基于衍射光柵計量的宏微定位系統(tǒng)的研究.pdf

1、本文針對長行程、高精度定位系統(tǒng)定位速度慢、定位精度低的現(xiàn)狀，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：50605018)“正交衍射光柵計量方法與XY驅(qū)動定位技術(shù)的研究”，以衍射光柵測量系統(tǒng)及宏微定位系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行了設(shè)計、分析、優(yōu)化、控制和算法研究等相關(guān)工作并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)論證，具體研究內(nèi)容如下：
　　 首先，結(jié)合對宏微驅(qū)動工作臺的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計了一個以雙衍射光柵作為位移檢測標(biāo)準(zhǔn)具、采用交流伺服電機(jī)與壓電陶瓷進(jìn)行宏/微兩級驅(qū)動的精密定

2、位系統(tǒng)，并說明了宏微定位系統(tǒng)的工作原理。
　　 其次，完成了基于衍射光柵的測量系統(tǒng)設(shè)計，闡述了衍射光柵的測量原理，及獲取光柵條紋信號與位移計數(shù)值的方法。將交流調(diào)制運(yùn)用于光柵信號處理中，有效地減小了環(huán)境噪聲的影響。針對光柵信號直流漂移現(xiàn)象與手動調(diào)整消除直流偏移的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用脈寬調(diào)制進(jìn)行自動補(bǔ)償?shù)姆椒?。完成了對光柵信號的軟件?xì)分與誤差補(bǔ)償，進(jìn)一步提高了測量系統(tǒng)的精度。
　　 第三，闡述了宏動工作臺的工作原理，實(shí)現(xiàn)了對伺服

3、電機(jī)的驅(qū)動控制。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法對該驅(qū)動系統(tǒng)自帶定位裝置的精度進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)分析了宏驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提出了有效的改善其穩(wěn)定性的方法。設(shè)計了基于高精度光柵計量的宏定位算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法具有穩(wěn)定性高、速度快、精度高等特點(diǎn)。
　　 第四，結(jié)合對微動工作臺的力學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)測試，確定了其固有頻率。設(shè)計與實(shí)現(xiàn)了微定位系統(tǒng)中壓電陶瓷的高壓驅(qū)動電源電路，并對該系統(tǒng)的靜動態(tài)特性與穩(wěn)定性進(jìn)行分析。針對壓電陶瓷遲滯性大的特點(diǎn)，提出了一種基于

4、最大斜率法的微定位算法，通過實(shí)驗(yàn)證明該算法效果良好。
　　 最后，根據(jù)兩級定位過程的特點(diǎn)，提出了宏/微兩級定位結(jié)合的方法，完成了工作臺的精密定位實(shí)驗(yàn)。
　　 文章采用理論研究，實(shí)驗(yàn)求證的方式，搭建了基于衍射光柵計量的宏微定位系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，根據(jù)對光柵測量精度、工作臺靜動態(tài)特性、穩(wěn)定性等的實(shí)驗(yàn)研究，提出了一系列誤差補(bǔ)償方法及軟件算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長行程定位過程中高速度與高精度的統(tǒng)一，為精密定位系統(tǒng)的研究提供