基于直线电机宏微双重驱动大行程精密定位台的研究

发布时间：2017-04-19 12:18

  本文关键词：基于直线电机宏微双重驱动大行程精密定位台的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学的发展,在许多应用领域如半导体光刻、IC电路制造与封装、生物医疗等对精密定位技术提出了更高的要求,需要其同时具备大行程、高精度、响应快等特点。而大行程与高精度始终是一对矛盾,协调好两者之间的关系至关重要,在实际中往往是牺牲一方面而现实另一方面的高性能。目前,实现大行程运动的同时达到精密定位已成为当今前沿科学急需解决的前提条件和关键技术之一。 为了较好的协调和解决两者之间的矛盾,本文从宏微结合的概念出发,通过对宏微结合的精密定位平台的体系结构、微米级宏动定位与亚微米级微动定位的实现方法,直线电机的结构设计等关键问题的研究,构建了采用直线电机进行大行程位移驱动,压电陶瓷完成精密位移驱动,利用光栅尺实现全闭环反馈的宏微双重驱动平台；由此实现大的工作行程,同时得到高精度的重复定位精度。研究内容包括： 1.以传统直圆型柔性铰链为基本单元,设计一种新型大位移、低集中应力和低耦合位移的复合双边双柔性铰链机构。采用伪刚体模型法,结合材料力学相关知识,建立该柔性铰链机构的刚度理论模型,采用有限元方法系统地仿真该柔性机构的刚度、应力、固有频率等静态特性,通过与理论分析结果对比,验证复合双边双柔性铰链设计方法的可行性。 2.U型无铁心永磁直线电机的设计与研究,分析了该电机的磁路结构与绕组形式,通过建立电磁场的简化模型,将磁场分为永磁体区、气隙区和其他区域三部分,首先对单磁场作用的磁密分布进行解析,得到磁场各区域的磁密通解,根据磁场叠加原理,求得U型直线电机的气隙磁密及气隙中心磁密的数学表达式,在此基础上推导出电机的推力及反电动势的解析解。建立有限元模型,分析永磁体的对数对电磁场的影响,探讨了单边线圈宽度tw对电磁推力的影响。通过仿真得到电机空载反电动势、电机磁链、定位力和电磁推力等特性,并与解析解比较,结果相近。 3.根据设计与仿真结果,制作了一台U型无铁心永磁直线电机,在此基础上搭建了宏微双重驱动精密定位台。并对样机进行了相关的实验研究,实验结果与仿真、理论分析结果基本吻合,验证了设计方法的准确性及方案的可行性。
【关键词】：精密定位 宏微双重驱动 直线电机 解析法 有限元
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM359.4;TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2. 国内外关于精密定位平台的研究现状13-18
• 1.2.1. 压电陶瓷微进给定位台的研究现状13-14
• 1.2.2 直线电机驱动大行程精密定位台的研究现状14-15
• 1.2.3 宏微双重驱动大行程精密定位台研究现状15-18
• 1.3 宏微双重驱动精密定位平台的关键技术与问题18
• 1.4 课题来源与研究内容18-20
• 第二章 宏微双重驱动高精度定位台系统的设计20-28
• 2.1 常见宏微双重驱动定位台结构介绍20-21
• 2.2 大行程高精密定位台系统总体方案设计21-24
• 2.2.1 驱动源22
• 2.2.2 传动机构22-23
• 2.2.3 位置测量与反馈系统23-24
• 2.3 宏微双重驱动控制原理24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 压电陶瓷驱动微动定位台的结构设计28-44
• 3.1 压电陶瓷驱动特性分析28-30
• 3.1.1 压电陶瓷的电场效应28-29
• 3.1.2 压电陶瓷驱动器29-30
• 3.2 微定位平台中柔性铰链的设计30-38
• 3.2.1 柔性铰链的结构形式30-31
• 3.2.2 复合型双边双柔性柔性铰链31-33
• 3.2.3 双边双柔性铰链机构理论解析33-38
• 3.3 微定位机构的有限元分析38-43
• 3.3.1 建立机构有限元分析模型39-40
• 3.3.2 施加载荷和约束40
• 3.3.3 动静态特性仿真结果分析40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 U型无铁心永磁直线电机的设计与研究44-67
• 4.1 概述44-45
• 4.2 U型无铁心永磁直线电机拓扑结构与特点45
• 4.3 U型无铁心永磁直线电机设计的解析分析45-57
• 4.3.1 空载气隙中心磁密46-50
• 4.3.2 绕组结构解析50-52
• 4.3.3 推力解析分析52-55
• 4.3.4 反电动势解析55-57
• 4.4 Ansoft有限元分析57-66
• 4.4.1 有限元分析模型的建立58-59
• 4.4.2 永磁体对数对电机磁场的影响59-61
• 4.4.3 绕组线圈尺寸对推力波动的影响61-63
• 4.4.4 瞬态磁场仿真结果63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 实验样机的研制与实验研究67-75
• 5.1 永磁直线电机的研制67-69
• 5.2 永磁直线电机绕组测试试验69
• 5.3 永磁直线电机的反电动势实验69-71
• 5.4 电磁推力试验71-72
• 5.5 动态性能试验72-73
• 5.6 单向重复定位精度实验73-74
• 5.7 本章小结74-75
• 结论与展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间发表的论文81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 叶云岳,陆凯元;直线电机的PID控制与模糊控制[J];电工技术学报;2001年03期

2 朱煜,尹文生,段广洪;光刻机超精密工件台研究[J];电子工业专用设备;2004年02期

3 节德刚,刘延杰,孙立宁,孙绍云,蔡鹤皋;一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制[J];光学精密工程;2005年02期

4 戴蓉;谢铁邦;;新型一维位移工作台的设计及特性分析[J];光学精密工程;2006年03期

5 魏强;张玉林;;压电陶瓷微位移工作台的建模方法[J];光学精密工程;2007年10期

6 林德教,吴健,殷纯永;具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J];光学技术;2001年06期

7 孙绍云,曲东升,孙立宁,王力,蔡鹤皋;宏/微驱动定位系统滑模变结构控制的研究[J];机器人;2004年01期

8 王立松,苏宝库,董申,张晶;大行程高精度两级定位工作台的控制方法研究[J];机械设计与制造;2001年04期

9 陈洪涛;程光明;肖献强;于保军;杨志刚;;宏/微双重驱动技术的研究和应用现状[J];机械设计与制造;2007年01期

10 王海容,赵则祥,蒋庄德;大行程纳米分辨率加载机构的研制[J];机械强度;2001年04期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 程远雄;永磁同步直线电机推力波动的优化设计研究[D];华中科技大学;2011年

3 潘开林;永磁直线电机的驱动特性理论及推力波动优化设计研究[D];浙江大学;2003年

4 徐从裕;大行程纳米定位驱动控制方法与系统研究[D];合肥工业大学;2008年

5 刘晓;空心式永磁直线伺服电机及其驱动控制系统研究[D];浙江大学;2008年

6 张晓峰;大行程超精密工作台关键技术研究[D];天津大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 桑武斌;二维超精工件台及其控制系统的研究[D];浙江大学;2008年

2 王占彬;基于气体润滑静压工作台的若干关键技术[D];天津大学;2009年

  本文关键词：基于直线电机宏微双重驱动大行程精密定位台的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：316282