基于直線電機宏微雙重驅(qū)動大行程精密定位臺的研究.pdf

1、隨著科學的發(fā)展，在許多應(yīng)用領(lǐng)域如半導體光刻、IC電路制造與封裝、生物醫(yī)療等對精密定位技術(shù)提出了更高的要求，需要其同時具備大行程、高精度、響應(yīng)快等特點。而大行程與高精度始終是一對矛盾，協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系至關(guān)重要，在實際中往往是犧牲一方面而現(xiàn)實另一方面的高性能。目前，實現(xiàn)大行程運動的同時達到精密定位已成為當今前沿科學急需解決的前提條件和關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 為了較好的協(xié)調(diào)和解決兩者之間的矛盾，本文從宏微結(jié)合的概念出發(fā)，通過對宏微結(jié)

2、合的精密定位平臺的體系結(jié)構(gòu)、微米級宏動定位與亞微米級微動定位的實現(xiàn)方法，直線電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵問題的研究，構(gòu)建了采用直線電機進行大行程位移驅(qū)動，壓電陶瓷完成精密位移驅(qū)動，利用光柵尺實現(xiàn)全閉環(huán)反饋的宏微雙重驅(qū)動平臺;由此實現(xiàn)大的工作行程，同時得到高精度的重復定位精度。研究內(nèi)容包括:
　　 1.以傳統(tǒng)直圓型柔性鉸鏈為基本單元，設(shè)計一種新型大位移、低集中應(yīng)力和低耦合位移的復合雙邊雙柔性鉸鏈機構(gòu)。采用偽剛體模型法，結(jié)合材料力學相關(guān)知識

3、，建立該柔性鉸鏈機構(gòu)的剛度理論模型，采用有限元方法系統(tǒng)地仿真該柔性機構(gòu)的剛度、應(yīng)力、固有頻率等靜態(tài)特性，通過與理論分析結(jié)果對比，驗證復合雙邊雙柔性鉸鏈設(shè)計方法的可行性。
　　 2.U型無鐵心永磁直線電機的設(shè)計與研究，分析了該電機的磁路結(jié)構(gòu)與繞組形式，通過建立電磁場的簡化模型，將磁場分為永磁體區(qū)、氣隙區(qū)和其他區(qū)域三部分，首先對單磁場作用的磁密分布進行解析，得到磁場各區(qū)域的磁密通解，根據(jù)磁場疊加原理，求得U型直線電機的氣隙磁密及氣隙

4、中心磁密的數(shù)學表達式，在此基礎(chǔ)上推導出電機的推力及反電動勢的解析解。建立有限元模型，分析永磁體的對數(shù)對電磁場的影響，探討了單邊線圈寬度tw對電磁推力的影響。通過仿真得到電機空載反電動勢、電機磁鏈、定位力和電磁推力等特性，并與解析解比較，結(jié)果相近。
　　 3.根據(jù)設(shè)計與仿真結(jié)果，制作了一臺U型無鐵心永磁直線電機，在此基礎(chǔ)上搭建了宏微雙重驅(qū)動精密定位臺。并對樣機進行了相關(guān)的實驗研究，實驗結(jié)果與仿真、理論分析結(jié)果基本吻合，驗證了設(shè)計方