基于气磁复合支承的主动隔振系统的设计

发布时间：2017-06-16 01:04

  本文关键词：基于气磁复合支承的主动隔振系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隔微振作为一门综合学科的基础支持技术,在高精尖技术领域成为了不可或缺的关键技术。随着时代的发展,目前人类尖端科技领域已经发展到了令前人叹为观止的高度,如大规模集成电路制造、激光干涉引力波探测、超精密加工制造、激光三维直写技术等领域,均已经达到纳米、亚纳米甚至更高的精度。然而地面上的任何设备都脱离不开大地振动的干扰,所以说上述领域任何技术的实现与发展都离不开隔微振技术的支持,隔微振技术已经成为了上述领域进一步发展的关键技术。本文设计了基于气磁复合支承技术的隔微振装置。隔振器采用三级气浮结构作为主支承,从理论上来讲能够使得隔振器与地面完全分隔,实现六自由度隔振,具有大承载、低刚度的优势。引入音圈电机作为制动器,设计了基于音圈电机的主动控制方案,在气浮支承的基础之上,进一步提高隔振系统的定位精度和隔振性能。本文首先对隔振器机械结构设计进行分析。本文所设计的隔振器采用气浮结构作支承,根据结构的尺寸形状、工作状态对气浮结构垂向和水平向的刚度特性进行理论推导,并进行了相应的仿真分析。介绍了音圈电机的工作原理,并分析主动控制系统的布局。其次,设计了垂向和水平向刚度可调辅助机构并分析。垂向设计中引入了磁浮弹簧的设计,对磁浮弹簧的特性进行了理论分析和磁场仿真,与主气室结构并联以降低系统刚度;水平向引入了辅助定位器以避免侧倾力对系统的影响,同样实现了刚度可调功能,可灵活调整。然后,建立了主动控制系统,包括定位控制与振动控制。设计主动定位控制的目的在于使系统工作稳定可靠的同时,提高定位精度;主动振动控制方案的设计则采用了前馈与反馈相结合的形式,进一步提升隔振系统的隔振性能。最后,对隔振系统的定位与隔振性能进行实验验证。首先验证了刚度可调辅助机构设计的合理性。引入主动控制后,系统垂向定位精度(3?)从3.5μm提升至3.0μm;系统X、Y、Z向固有频率为0.93 Hz、1.25 Hz、2.31Hz,振动速度(RMS)为8.77μm/s、10.53μm/s、4.48μm/s。
【关键词】：隔振 气浮支承 音圈电机 磁浮 负刚度 主动控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 隔振器原理及分类11-12
• 1.3 基于负刚度技术隔振器国内外发展现状12-20
• 1.3.1 国外隔振器发展现状12-18
• 1.3.2 国内隔振器发展现状18-20
• 1.4 本课题的主要研究内容20-22
• 第2章 基于气磁复合支承隔振器设计22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 隔振器静压气浮结构设计22-34
• 2.2.1 静压气浮结构设计分析23-24
• 2.2.2 静压气浮结构机械模型分析24-34
• 2.3 隔振器电磁主动隔振结构分析34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 隔振器刚度调整机构设计37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 垂向磁浮弹簧负刚度机构设计37-44
• 3.2.1 负刚度隔振技术原理37-41
• 3.2.2 磁浮弹簧机构设计41-44
• 3.3 水平向刚度可调辅助定位器设计44-50
• 3.3.1 水平向刚度可调辅助定位机构设计45-46
• 3.3.2 辅助定位器有限元仿真分析46-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 隔振系统主动控制方案的设计51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 隔振系统定位控制方案设计51-57
• 4.2.1 垂向定位控制方案设计51-56
• 4.2.2 水平向定位控制方案设计56-57
• 4.3 隔振系统振动主动控制方案设计57-63
• 4.3.1 水平向振动控制方案设计57-59
• 4.3.2 垂向振动控制方案设计59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 实验与分析64-81
• 5.1 引言64
• 5.2 刚度可调机构单元实验与分析64-68
• 5.2.1 磁浮弹簧刚度实验64-66
• 5.2.2 水平向辅助定位器刚度实验66-68
• 5.3 隔振系统定位实验与分析68-70
• 5.3.1 隔振器Z向缓升功能实验68
• 5.3.2 隔振系统定位精度实验68-70
• 5.4 系统隔振性能实验与分析70-80
• 5.4.1 隔振系统固有频率实验与分析70-73
• 5.4.2 系统振动加速度实验73-76
• 5.4.3 系统振动速度实验76-80
• 5.5 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

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