微透镜阵列快刀伺服加工系统设计与控制研究

发布时间：2017-12-03 06:06

  本文关键词：微透镜阵列快刀伺服加工系统设计与控制研究

  更多相关文章： 快刀伺服 微透镜阵列 滑模控制 路径规划

【摘要】：微透镜阵列是指由一系列尺寸在微米级的透镜按一定的方式排列而成的一类光学元件。近年发展起来的快刀伺服加工技术,具有加工精度高、速度快等优势。不仅可以直接制作微透镜阵列,而且可以制作微透镜阵列模芯,因此,快刀伺服加工微透镜阵列技术就成为制作微透镜阵列的关键技术。论文以典型的球面微透镜阵列的快刀伺服加工为研究对象,研制一种采用音圈电机驱动的快刀伺服车削加工系统,规划微透镜阵列快刀伺服加工刀具路径,搭建控制系统,设计稳定性高、跟踪性能好的基于干扰观测器的离散滑模控制器。论文所做的工作如下:(1)快刀伺服加工平台的总体结构设计及部件选型。设计快刀伺服加工平台及隔振系统,设计“气浮轴承+无框电机”和“直线电机+气浮导轨”分别为主轴运动和X/Z直线运动的结构形式;选用行程大、精度高的音圈电机作为快刀伺服装置的驱动,设计结构为“音圈电机+气浮导轨”的高频、高速运动形式。(2)规划并优化快刀伺服加工微透镜阵列刀具加工路径。阐述刀具加工路径规划流程,计算刀具加工路径;分析微透镜阵列快刀伺服加工刀具路径中的过渡区域分布规律及其对工件轮廓尺寸精度的影响;提出了一种过渡区域内的刀具加工路径优化方法,并采用软件对工件加工形貌进行仿真分析。(3)控制系统的的设计及相应硬件选型。采用下位机运动控制器配合上位机工控机的控制形式;选用UMAC控制器作为控制系统的核心,设计闭环控制系统并选定元件型号;针对微透镜阵列加工系统,采用微软基础类库(MFC)完成上位机人机界面、路径规划、在线指令等模块的设计。(4)快刀伺服装置数学模型的建立及控制器的设计。在分析快刀伺服装置电压平衡和力平衡的基础上,建立电压与位移传递函数;采用MATLAB软件,设计离散PID控制器,采用基于干扰观测器的离散滑模控制方法,设计系统的控制器。在空载和不同负载情况下,分析运动系统的位置跟踪误差、超调、欠调以及振荡等现象。分析结果表明,基于干扰观测器的离散滑模控制器,在位置跟踪性能和抗干扰性能中表现较好,更适合用于快刀伺服装置的控制系统。
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张鸿海;范细秋;胡晓峰;刘胜;;一种微透镜阵列制作方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年06期

2 阎嫦玲;鲁平;刘德明;向思桦;;与光纤阵列耦合的微透镜阵列设计与损耗分析[J];光电子·激光;2006年09期

3 范细秋;张鸿海;甘志银;刘胜;;一种高效率低成本制作微透镜阵列的方法[J];机械科学与技术;2006年09期

4 王伟;周常河;;一种新型聚合物微透镜阵列的制造技术[J];中国激光;2009年11期

5 庄孝磊;周芳;申溯;陈林森;;层叠微透镜阵列光扩散片特性研究[J];光学学报;2010年11期

6 叶嗣荣;周家万;刘小芹;钟强;黄绍春;赵文伯;;玻璃微透镜阵列的制作工艺研究[J];半导体光电;2011年02期

7 蒋小平;刘德森;张凤军;周素梅;赵志芳;陈小梅;;一种掩埋式复眼微透镜阵列[J];光电子.激光;2011年08期

8 王建国;;液晶微透镜阵列研究进展[J];激光与光电子学进展;2013年01期

9 庄思聪,朱瑞兴;一种制作微透镜阵列的方法[J];上海师范大学学报(自然科学版);1997年02期

10 陈四海,李毅,何苗,张新宇,易新建;衍射微透镜阵列的光学性能研究及测试[J];激光与光电子学进展;2000年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 何苗;易新建;程祖海;黄光;刘鲁勤;;大F数硅微透镜阵列的制作及光学性能测试研究[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年

2 赖建军;柯才军;周宏;易新建;;图形转移工艺制作聚合物折射微透镜阵列[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

3 刘德森;;方形微透镜阵列的制作及像差分析[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 张彦峰;陈钰杰;余思远;;单晶金刚石微透镜阵列的制备研究[A];2013广东材料发展论坛——战略性新兴产业发展与新材料科技创新研讨会论文摘要集[C];2013年

5 iJ，

本文编号：1247673