气浮无接触输运与定位控制策略研究

发布时间：2020-07-16 05:22

【摘要】：当前信息技术的发展使得工业各领域对半导体元件的需求量大幅增加,如硅晶片、太阳能电池板和液晶显示器等。半导体材料本身的强度不高,存在易碎易划伤等问题,加之元件呈大型化,轻薄化的发展趋势,对其运输过程的要求随之提高。传统的输运方式大多为接触式,接触意味着更容易导致元件损坏,影响产品质量。因此,非接触、无摩擦的输运方法在保证工件质量方面展现了极大的优势。其中气浮输运则凭借其污染小,不生热,不生磁等优点成为这一研究领域的主流。本文设计了一种完全无接触的气浮输运与定位控制系统,用于在一维方向上对轻薄物体进行运输和定位控制。本文的主要研究如下:首先,对气浮输运原理进行了介绍与分析,气浮平台在轻薄物体下方形成空气薄膜以便支撑物体,同时产生横向的受控气流,对物体提供粘性驱动力。基于上述原理对平台的驱动单元进行了粘性力建模,建模与试验结果均表明了吸气流量的增大或气膜厚度的减小会导致粘性力增加。关于控制量选择问题,本文提出了两种控制方式:一是使用列数为控制量,二是使用吸气流量作为控制量。前者将驱动力的大小及方向进行同步控制,而后者则独立控制。通过两种控制方式的扰动试验,对比发现使用吸气流量作为控制量能够有效抑制扰动。其次,建立了包含阀动特性、流量特性及工件动力学特性在内的系统非线性模型,提取影响系统动态特性的关键参数,最后通过线性拟合以及试验等方式,对模型的参数进行了辨识,继而确定了系统的传递函数。再次,依据系统模型,利用MATLAB软件辅助设计了H_∞混合灵敏度和H_∞回路成形两种鲁棒控制器。对所生成较高阶的H_∞鲁棒控制器进行了降阶处理,最后使用Simulink仿真比较了两种H_∞鲁棒控制器降阶前后对系统的控制效果,仿真结果表明了H_∞回路成形鲁棒控制器的控制效果较优。最后,设计并搭建了气浮输运试验装置。利用电磁阀的切换改变驱动力的方向,并使用比例方向控制阀调节吸气流量以改变驱动力的大小,进行一维方向上的气浮输运定位控制试验。加入PID控制器,将其控制试验结果与H_∞鲁棒控制器控制试验的结果进行对比。试验结果验证了气浮定位控制输运理论的可行性,H_∞回路成形控制器在试验中表现出了良好的鲁棒稳定性,而PID控制结果则存在较大的超调,H_∞混合灵敏度鲁棒控制结果存在较大稳态误差。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TN304

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本文编号：2757577