納米級(jí)MEMS定位平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)與控制方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)研究從宏觀領(lǐng)域轉(zhuǎn)到微觀領(lǐng)域,人們對(duì)定位系統(tǒng)的定位精度的要求也從毫米級(jí)逐漸進(jìn)入到了微米級(jí)甚至納米級(jí)。目前,納米級(jí)高精度MEMS定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械、超精密加工、生物工程、集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)等領(lǐng)域。采用梳齒靜電驅(qū)動(dòng)的納米級(jí)微定位平臺(tái)具有效率高、精度高、不發(fā)熱、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),在光學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是該類型的定位平臺(tái)所需的驅(qū)動(dòng)電壓較高,且梳齒靜電驅(qū)動(dòng)器的定齒與動(dòng)齒有產(chǎn)生黏附效應(yīng)(pull-in)的危險(xiǎn)等缺點(diǎn),因

2、此梳齒靜電驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)對(duì)控制器具有較高的要求。本文將針對(duì)梳齒靜電驅(qū)動(dòng)的相關(guān)特點(diǎn)展開(kāi)對(duì)基于梳齒靜電驅(qū)動(dòng)的納米級(jí)MEMS定位平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)與控制方法研究。
　　 本文主要研究硅基集成式微型平面納米級(jí)定位平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器與控制方法。在分析了梳齒靜電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)原理及其特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)MEMS定位平臺(tái)的控制器及其控制算法。由于FPGA具有良好的靈活性、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易性,故控制器采用FPGA作為主控制器。為了條理地設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定位平臺(tái)控制器將

3、其硬件電路按功能劃分為若干功能模塊,對(duì)每個(gè)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì),最后結(jié)合為一個(gè)統(tǒng)一的硬件電路功能體。電路功能模塊包括主控制器模塊、輸入輸出模塊、升壓電路模塊、功率放大模塊、采樣反饋模塊。本文詳細(xì)地介紹了各模塊硬件電路的工作原理、器件選型以及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),為使FPGA成為整個(gè)納米級(jí)MEMS定位平臺(tái)控制器的主控制器而對(duì)FPGA進(jìn)行的邏輯功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。為了提高納米級(jí)MEMS定位平臺(tái)的定位的精度,對(duì)定位平臺(tái)控制器采用積分分離式PID控制方法,文中介紹了