大行程納米定位驅(qū)動(dòng)控制方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、大行程納米定位驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)是三維測量系統(tǒng)研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，微行程的納米定位驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成熟，但具有納米定位精度的大行程驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)還處于發(fā)展階段和進(jìn)一步研究之中。由單級直接驅(qū)動(dòng)方式和光柵傳感器構(gòu)建起來的大行程納米定位驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是本文研究的重點(diǎn)，其中涉及到的直線電機(jī)大行程納米定位驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、光柵納米測量技術(shù)是本項(xiàng)研究中的技術(shù)難點(diǎn)。 本文選題來源于國家自然科學(xué)基金重大國際合作項(xiàng)目“納米三維測量關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究”和

2、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“納米三坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究”。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 針對現(xiàn)有的光柵測量裝置產(chǎn)品，無法同時(shí)滿足大行程納米定位控制所要求的快速響應(yīng)和納米分辨率要求的現(xiàn)狀，提出了全新的基于互補(bǔ)函數(shù)算式的光柵快速細(xì)分算法和光柵信號采集處理方法。光柵快速細(xì)分算法僅需在一個(gè)光柵周期里均勻采樣10個(gè)點(diǎn)就能實(shí)現(xiàn)可靠的快速位移測量；而所研究的光柵信號采集處理方法同時(shí)滿足了大行程快速跟蹤測量要求和納米精度測量要求。研制的光柵測

3、量實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)達(dá)到小于1nm的測量分辨率和大于100mm/s的測量速度，滿足了大行程納米定位驅(qū)動(dòng)測量與反饋控制的要求。 針對雙模態(tài)超聲波電機(jī)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)模式在實(shí)現(xiàn)低速驅(qū)動(dòng)時(shí)所存在的問題，提出了全新的小波差動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，由此克服了現(xiàn)有交流驅(qū)動(dòng)模式下的最低速度限制問題、脈沖驅(qū)動(dòng)模式下的非整周期驅(qū)動(dòng)問題以及直流驅(qū)動(dòng)模式下的定位蠕變問題，大大改善了雙模態(tài)超聲波電機(jī)在低速運(yùn)行條件下的驅(qū)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)了用單一交流驅(qū)動(dòng)模式直接進(jìn)行大行程納米定位的驅(qū)動(dòng)

4、與控制；用自主研制的雙模態(tài)超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性標(biāo)定試驗(yàn)裝置，完成了系統(tǒng)的小波差動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)特性標(biāo)定試驗(yàn)，證實(shí)了其最小驅(qū)動(dòng)分辨率可以達(dá)到lnm。 針對圓筒型永磁直線同步電機(jī)存在的電磁擾動(dòng)和推力波動(dòng)對納米定位精度的影響，提出了圓筒型永磁直線同步電機(jī)的“偏心驅(qū)動(dòng)模式”，即定子軸線與動(dòng)子軸線偏置安裝而產(chǎn)生的電磁阻尼與導(dǎo)軌摩擦阻尼相結(jié)合的一種驅(qū)動(dòng)模式。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該驅(qū)動(dòng)模式能有效抑制和吸收電磁擾動(dòng)對納米定位精度的影響，進(jìn)而提高了直線電機(jī)的定