直線旋轉(zhuǎn)二自由度電機(jī)的一體化設(shè)計(jì)與控制.pdf

1、近年來,半導(dǎo)體封裝、醫(yī)療、航空等設(shè)備制造行業(yè)對(duì)體積緊湊、重量輕、性能好的直線旋轉(zhuǎn)二自由度運(yùn)動(dòng)模塊需求日益增加。傳統(tǒng)的直線旋轉(zhuǎn)二自由度運(yùn)動(dòng)需要兩套旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。受限于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械誤差,設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度和響應(yīng)速度難以進(jìn)一步提升,所以需要高精度、體積緊湊、直驅(qū)式的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)(Linear-rotary Motor,LRM)來替代傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模塊。針對(duì)上述問題,本文對(duì)直線旋轉(zhuǎn)二自由度電機(jī)的一體化設(shè)計(jì)、制作和運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究。

2、
　　首先,闡述了直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),制定了電機(jī)一體化設(shè)計(jì)方案。第二,本文創(chuàng)新性地提出了磁學(xué)和熱學(xué)的一體化電機(jī)設(shè)計(jì)方法,對(duì)直線音圈執(zhí)行器(Voice Coil Actuator,簡(jiǎn)稱VCA)進(jìn)行熱路和磁路分析,并詳細(xì)地推導(dǎo)出直線音圈執(zhí)行器的推力和溫升公式,完成了數(shù)學(xué)建模。第三,根據(jù)LED固晶機(jī)擺臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求,提出了設(shè)計(jì)指標(biāo)和約束條件,分析了直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,計(jì)算出最優(yōu)解。第四,根據(jù)計(jì)算和仿真結(jié)果得到的電

3、機(jī)基本尺寸,設(shè)計(jì)和制作樣機(jī),組建電機(jī)控制平臺(tái)。第五,根據(jù)固晶擺臂系統(tǒng)的工藝要求,對(duì)擺臂在Z軸直線運(yùn)動(dòng)控制采用力/位混合控制策略,θ軸采用PID(Proportion Integration Differentiation)控制策略,通過合理的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和時(shí)序處理,實(shí)現(xiàn)了兩軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
　　本論文對(duì)一體化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了大量的仿真計(jì)算,對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了力性能和溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了電機(jī)數(shù)學(xué)模型和一體化設(shè)計(jì)的合理性。從固晶擺臂系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)可看到