高精度定位平台振动误差补偿技术研究

发布时间：2017-06-07 18:05

  本文关键词：高精度定位平台振动误差补偿技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着纳米光刻、MEMS封装、超精密加工、微电子工程、生物医学工程等领域的迅速发展,对定位平台的定位精度要求也越来越高,定位系统的发展也将促进超精密加工、精密测量及大规模集成电路等行业的发展。振动是影响定位平台定位精度的主要因素之一,为进一步提高定位平台的精度,本文针对直线电机驱动的气浮定位平台的振动特性,重点研究振动对定位精度的影响。通过设计振动误差补偿机构对定位平台因振动而引起的误差进行实时补偿,实现定位平台的高精度定位。针对定位平台高精度、高动态的运动特性,设计定位平台的总体结构,并基于内部振源的振动特点,建立X、Y、Z三方向的振动的物理和数学模型,计算其固有频率,同时建立定位平台的机电耦合数学模型,采用PID控制与最小节拍组合控制方法,完成定位系统的阶跃仿真分析,验证定位平台能够进行高加速启停的往复平稳运动。基于高精度定位平台的振动误差,设计基于压电陶瓷(PZT)直接驱动双层平行板弹性铰链形式的振动补偿机构,通过有限元仿真分析,研究振动补偿机构的动、静态特性,得到平行板铰链的尺寸。设计前馈-PID控制器,提高压电陶瓷的驱动定位精度,并对微动控制系统进行动态跟踪响应仿真研究。建立基于误差补偿精密定位系统,对振动误差补偿平台进行实验研究,验证其满足本文的设计指标。并对高精度定位平台进行振动误差补偿实验,验证基于误差补偿系统的高精度定位平台能够实现高精度定位。
【关键词】：高精度定位平台 振动误差 误差补偿 压电陶瓷
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB53
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 高精度定位平台国内外研究现状11-19
• 1.2.1 机构形式的研究现状11-14
• 1.2.2 控制方法的研究现状14-16
• 1.2.3 误差补偿技术的研究现状16-19
• 1.3 课题的来源及主要研究内容19-20
• 第二章 定位平台总体结构及振动误差分析20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 高精度定位平台总体结构设计20-26
• 2.2.1 导轨形式及驱动机构的选取20-22
• 2.2.2 不同平台结构的有限元仿真对比22-24
• 2.2.3 定位平台技术指标及总体结构设计24-25
• 2.2.4 定位平台关键部件设计25-26
• 2.3 高精度定位平台动力学仿真分析26-29
• 2.3.1 定位平台模态分析27-28
• 2.3.2 定位平台谐响应分析28-29
• 2.4 高精度定位平台振动误差来源分析29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 高精度定位平台振动误差建模32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 定位平台振动误差与机电耦合模型建立32-42
• 3.2.1 X轴定位平台振动误差模型32-34
• 3.2.2 Y轴定位平台振动误差模型34-35
• 3.2.3 Z轴定位平台振动误差模型35-38
• 3.2.4 系统固有频率的计算38
• 3.2.5 直线电机数学模型的建立38-40
• 3.2.6 X轴和Y轴机电耦合数学模型的建立40-42
• 3.3 定位平台响应特性分析42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 高精度定位平台振动误差补偿方法45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 振动误差补偿机构的总体设计45-48
• 4.2.1 压电陶瓷致动器匹配选型46-47
• 4.2.2 双层平行板弹性铰链刚度模型的计算47-48
• 4.3 振动误差补偿系统数学模型的建立48-50
• 4.3.1 压电陶瓷的数学模型48-49
• 4.3.2 振动误差补偿机构的数学模型49-50
• 4.4 振动误差补偿机构有限元分析50-54
• 4.4.1 振动误差补偿机构的静态特性分析51-52
• 4.4.2 振动误差补偿机构的模态分析52-53
• 4.4.3 振动误差补偿机构的位移耦合分析53-54
• 4.5 微动控制系统设计54-58
• 4.5.1 前馈-PID混合控制方法研究55-56
• 4.5.2 微动控制系统阶跃与轨迹跟踪仿真分析56-58
• 4.5.3 定位系统双重闭环控制策略58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 高精度定位平台振动误差补偿实验60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 高精度定位平台试验系统的搭建60-62
• 5.3 振动误差补偿机构的测试62-67
• 5.3.1 振动误差补偿平台的迟滞非线性测试62-63
• 5.3.2 位移分辨率、行程及重复定位精度测试63-65
• 5.3.3 位移耦合度测试65
• 5.3.4 动态响应及动态跟踪测试65-67
• 5.4 振动误差补偿实验研究67-70
• 5.4.1 试验系统组成67
• 5.4.2 振动误差补偿实验67-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间科研成果77-78
• 致谢78-79

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