發(fā)布時間：2017-05-18 20:07

  本文關鍵詞：高加速精密運動平臺建模及控制關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：芯片封裝是IC產業(yè)中重要環(huán)節(jié)，高加速精密運動平臺是封裝設備的核心運動部件。隨著科技發(fā)展，芯片的尺寸越來越小，引線間距也越來越小，對封裝效率的要求越來越高，這就要求面向芯片封裝的運動平臺具有更快的速度、更高的加速度、更高的定位精度。這些指標對運動平臺的設計以及運動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提出了極大的挑戰(zhàn)。 本文從封裝運動典型工況出發(fā)，基于自主研制的高加速精密運動平臺，建立了平臺摩擦模型，研究了運動平臺模型辨識技術，以及能夠實現(xiàn)快速、精確定位的控制關鍵技術。 論文研究的高加速精密運動平臺采用的是直線電機直接驅動的形式。本文首先對永磁同步直線電機進行特性分析，分析了直線電機推力波動的情況；建立運動平臺的摩擦模型，對于摩擦模型中難以確定的參數(shù)進行系統(tǒng)參數(shù)辨識；預估了運動平臺模型的模型結構，采用頻率響應法對系統(tǒng)模型進行辨識，得到系統(tǒng)的數(shù)學模型，并驗證模型有效性。 基于得到的運動平臺的數(shù)學模型，研究了面向封裝運動的控制關鍵技術。采用非對稱S速度曲線對平臺參考位置輸入進行軌跡規(guī)劃，有效抑制運動平臺的殘余振動；根據(jù)辨識得到的閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)學模型，設計了零相位跟蹤誤差前饋控制器，減小了系統(tǒng)的時滯誤差，增強系統(tǒng)響應特性；設計位置環(huán)PID控制器，以及速度環(huán)PID+擾動觀測器(DOB)的控制結構，實現(xiàn)對低頻擾動的補償和高頻噪聲等干擾的抑制；減小控制算法計算量，，降低過渡過程超調量，將摩擦干擾分為高速線性部分和低速非線性兩部分分別補償。利用Matlab/Simulink對設計的前饋、反饋控制器進行仿真分析，驗證控制算法的可行性。 最后，搭建基于dSPACE實時仿真系統(tǒng)的運動平臺實驗系統(tǒng)，對高加速精密運動系統(tǒng)進行性能測試以及實驗研究。測試結果表明，運動平臺最大加速度可達X向15g，Y向16g。結合所設計的控制器，運動平臺X向在9ms以內達到±1um的定位精度，Y向可以6ms以內達到±1um的定位精度，并且使過渡過程的超調量控制在3.2um以內，這些指標都已達到國內外先進水平。
【關鍵詞】：XY運動平臺 模型辨識 前饋控制 摩擦補償 擾動觀測器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP273;TH703
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景及意義9-11
• 1.1.1 課題來源及背景9-10
• 1.1.2 課題研究意義及目標10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析11-16
• 1.2.1 高動態(tài)運動平臺發(fā)展研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 系統(tǒng)建模與模型辨識13-14
• 1.2.3 運動控制策略14-16
• 1.3 主要研究內容16-18
• 第2章 運動平臺建模及參數(shù)辨識18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 高加速精密運動平臺結構18-19
• 2.3 直線電機特性分析及建模19-27
• 2.3.1 直線電機結構與原理19
• 2.3.2 直線電機特性分析19-24
• 2.3.3 直線電機數(shù)學模型24-27
• 2.4 驅動器模型27
• 2.5 運動平臺摩擦模型27-30
• 2.5.1 摩擦模型建立27-28
• 2.5.2 摩擦模型參數(shù)辨識28-30
• 2.6 運動平臺建模30-37
• 2.6.1 動力學模型估計30-34
• 2.6.2 模型參數(shù)辨識34-37
• 2.7 本章小結37-38
• 第3章 運動控制策略研究38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 運動平臺控制特點及結構38-39
• 3.3 軌跡規(guī)劃39-42
• 3.4 擾動觀測器設計及仿真42-47
• 3.4.1 擾動觀測器原理42-43
• 3.4.2 低通濾波器設計43-44
• 3.4.3 帶有擾動觀測器的控制系統(tǒng)44-45
• 3.4.4 擾動觀測器仿真45-47
• 3.5 摩擦補償設計與仿真47-49
• 3.6 零相位前饋誤差跟蹤控制設計49-51
• 3.6.1 ZPETC 原理49-50
• 3.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)模型辨識50-51
• 3.6.3 ZPETC 控制器設計51
• 3.7 本章小結51-52
• 第4章 運動平臺實驗研究52-59
• 4.1 引言52
• 4.2 實驗系統(tǒng)組成52-53
• 4.3 基于 dSPACE 的控制系統(tǒng)設計53-54
• 4.4 控制算法驗證54-58
• 4.4.1 最大加速度測試54-55
• 4.4.2 ZEPTC 控制效果測試55
• 4.4.3 非對稱 S 規(guī)劃曲線效果測試55-56
• 4.4.4 摩擦補償效果測試56-57
• 4.4.5 抗干擾測試57-58
• 4.4.6 X 軸綜合性能測試58
• 4.5 本章小結58-59
• 結論59-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文66-68
• 致謝68

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