微透鏡陣列快刀伺服加工系統(tǒng)設(shè)計與控制研究.pdf

1、微透鏡陣列是指由一系列尺寸在微米級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)展起來的快刀伺服加工技術(shù)，具有加工精度高、速度快等優(yōu)勢。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象，研制一種采用音圈電機(jī)驅(qū)動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)計穩(wěn)定性高、跟蹤性

2、能好的基于干擾觀測器的離散滑?？刂破鳌Ｕ撐乃龅墓ぷ魅缦拢?br>　　(1)快刀伺服加工平臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及部件選型。設(shè)計快刀伺服加工平臺及隔振系統(tǒng)，設(shè)計“氣浮軸承+無框電機(jī)”和“直線電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”分別為主軸運動和X/Z直線運動的結(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，設(shè)計結(jié)構(gòu)為“音圈電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”的高頻、高速運動形式。
　　(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

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渡區(qū)域分布規(guī)律及其對工件輪廓尺寸精度的影響；提出了一種過渡區(qū)域內(nèi)的刀具加工路徑優(yōu)化方法，并采用軟件對工件加工形貌進(jìn)行仿真分析。
　　(3)控制系統(tǒng)的的設(shè)計及相應(yīng)硬件選型。采用下位機(jī)運動控制器配合上位機(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)計閉環(huán)控制系統(tǒng)并選定元件型號；針對微透鏡陣列加工系統(tǒng)，采用微軟基礎(chǔ)類庫(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。
　　(4)快刀伺服裝置數(shù)學(xué)模型的建立及控制器的設(shè)計。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)計離散PID控制器，采用基于干擾觀測器的離散滑?？刂品椒ǎO(shè)計系統(tǒng)的控制器。在空載和不同負(fù)載情況下，分析運動系統(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，基于干擾觀測器的離散滑?？刂破鳎谖恢酶櫺阅芎涂垢蓴_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)。