超精密定位是精密加工一項關鍵技術,在光刻技術、IT制造業(yè)、微觀世界掃描成像等方面均發(fā)揮著重要的作用,對一個國家的高端制造水平影響重大。對二維超精密定位平臺以及對其控制算法的深入研究,有著極其重要的實際意義。為實現(xiàn)超精密定位的目的,滿足大行程與超精密同時兼顧的要求,體現(xiàn)新型氣動執(zhí)行器的優(yōu)勢,本課題設計了新型氣動二維超精密伺服平臺。平臺由金屬波紋管直接驅動,高精密光柵尺作為平臺的反饋元件測量實際位移,采用氣浮導軌支撐整個位移平臺,設計高精度位置伺服輸出反饋控制算法,以提高系統(tǒng)伺服跟蹤精度。實驗結果表明,該控制方案定位精度小于±0.3μm。第一章介紹了超精密定位平臺的研究背景,詳細分析了超精密二維平臺、氣動伺服系統(tǒng)控制策略和波紋管執(zhí)行器的國內外研究現(xiàn)狀,最后提出本文研究意義與主要研究內容。第二章闡述了二維超精密定位平臺系統(tǒng)的總體設計方案。設計了平臺的下位機控制系統(tǒng),以及基于LabVIEW的上位機人機交互界面。第三章以氣動波紋管為研究對象,通過理論分析和實驗研究,建立了單軸氣動波紋管伺服非線性數(shù)學模型。隨后,結合二維平臺機械結構,建立超精密平臺氣動系統(tǒng)的完整二維非線性數(shù)學模型。最后通過一個數(shù)值仿真,驗證了本章所建立數(shù)學模型的有效性。第四章設計一種自抗擾框架下的變結構滑模輸出反饋控制方案,為滿足滑模匹配條件,對第三章提出的數(shù)學模型進行了坐標變換。通過Lyapunov函數(shù)對所設計的控制器與觀測器分別進行了穩(wěn)定性分析,最后進行了數(shù)值仿真驗證。第五章,考慮實際系統(tǒng)與工作環(huán)境,針對第四章所設計控制器的缺陷,設計了一種高精度的自適應輸出反饋遞歸滑�？刂品桨�,并且用Lyapunov函數(shù)理論論證了氣動波紋管伺服系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定,跟蹤誤差的收斂性和跟蹤誤差的L_?性能。最后分別通過數(shù)值仿真與實驗驗證了控制方案的有效性。第六章,對所做的研究內容作出全面的總結,闡明有關的研究結論,并提出了下一步的研究方向。
【學位單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH703
【部分圖文】：

青 島 理 工 大 學 工 學 碩 士 學 位 論 文驅動根大學 Gaurav Parmar 等人[9]設計了一種如圖 1.1 所示位平臺，結合前饋補償和線性反饋設計了一種 P 形串位行程 8mm，定位精度 10nm，但是其速度可以達到

壓電材料直接驅動平臺

青 島 理 工 大 學 工 學 碩 士 學 位 論 文4平臺的運動跟蹤精度達到0.028mm，定位精度達到4μm，其實物圖如圖1.3所示。圖 1.2 壓電材料直接驅動平臺 圖 1.3 直線電機驅動平臺Fig.1.2 Drive platform for piezoelectric materials Fig.1.3 Drive platform of linear motor盡管定位平臺機械部件的精度已經(jīng)很高，甚至做到了極限值，但有依舊無法達到定位平臺對精度的需求。所以還要考慮定位平臺的整個有機體，分析造成誤差的各種原因，采用控制算法對誤差進行有效的補償。3. 平臺直線導向技術直線導軌在定位平臺中起到承載平臺和導向的作用，決定著定位工作臺的導向精度、運動軌跡，直接影響平臺的定位精密度。在超精密定位領域，滾動導軌和靜壓導軌應用最為廣泛。（1）滾動導軌滾動導軌是在兩導軌面之間放入滾珠、滾柱、滾針等滾動體，使導軌運動處于滾動摩擦狀態(tài)。滾動引導摩擦系數(shù)小，能輕易達到微米級定位精度。國立臺北科技大學 Chih-Jer Lin 等人[14]用滾動導軌支撐
【參考文獻】

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1 羅華云;侯敏杰;王月貴;葉巍;劉志剛;;金屬波形膨脹節(jié)在六分量天平中的試驗[J];航空動力學報;2013年04期

2 張剛;劉品寬;張波;丁漢;;直線電機精密運動平臺軌跡跟蹤控制器設計[J];光學精密工程;2013年02期

3 張金龍;劉陽;郭怡倩;劉京南;內田敬久;;納米級超精密定位工作臺的研究[J];機械工程學報;2011年09期

4 劉定強;黃玉美;謝禮;楊勇;;壓電型宏微雙驅動精密定位系統(tǒng)點位協(xié)調控制[J];農業(yè)機械學報;2011年04期

本文編號：2870529