超精密氣浮定位工作臺的動力學研究.pdf

1、基于氣浮支承和電磁直接驅(qū)動的定位工作臺，是一種新型的超精密運動機構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)的以旋轉(zhuǎn)電機和滾動絲杠驅(qū)動的定位工作臺傳動環(huán)節(jié)多、響應滯后大、存在摩擦等缺點，在半導體光刻設備、精密測量和生物醫(yī)學等領域具有十分廣泛的應用前景。由于該定位工作臺存在復雜的氣浮非線性效應，傳統(tǒng)的理論建模和分析方法不能解決這類超精密運動機構(gòu)的系統(tǒng)動力學及定位控制的難題。
　　 利用氣浮支承潤滑變分方法和有限元數(shù)值分析方法，計算并獲得精密氣浮軸承的動靜特性

2、的變化規(guī)律、氣體流場和壓力場的分布，揭示了氣腔形狀和氣浮軸承內(nèi)表面形狀對軸承特性的影響規(guī)律，分析并辨識了氣浮支承的特征參數(shù)，從而求得了不同氣膜厚度下的軸承承載力和剛度，提出了氣浮軸承的最佳結(jié)構(gòu)形式。
　　 運用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法，探明了精密氣浮定位工作臺幅頻響應受氣浮支承參數(shù)非線性的影響特征，闡明了系統(tǒng)動力學性能隨氣浮軸承特征參數(shù)的變化規(guī)律。建立了氣浮定位工作臺定位運動的數(shù)學模型，提出了混合趨近律滑?？刂菩虏呗?MT

3、SMC)，進而建立了氣浮定位工作臺運動的混合趨近滑模控制的位置反饋控制模型，并進行了氣浮參數(shù)的分析試驗。結(jié)果表明氣浮定位工作臺在混合趨近滑?？刂葡拢芟龤飧≥S承非線性及定位平臺存在未建?，F(xiàn)象的影響，實現(xiàn)納米級的定位控制精度。
　　 完成了超精密氣浮平臺的動力學特性和定位精度測試實驗，結(jié)果表明：在非氣浮狀態(tài)下，定位平臺的運動部件間存在間隙和摩擦力，嚴重影響了平臺運動的定位精度；而在氣浮狀態(tài)下，平臺的運動部件間充滿了壓縮空氣，雖然

4、運動部件間仍然存在間隙，但是氣浮支承所產(chǎn)生的氣浮剛度使運動部件間具有了可靠的柔性連接，維持了較好的運動平穩(wěn)性和良好的試驗重復性；同時運動部件間不存在直接接觸性摩擦，由于氣體粘度小，其摩擦阻力可以忽略，平臺的定位精度得到了極大的改善；氣浮平臺在Y 方向和Z 方向的最大直線度誤差(3 σ)為9.8256 nm，最大偏轉(zhuǎn)誤差(3 σ)為3.8238×10-8 rad，平臺的定位誤差不超過±10 nm，驗證了本文前面所述的理論和仿真結(jié)果的正確性