直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

傅立叶红外光谱仪直线电机控制系统研究

提出了一种新型的用于便携式傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪动镜驱动的直线电机控制系统的实现方案.着重论述了该系统的机械结构,速度反馈单元,直线电机控制器的硬件和软件设计.直线电机机械部分采用磁悬浮设计,有效减小电机运动时的摩擦力,提高匀速直线运动的精度.速度反馈单元获取参考激光干涉信号的波长信息为电机匀速直线运动提供反馈.控制器硬件核心由DSP CPLD的电路结构组成,通过增量式PID控制算法对音圈直线电机进行实时控制,确保电机匀速直线运动.实验结果表明,该电机在运动速度为6.33 mm/s时,速度精度优于5%.根据有关文献提供的数据,该驱动结构完全满足傅立叶变换光谱学对数据采集精度的要求,而且该系统较之传统FTIR动镜系统具有体积小巧,重量轻,适合便携式设备应用等优点.     

用于硅片检测的精密直线运动平台的设计与实现

硅片检测过程要求其运动系统具有较高的精度,实现其中的精密直线运动对整个复合运动平台至关重要.采用直线电机驱动的方式设计了一套精密直线运动平台,阐述了其机械系统和控制系统设计过程.实验结果和实际应用表明：本平台比目前采用滚珠丝杠驱动的直线运动平台具有更高的精度、更大的加速度、运行更平稳和更长的寿命等优点,可以完成硅片检测过程要求的运动,运动精度满足了应用场合的要求.     

采用伺服电机的电子凸轮控制系统设计

针对传统机械凸轮存在的难加工、易磨损、难维护的问题,采用伺服电机设计了电子凸轮先进控制系统。该系统硬件采用德国倍福伺服运动控制实验平台,由嵌入式PC、数字伺服驱动器、永磁同步伺服电机、滚珠丝杠直线平台等组成,控制系统采用位置环、速度环、电流环三环控制模式,根据内部虚拟主轴的位移和电子凸轮表插值计算出了从轴伺服电机的位置指令、速度指令,模拟实际凸轮轨迹实现滚珠丝杠直线往复运动,并在上升和下降阶段采用五次多项式作为插值函数,保证了速度曲线、加速度曲线存在且连续,提高了机构运动性能。实验结果表明,采用电子凸轮方案后,丝杠在位移精度和反应速度方面均能获得良好效果,可以把跟随误差控制在0.005 mm内,证明采用电子凸轮代替原有机械直动推杆凸轮是可行的。     

卷烟包装机电子凸轮控制系统设计

以卷烟包装机械的推烟凸轮为研究对象,通过搭建伺服控制实验平台,进行电子凸轮设计,实现推烟杆的直线往复运动。设计采用软PLC技术、速度前馈策略和串联PID控制系统对伺服电机进行精确的速度与位移控制。通过分析实验数据可知,电子凸轮技术能够提升推烟凸轮的反应速度并且得到更高的位移精度,验证了使用电子凸轮技术能够很好地替代原有机械推烟凸轮。     

二维精密气浮运动平台控制系统稳定性研究

二维精密气浮运动平台采用直接驱动进给和气浮导轨支承技术,不仅需要有较高的定位精密、运动速度和定位加速度,而且要求直接驱动伺服系统具有足够的稳定裕度。根据自动控制原理,对系统参数进行了分析,并完成了参数修正,论文利用Matlab语言和Simulink软件对X轴控制器电流环、速度环、位置环进行建模仿真研究,验证了二维气浮运动平台控制系统是稳定的,且有足够的稳定裕度。建立了实验单元,通过控制器参数整定软件PMAC Tuning PRO2调节PID参数,完成参数优化。实验表明平台控制系统是稳定的,优化PID参数能使系统更快到达稳定状态。     

滑台式液压冲剪机高速精密同步控制系统

目前国内型材辊压生产线的冲剪设备一般采用定尺停剪方式。该方式生产效率低,精度不易控制,常出现拉(压)痕等缺陷。所设计的系统将液压冲剪设备置于滑动平台上,平台速度由伺服电机驱动滚珠丝杆控制,将圆光栅传感器测得的工件进料速度送入微处理器,通过伺服控制器控制伺服电机,实现滑动平台与工件的同步运动。工程应用表明,所设计的系统同步控制精度±0.05mm,剪切速度大于50根(300mm/根)/min,冲压频率1Hz以上,工作效率提高1倍。     

新型2-DOF高加速定位平台的动态性能研究

微电子封装业的迅速发展对封装设备中的运动定位平台的运行速度以及加速度的要求越来越高,研制新型高加速精密定位机构成为十分迫切的任务。针对这种需求,提出一种新型2-DOF平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动。采用Largrange方程建立了动力学模型,然后基于奇异值理论得到了机构的速度与加速度极值表达式,分析了平台在关节速度限制下的速度特性,以及在关节力矩限制下平台的加速能力。分析结果表明此定位平台运动最大速度最差可达0.8m/s;最大加速度最差可达12g,最好情况下可达14g。实验验证此定位平台具有高加速度的运动特性,可达上述速度与加速度指标。     

高加速度宏微运动平台研究

对高加速度宏微运动平台进行了研究,在分析宏微复合驱动技术的基础上,采用一种新型的宏微驱动方式,研制了基于压电陶瓷的高加速度宏微运动平台。宏运动由音圈电机驱动,可实现高加速度、大行程运动;微运动由安装在音圈电机轴上的压电陶瓷驱动,用以补偿宏动所产生的定位误差,达到高精度的设计目标。在微动过程中,由绝对式直线光栅尺实现闭环位置反馈。根据设计要求,搭建了宏微驱动高加速度高精度定位平台,通过实验验证其性能。实验结果表明,该宏微运动平台加速度大于10g,重复定位精度小于1μm。