【摘要】：當前信息技術的發(fā)展使得工業(yè)各領域對半導體元件的需求量大幅增加,如硅晶片、太陽能電池板和液晶顯示器等。半導體材料本身的強度不高,存在易碎易劃傷等問題,加之元件呈大型化,輕薄化的發(fā)展趨勢,對其運輸過程的要求隨之提高。傳統(tǒng)的輸運方式大多為接觸式,接觸意味著更容易導致元件損壞,影響產(chǎn)品質量。因此,非接觸、無摩擦的輸運方法在保證工件質量方面展現(xiàn)了極大的優(yōu)勢。其中氣浮輸運則憑借其污染小,不生熱,不生磁等優(yōu)點成為這一研究領域的主流。本文設計了一種完全無接觸的氣浮輸運與定位控制系統(tǒng),用于在一維方向上對輕薄物體進行運輸和定位控制。本文的主要研究如下:首先,對氣浮輸運原理進行了介紹與分析,氣浮平臺在輕薄物體下方形成空氣薄膜以便支撐物體,同時產(chǎn)生橫向的受控氣流,對物體提供粘性驅動力。基于上述原理對平臺的驅動單元進行了粘性力建模,建模與試驗結果均表明了吸氣流量的增大或氣膜厚度的減小會導致粘性力增加。關于控制量選擇問題,本文提出了兩種控制方式:一是使用列數(shù)為控制量,二是使用吸氣流量作為控制量。前者將驅動力的大小及方向進行同步控制,而后者則獨立控制。通過兩種控制方式的擾動試驗,對比發(fā)現(xiàn)使用吸氣流量作為控制量能夠有效抑制擾動。其次,建立了包含閥動特性、流量特性及工件動力學特性在內的系統(tǒng)非線性模型,提取影響系統(tǒng)動態(tài)特性的關鍵參數(shù),最后通過線性擬合以及試驗等方式,對模型的參數(shù)進行了辨識,繼而確定了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。再次,依據(jù)系統(tǒng)模型,利用MATLAB軟件輔助設計了H_∞混合靈敏度和H_∞回路成形兩種魯棒控制器。對所生成較高階的H_∞魯棒控制器進行了降階處理,最后使用Simulink仿真比較了兩種H_∞魯棒控制器降階前后對系統(tǒng)的控制效果,仿真結果表明了H_∞回路成形魯棒控制器的控制效果較優(yōu)。最后,設計并搭建了氣浮輸運試驗裝置。利用電磁閥的切換改變驅動力的方向,并使用比例方向控制閥調節(jié)吸氣流量以改變驅動力的大小,進行一維方向上的氣浮輸運定位控制試驗。加入PID控制器,將其控制試驗結果與H_∞魯棒控制器控制試驗的結果進行對比。試驗結果驗證了氣浮定位控制輸運理論的可行性,H_∞回路成形控制器在試驗中表現(xiàn)出了良好的魯棒穩(wěn)定性,而PID控制結果則存在較大的超調,H_∞混合靈敏度魯棒控制結果存在較大穩(wěn)態(tài)誤差。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TN304

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本文編號：2757577