微透鏡陣列快刀伺服加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制研究.pdf

1、微透鏡陣列是指由一系列尺寸在微米級(jí)的透鏡按一定的方式排列而成的一類光學(xué)元件。近年發(fā)展起來(lái)的快刀伺服加工技術(shù)，具有加工精度高、速度快等優(yōu)勢(shì)。不僅可以直接制作微透鏡陣列，而且可以制作微透鏡陣列模芯，因此，快刀伺服加工微透鏡陣列技術(shù)就成為制作微透鏡陣列的關(guān)鍵技術(shù)。
　　論文以典型的球面微透鏡陣列的快刀伺服加工為研究對(duì)象，研制一種采用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的快刀伺服車削加工系統(tǒng)，規(guī)劃微透鏡陣列快刀伺服加工刀具路徑，搭建控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)穩(wěn)定性高、跟蹤性

2、能好的基于干擾觀測(cè)器的離散滑模控制器。論文所做的工作如下：
　　(1)快刀伺服加工平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件選型。設(shè)計(jì)快刀伺服加工平臺(tái)及隔振系統(tǒng)，設(shè)計(jì)“氣浮軸承+無(wú)框電機(jī)”和“直線電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”分別為主軸運(yùn)動(dòng)和X/Z直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式；選用行程大、精度高的音圈電機(jī)作為快刀伺服裝置的驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為“音圈電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”的高頻、高速運(yùn)動(dòng)形式。
　　(2)規(guī)劃并優(yōu)化快刀伺服加工微透鏡陣列刀具加工路徑。闡述刀具加工路徑規(guī)劃流程，計(jì)

3、算刀具加工路徑；分析微透鏡陣列快刀伺服加工刀具路徑中的過(guò)渡區(qū)域分布規(guī)律及其對(duì)工件輪廓尺寸精度的影響；提出了一種過(guò)渡區(qū)域內(nèi)的刀具加工路徑優(yōu)化方法，并采用軟件對(duì)工件加工形貌進(jìn)行仿真分析。
　　(3)控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)及相應(yīng)硬件選型。采用下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器配合上位機(jī)工控機(jī)的控制形式；選用 UMAC控制器作為控制系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)并選定元件型號(hào)；針對(duì)微透鏡陣列加工系統(tǒng)，采用微軟基礎(chǔ)類庫(kù)(MFC)完成上位機(jī)人機(jī)界面、路徑規(guī)劃、在線指令

4、等模塊的設(shè)計(jì)。
　　(4)快刀伺服裝置數(shù)學(xué)模型的建立及控制器的設(shè)計(jì)。在分析快刀伺服裝置電壓平衡和力平衡的基礎(chǔ)上，建立電壓與位移傳遞函數(shù)；采用 MATLAB軟件，設(shè)計(jì)離散PID控制器，采用基于干擾觀測(cè)器的離散滑?？刂品椒ǎO(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器。在空載和不同負(fù)載情況下，分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置跟蹤誤差、超調(diào)、欠調(diào)以及振蕩等現(xiàn)象。分析結(jié)果表明，基于干擾觀測(cè)器的離散滑?？刂破?，在位置跟蹤性能和抗干擾性能中表現(xiàn)較好，更適合用于快刀伺服裝置的控制系統(tǒng)。