两自由度宏微复合精密定位系统研究

发布时间：2023-04-02 14:51

　　随着扫描探针显微镜、微电子加工、微纳操作等领域的不断发展,科学研究与工业生产对于大行程以及超高精度运动平台的需求越来越高。二自由度宏微复合定位系统兼顾宏动系统大行程和微动系统超高精度的优点,可以有效解决超高精度和大行程技术上的矛盾。搭建大行程高精度定位系统的重点与难点在于宏动和微动两个子系统的控制要求差异较大,需要合适的复合控制方法协调两个部分的运动。同时由于驱动器出力而产生的反作用力会使宏动部分和微动部分相互影响出现耦合问题,进而对复合平台整体的性能和精度产生影响。本文利用压电陶瓷精度高响应速度快、直线电机行程大移动速度快的特点,设计并搭建了一套二自由度宏微复合定位系统,并针对宏微复合系统中的控制策略与耦合问题开展控制仿真研究。首先设计并搭建了一台两自由度宏动平台,采用垂直串联结构,结构简单易于维护,驱动器选用无铁芯永磁同步直线电机,配合非线性控制器定位精度可以达到微米级,并具有较高的运动速度。运用二维编码器对宏动平台的控制系统进行改进,减小了宏动平台的垂直度误差,提高了轨迹跟踪精度。微动平台采用本实验室设计的并联微动平台,此微动平台的驱动器是压电陶瓷,可以达到纳米级的精度,但也有迟...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 宏微复合精密定位平台研究现状
        1.2.1 宏微复合定位平台的特点与结构
        1.2.2 国内外研究现状
    1.3 宏微复合定位平台关键技术
    1.4 本文主要研究内容及组织结构
第二章 宏微复合定位平台设计及搭建
    2.1 引言
    2.2 宏动平台的设计
        2.2.1 直线电机选型
        2.2.2 反馈传感器选型
        2.2.3 导轨选型
    2.3 宏动平台力学模态分析
        2.3.1 交叉滚子导轨模态分析
        2.3.2 宏动平台有限元模态仿真
    2.4 宏动平台结构优化
    2.5 微动平台介绍
        2.5.1 微动平台刚度模型分析
        2.5.2 微动平台有限元仿真结果
    2.6 宏微复合实验平台
        2.6.1 实验系统组成
        2.6.2 上位机软件介绍
    2.7 本章小结
第三章 宏微运动平台的动力学建模与控制
    3.1 引言
        3.1.1 直线电机的运动模型
        3.1.2 直线电机伺服控制结构
    3.2 宏动平台控制策略与方法
        3.2.1 半闭环控制
        3.2.2 双闭环控制
    3.3 微动系统的模型及控制方法
        3.3.1 微动平台力学模型
        3.3.2 微动台控制仿真
        3.3.3 基于单神经网络的PID控制方法
    3.4 本章小结
第四章 宏微控制策略的仿真研究
    4.1 引言
    4.2 双级控制结构
        4.2.1 经典的的双级控制结构
        4.2.2 改进的主从控制结构
    4.3 宏微复合控制模型
    4.4 宏微控制策略研究
        4.4.1 改进的双反馈控制方法
        4.4.2 解耦主从结构的宏动跟随微动控制方法
        4.4.3 解耦主从结构的微动跟随宏动控制方法
        4.4.4 基于双反馈结构的宏动跟随微动控制方法
    4.5 控制策略对比
    4.6 小结
第五章 宏微耦合问题及其解耦研究
    5.1 引言
    5.2 多输入多输出理论的耦合理论
        5.2.1 多输入多输出系统的解耦设计
        5.2.2 多输入多输出系统的智能解耦算法
    5.3 耦合问题对宏微复合系统的影响
        5.3.1 耦合对于双反馈控制方法的影响
    5.4 自抗扰解耦控制方法
        5.4.1 利用扩张状态观测器(ESO)进行扰动估计补偿
        5.4.2 自抗扰控制的解耦方法
    5.5 小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3779417