望轮廓之间的几何偏差)来衡量。如何在高速大曲率轮廓加工中保持微小的轮廓误差是当前多轴机械加工行业中亟待解决的难题。本论文据此提出了一种基于全局任务坐标系的精密轮廓运动控制方法:首先提出了一种新的适用于实时控制的轮廓误差精确计算模型和相应的正交全局任务坐标系,然后考虑实际机电系统动力学模型所具有的参数不确定性、不确定非线性以及外干     

气悬浮支撑剂技术在长庆致密气压裂中的应用

滑溜水压裂液对致密储层伤害较低,但携砂能力弱,难以实现高砂比、长距离携砂,造成支撑缝面积远低于改造缝面积。通过气悬浮支撑剂技术,对支撑剂表面进行特殊改性,使其具有吸附气泡的能力,吸附气泡后的支撑剂体积密度大幅降低,运移能力大幅增强。室内实验表明,经气悬浮剂改性的20/40目及以下粒径的支撑剂,在常温、常压、黏度为15 mPa·s的滑溜水中可100%悬浮,观察2 h无沉降。动态输砂实验表明支撑剂在裂缝中呈整体均匀铺置,高温高压条件下气泡仍能对支撑剂有效悬浮。岩心伤害实验表明,破胶液和含气悬浮剂的破胶液对岩心渗透率的伤害率接近,且均低于10%,说明气悬浮剂不会对储层带来明显的附加伤害。该气悬浮支撑剂压裂技术在长庆油田鄂尔多斯盆地东部致密砂岩气藏开展了7口井先导实验,以黏度9～15 mPa·s的滑溜水在5 m³/min排量下施工,压后产量为邻井常规压裂的1.2～1.9倍。气悬浮支撑剂将对压裂液黏度的需求从40～80 mPa·s的线性胶降至10 mPa·s左右的滑溜水,大幅降低了对压裂液黏度的依赖,从而降低了储层伤害,同时增加裂缝铺置效率,有利于提高单井产量及开发效益。     

柔性结构的多输入多输出运动系统辨识方法

柔性结构的多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)运动系统的辨识方法是一个具有理论研究和工程应用价值的问题。随着运动系统结构设计、控制性能等要求不断提高,过去视为刚体的MIMO运动系统的柔性动力学特征将越来越显著,成为限制系统性能的重要因素。在辨识试验获得频域非参数模型基础上,提出一种柔性结构的MIMO运动系统辨识方法,基于正交多项式的总体参数曲线拟合得到同分母的MIMO传递函数矩阵,利用模态叠加原理以及奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)原理得到系统的状态空间模型。此方法被应用于光刻机工件台这一典型的带有柔性动力学特征的MIMO运动系统。获得的MIMO状态空间模型具有频域辨识模型同等的辨识精度,证明了提出的辨识方法的有效性。所获得的模型满足用于综合控制设计的要求。     

光刻机超精密运动台数据驱动MIMO定结构前馈控制

超精密多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)运动台是集成电路制造装备——光刻机的核心部件之一,其轨迹跟踪性能是保证光刻机产率和分辨率的关键。提出一种高效的数据驱动MIMO定结构前馈控制方法,有效补偿参考轨迹引入的伺服误差,降低各自由度间的耦合,从而提高光刻机超精密运动台对不同轨迹跟踪任务的适应性及跟踪性能。采用多项式对MIMO前馈控制器进行参数化,以保证前馈控制器的固有稳定性及其对变轨迹的鲁棒性。利用脉冲响应实验法无偏估计过程灵敏度函数矩阵的马尔可夫参数,进而建立高效的数据驱动参数优化算法,根据伺服系统的输入-输出数据迭代优化MIMO前馈控制器参数。所提方法无需对光刻机运动台建模,且每次迭代仅需一次轨迹跟踪实验。将所提方法应用于课题组自主研发的光刻机硅片台,2种参考轨迹的跟踪实验结果验证所提方法在有效提高轨迹跟踪性能的同时降低各自由度间的耦合。