基于直線電機(jī)宏微雙重驅(qū)動(dòng)大行程精密定位臺(tái)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)的發(fā)展，在許多應(yīng)用領(lǐng)域如半導(dǎo)體光刻、IC電路制造與封裝、生物醫(yī)療等對(duì)精密定位技術(shù)提出了更高的要求，需要其同時(shí)具備大行程、高精度、響應(yīng)快等特點(diǎn)。而大行程與高精度始終是一對(duì)矛盾，協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系至關(guān)重要，在實(shí)際中往往是犧牲一方面而現(xiàn)實(shí)另一方面的高性能。目前，實(shí)現(xiàn)大行程運(yùn)動(dòng)的同時(shí)達(dá)到精密定位已成為當(dāng)今前沿科學(xué)急需解決的前提條件和關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 為了較好的協(xié)調(diào)和解決兩者之間的矛盾，本文從宏微結(jié)合的概念出發(fā)，通過對(duì)宏微結(jié)

2、合的精密定位平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)、微米級(jí)宏動(dòng)定位與亞微米級(jí)微動(dòng)定位的實(shí)現(xiàn)方法，直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題的研究，構(gòu)建了采用直線電機(jī)進(jìn)行大行程位移驅(qū)動(dòng)，壓電陶瓷完成精密位移驅(qū)動(dòng)，利用光柵尺實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)反饋的宏微雙重驅(qū)動(dòng)平臺(tái);由此實(shí)現(xiàn)大的工作行程，同時(shí)得到高精度的重復(fù)定位精度。研究?jī)?nèi)容包括:
　　 1.以傳統(tǒng)直圓型柔性鉸鏈為基本單元，設(shè)計(jì)一種新型大位移、低集中應(yīng)力和低耦合位移的復(fù)合雙邊雙柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)。采用偽剛體模型法，結(jié)合材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)

3、，建立該柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的剛度理論模型，采用有限元方法系統(tǒng)地仿真該柔性機(jī)構(gòu)的剛度、應(yīng)力、固有頻率等靜態(tài)特性，通過與理論分析結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證復(fù)合雙邊雙柔性鉸鏈設(shè)計(jì)方法的可行性。
　　 2.U型無鐵心永磁直線電機(jī)的設(shè)計(jì)與研究，分析了該電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)與繞組形式，通過建立電磁場(chǎng)的簡(jiǎn)化模型，將磁場(chǎng)分為永磁體區(qū)、氣隙區(qū)和其他區(qū)域三部分，首先對(duì)單磁場(chǎng)作用的磁密分布進(jìn)行解析，得到磁場(chǎng)各區(qū)域的磁密通解，根據(jù)磁場(chǎng)疊加原理，求得U型直線電機(jī)的氣隙磁密及氣隙

4、中心磁密的數(shù)學(xué)表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出電機(jī)的推力及反電動(dòng)勢(shì)的解析解。建立有限元模型，分析永磁體的對(duì)數(shù)對(duì)電磁場(chǎng)的影響，探討了單邊線圈寬度tw對(duì)電磁推力的影響。通過仿真得到電機(jī)空載反電動(dòng)勢(shì)、電機(jī)磁鏈、定位力和電磁推力等特性，并與解析解比較，結(jié)果相近。
　　 3.根據(jù)設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果，制作了一臺(tái)U型無鐵心永磁直線電機(jī)，在此基礎(chǔ)上搭建了宏微雙重驅(qū)動(dòng)精密定位臺(tái)。并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真、理論分析結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方