基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统

发布时间：2017-08-23 10:26

  本文关键词：基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统

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【摘要】：随着当今科学技术发展进程,在微观领域中关于光电子、微机电、生物工程、纳米材料等的研究越来越深入,对定位精度的要求现已进入微纳米时代。精密定位技术广泛应用于精密仪器、机械和机床、IC工艺制造、计算机外围设备等,它的特点是精度和分辨率较高,尺寸从小到大,品种繁多。精密定位系统大多有自动化操作的要求,需要集成许多高性能高品质机械零部件、高分辨力检测元器件,因此制作难度大,投资大。超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统的研究将促进多门学科的进一步发展,具有重大的科学意义和广泛的实用价值。论文来源于国家高技术研究发展计划(863计划)课题“微细结构跨尺度高分辨层析成像与检测系统”,研究了基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统。根据精密定位系统的特点和要求,设计了定位方案及总体结构。为了实现宽范围、高精度的定位,本文结合超声电机、可回收废气的空气静压直线导轨、双光栅装置以及伺服控制单元,研制了一套定位精度高,重复性好的精密定位系统。该系统可以实现高精度定位的功能,同时实时反馈气浮直线导轨的位置信息。采用超声电机作为系统驱动,超声电机无电磁干扰,可实现无行程限制驱动,它具有高频响、无低速爬行的特点,提高了气浮直线导轨运动的稳定性,从而提高了定位系统的精度。采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对精密定位系统的影响。使用双光栅作为位置反馈装置,低精度光栅为运动控制提供位置反馈,高精度光栅用于测量,这样既提高了运动控制的速度,又提高了测量的精度,从而更好地满足系统的要求。在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节超声电机的PID参数使系统拥有快速平稳的响应特性。同时设计基于VC++6.0平台的控制软件实现系统的精密定位及对超声电机主要参数的调整。
【关键词】：精密定位 直线导轨 光栅 超声电机
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 研究的背景和意义10
• 1.3 精密定位技术的国外研究现状10-15
• 1.3.1 精密定位技术的国外研究现状10-13
• 1.3.2 精密定位技术的国内研究现状13-15
• 1.4 本论文研究的目的和内容15-17
• 第2章 精密定位系统总体设计17-24
• 2.1 超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统的应用需求17-18
• 2.2 系统原理及构成18-21
• 2.2.1 系统结构组成18-19
• 2.2.2 气浮支承技术和超声电机驱动的基本原理19-21
• 2.3 精密定位系统整体方案设计21-23
• 2.3.1 系统关键结构组成21-22
• 2.3.2 系统控制方式设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 精密定位系统关键结构设计与分析24-36
• 3.1 系统驱动部分24-26
• 3.1.1 超声电机的概述24
• 3.1.2 超声电机的选型24-26
• 3.2 运动执行部分26-30
• 3.2.1 气浮直线导轨工作原理26-29
• 3.2.2 重力平衡装置29-30
• 3.3 双光栅反馈装置30-35
• 3.3.1 光栅尺的概述30-33
• 3.3.2 光栅尺的比较和选型33
• 3.3.3 双光栅装置的设计33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 精密定位系统控制部分设计与分析36-46
• 4.1 PMAC运动控制卡36-38
• 4.1.1 PMAC运动控制卡概述36-37
• 4.1.2 PMAC运动控制卡的比较与选型37
• 4.1.3 PMAC运动控制卡与超声电机驱动器的链接37-38
• 4.2 超声电机的PID调节38-44
• 4.2.1 PID调节原理概述38-39
• 4.2.2 超声电机的PID参数整定39-40
• 4.2.3 运动曲线与跟随误差分析40-44
• 4.3 系统控制软件设计44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统实验验证46-53
• 5.1 超声电机的PID整定实验46-48
• 5.1.1 实验原理与方法46
• 5.1.2 实验数据分析46-48
• 5.2 精密定位系统定位精度及重复性实验48-51
• 5.3 实验数据分析与处理51-52
• 5.4 本章小结52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-59
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单59-60
• 致谢60

【参考文献】

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1 王延风;磁悬浮精密定位工作台机电一体化CAD/CAE集成研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

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本文编号：724502