多自由度磁浮式精密定位平臺(tái)懸浮控制技術(shù)研究.pdf

1、精密定位平臺(tái)是半導(dǎo)體光刻與精密制造加工等領(lǐng)域中的核心關(guān)鍵部件。本文研究了一種應(yīng)用于高精密制造加工領(lǐng)域，具備大范圍運(yùn)動(dòng)行程的多自由度磁浮式精密定位平臺(tái)。首先給出其整體概念性設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)其懸浮系統(tǒng)與懸浮控制問題進(jìn)行了深入分析與研究。該定位平臺(tái)水平方向上采用三組Halbach結(jié)構(gòu)的永磁平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)，垂直方向上采用三組電磁鐵驅(qū)動(dòng)。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.多自由度磁浮式定位平臺(tái)方案設(shè)計(jì)。通過對(duì)比可行的設(shè)計(jì)方案,給出定位平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)

2、方案。分析定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)的機(jī)理，給出具體的水平驅(qū)動(dòng)和懸浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。通過分析單組Halbach結(jié)構(gòu)永磁平面電機(jī)的特性來初步驗(yàn)證磁浮式定位平臺(tái)的定位精度。
　　2.懸浮系統(tǒng)的三自由度動(dòng)力學(xué)建模與解耦控制問題研究。利用卡爾登角變換建立懸浮系統(tǒng)的三自由度動(dòng)力學(xué)模型，研究懸浮方向上的三自由度解耦問題，并給出了解耦控制器設(shè)計(jì)的整體流程，主要包括對(duì)三自由度耦合系統(tǒng)引入滑模變結(jié)構(gòu)控制策略進(jìn)行解耦，對(duì)系統(tǒng)所受內(nèi)外擾動(dòng)引入擴(kuò)張狀態(tài)觀測

3、器進(jìn)行觀測。
　　3.基于跟蹤微分器的滑模變結(jié)構(gòu)控制及其在懸浮控制中的應(yīng)用。定位平臺(tái)在z軸方向上的穩(wěn)定懸浮是實(shí)現(xiàn)其它自由度精密運(yùn)動(dòng)的前提與保證。基于前面提出的解耦控制器設(shè)計(jì)的整體流程，引入改進(jìn)優(yōu)化后的近似線性跟蹤微分器來確定滑?？刂浦械幕Ｃ婕翱刂坡?，研究定位平臺(tái)單自由度高精度控制問題。
　　4.磁浮式定位平臺(tái)懸浮控制器的實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)。利用實(shí)驗(yàn)室的三點(diǎn)懸浮系統(tǒng)硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)定位平臺(tái)的懸浮控制器以及基于跟蹤微分器的滑模變結(jié)