基于直線電機宏微雙重驅動大行程精密定位臺的研究.pdf

1、隨著科學的發(fā)展，在許多應用領域如半導體光刻、IC電路制造與封裝、生物醫(yī)療等對精密定位技術提出了更高的要求，需要其同時具備大行程、高精度、響應快等特點。而大行程與高精度始終是一對矛盾，協(xié)調好兩者之間的關系至關重要，在實際中往往是犧牲一方面而現實另一方面的高性能。目前，實現大行程運動的同時達到精密定位已成為當今前沿科學急需解決的前提條件和關鍵技術之一。
　　 為了較好的協(xié)調和解決兩者之間的矛盾，本文從宏微結合的概念出發(fā)，通過對宏微結

2、合的精密定位平臺的體系結構、微米級宏動定位與亞微米級微動定位的實現方法，直線電機的結構設計等關鍵問題的研究，構建了采用直線電機進行大行程位移驅動，壓電陶瓷完成精密位移驅動，利用光柵尺實現全閉環(huán)反饋的宏微雙重驅動平臺;由此實現大的工作行程，同時得到高精度的重復定位精度。研究內容包括:
　　 1.以傳統(tǒng)直圓型柔性鉸鏈為基本單元，設計一種新型大位移、低集中應力和低耦合位移的復合雙邊雙柔性鉸鏈機構。采用偽剛體模型法，結合材料力學相關知識

3、，建立該柔性鉸鏈機構的剛度理論模型，采用有限元方法系統(tǒng)地仿真該柔性機構的剛度、應力、固有頻率等靜態(tài)特性，通過與理論分析結果對比，驗證復合雙邊雙柔性鉸鏈設計方法的可行性。
　　 2.U型無鐵心永磁直線電機的設計與研究，分析了該電機的磁路結構與繞組形式，通過建立電磁場的簡化模型，將磁場分為永磁體區(qū)、氣隙區(qū)和其他區(qū)域三部分，首先對單磁場作用的磁密分布進行解析，得到磁場各區(qū)域的磁密通解，根據磁場疊加原理，求得U型直線電機的氣隙磁密及氣隙

4、中心磁密的數學表達式，在此基礎上推導出電機的推力及反電動勢的解析解。建立有限元模型，分析永磁體的對數對電磁場的影響，探討了單邊線圈寬度tw對電磁推力的影響。通過仿真得到電機空載反電動勢、電機磁鏈、定位力和電磁推力等特性，并與解析解比較，結果相近。
　　 3.根據設計與仿真結果，制作了一臺U型無鐵心永磁直線電機，在此基礎上搭建了宏微雙重驅動精密定位臺。并對樣機進行了相關的實驗研究，實驗結果與仿真、理論分析結果基本吻合，驗證了設計方