平面精密自動定位技術(shù)研究.pdf

1、精密自動定位技術(shù)是現(xiàn)代精密制造業(yè)領(lǐng)域里的一項基礎(chǔ)性支撐技術(shù),在許多高科技產(chǎn)業(yè)里有著廣泛的應(yīng)用需求,是國際科技界重點研究的一項高新技術(shù)。國外對精密定位的研究起步早起點高,已開發(fā)出部分技術(shù)成熟的精密定位裝置在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用；相比之下國內(nèi)在精密定位技術(shù)領(lǐng)域里,相關(guān)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究還不夠充分,特別是對工程應(yīng)用中常遇到的x-y-θ平面精密定位技術(shù)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于日益發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)自動化的需要。據(jù)此本論文的研究工作圍繞著精密位置檢測基本

2、原理、精密直線定位和平面精密角度定位技術(shù)、精密快速定位控制技術(shù)這幾方面展開,并結(jié)合具體的精密定位技術(shù)的研究和開發(fā)做了系統(tǒng)的理論探討和大量的仿真實驗研究,具體內(nèi)容包括以下幾部分:
　　 1.根據(jù)波動光學(xué)和傅立葉光學(xué)基本原理,運用數(shù)學(xué)物理方程的方法建立了光柵之間相對平移時,莫爾光強信號與位移關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,運用數(shù)值方法仿真了兩光柵在相對移動過程中,光強信號隨位移的變化規(guī)律,得到了二維光場的衍射分布,在此基礎(chǔ)上還進一步研究了在兩光柵間

3、隙連續(xù)改變的情況下三維光場的分布情況,探討了精密定位的理論依據(jù)和基本定位規(guī)律。
　　 2.研究了平面定位中的精密直線定位的兩種基本定位方法:差動莫爾定位法和修正莫爾定位法。對這兩種方法從理論到實驗做了比較,差動法抗干擾能力強,適用于高精度定位。論文針對差動法,介紹了水平和垂直兩個方向進行精密直線定位的基本控制規(guī)則,并從雙光柵計量基本數(shù)學(xué)模型出發(fā),從理論上分析了兩光柵之間傾斜角、兩光柵面之間平行度、兩光柵之間間隙、光柵常數(shù)的不同、

4、激光束入射角的不同、光斑直徑的大小對定位準(zhǔn)確性和定位精度的影響規(guī)律,得出了實現(xiàn)精密定位所必須遵循的參數(shù)設(shè)置規(guī)律及準(zhǔn)則。
　　 3.研究了長直光柵在旋轉(zhuǎn)情況下莫爾信號的變化規(guī)律,得到了反映角位移莫爾信號變化的周期公式。在一個角位移周期內(nèi),分析了如何用兩組差動莫爾信號表示兩個平面之間各種可能的角度位置關(guān)系,確定了動平面相對于定平面傾斜方向的判定依據(jù),確定了角度偏差消除的判據(jù),在此基礎(chǔ)上摸索出平面精密角度定位的基本控制規(guī)則。
　

5、　 4.為了在保證定位精度的前提下提高直線定位速度,在前面直線定位研究的基礎(chǔ)上,探討了精密直線定位控制問題。針對直線定位過程中差動莫爾信號的變化特點,提出了兩種定位控制思路:模式分類控制和智能預(yù)測控制。模式分類控制是利用差動莫爾信號在相平面中的疏密分布特性,將采樣點集在相平面中分成八大區(qū)域,分別運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做模式分類器,將精密定位控制問題轉(zhuǎn)換為實時采樣點在相平面中的歸類問題,使在模式分類器基礎(chǔ)上制定控制規(guī)則顯得簡單

6、靈活；為了進一步發(fā)揮智能控制的優(yōu)勢,利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立受控對象單步預(yù)測模型,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變步長多步遞推預(yù)測控制,從當(dāng)前實際位置出發(fā),多步遞推預(yù)測未來位置變化,為當(dāng)前高速定位控制提供操作指導(dǎo),并根據(jù)定位實際情況靈活調(diào)整定位速度,解決了高速與高精度定位之間的矛盾。
　　 5.在平面定位中精密角度定位是整個平面定位的關(guān)鍵,只有在角度偏差消除的情況下x和y方向的直線定位精度才有保證,如何在保證定位精度的前提下提高角度定位速度縮短角

7、度定位時間,是工程中必須解決的問題。論文中利用兩組差動莫爾信號曲線合成李薩如圖形,在李薩如圖形上找到角度偏差變化曲線,并基于這樣一條曲線建立單步預(yù)測模型,借鑒前面直線定位預(yù)測控制思路,在單步預(yù)測模型的基礎(chǔ)上多步遞推預(yù)測未來角度偏差變化,為當(dāng)前角度定位控制量的選擇提供決策依據(jù),靈活調(diào)整角度定位速度,在保證定位精度的前提下縮短角度定位所需時間,進而減少了整個平面定位所需的時間。
　　 論文的最后介紹了光柵式定位的理論與技術(shù)在一個國家