大行程納米定位驅(qū)動控制方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、大行程納米定位驅(qū)動控制技術(shù)是三維測量系統(tǒng)研究中的一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，微行程的納米定位驅(qū)動控制技術(shù)已經(jīng)成熟，但具有納米定位精度的大行程驅(qū)動控制技術(shù)還處于發(fā)展階段和進一步研究之中。由單級直接驅(qū)動方式和光柵傳感器構(gòu)建起來的大行程納米定位驅(qū)動控制系統(tǒng)是本文研究的重點，其中涉及到的直線電機大行程納米定位驅(qū)動控制技術(shù)、光柵納米測量技術(shù)是本項研究中的技術(shù)難點。 本文選題來源于國家自然科學基金重大國際合作項目“納米三維測量關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究”和

2、國家自然科學基金項目“納米三坐標測量機關(guān)鍵技術(shù)的研究”。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下： 針對現(xiàn)有的光柵測量裝置產(chǎn)品，無法同時滿足大行程納米定位控制所要求的快速響應(yīng)和納米分辨率要求的現(xiàn)狀，提出了全新的基于互補函數(shù)算式的光柵快速細分算法和光柵信號采集處理方法。光柵快速細分算法僅需在一個光柵周期里均勻采樣10個點就能實現(xiàn)可靠的快速位移測量；而所研究的光柵信號采集處理方法同時滿足了大行程快速跟蹤測量要求和納米精度測量要求。研制的光柵測

3、量實驗裝置已經(jīng)達到小于1nm的測量分辨率和大于100mm/s的測量速度，滿足了大行程納米定位驅(qū)動測量與反饋控制的要求。 針對雙模態(tài)超聲波電機現(xiàn)有驅(qū)動模式在實現(xiàn)低速驅(qū)動時所存在的問題，提出了全新的小波差動驅(qū)動模式，由此克服了現(xiàn)有交流驅(qū)動模式下的最低速度限制問題、脈沖驅(qū)動模式下的非整周期驅(qū)動問題以及直流驅(qū)動模式下的定位蠕變問題，大大改善了雙模態(tài)超聲波電機在低速運行條件下的驅(qū)動特性，實現(xiàn)了用單一交流驅(qū)動模式直接進行大行程納米定位的驅(qū)動

4、與控制；用自主研制的雙模態(tài)超聲波電機驅(qū)動特性標定試驗裝置，完成了系統(tǒng)的小波差動驅(qū)動模式驅(qū)動特性標定試驗，證實了其最小驅(qū)動分辨率可以達到lnm。 針對圓筒型永磁直線同步電機存在的電磁擾動和推力波動對納米定位精度的影響，提出了圓筒型永磁直線同步電機的“偏心驅(qū)動模式”，即定子軸線與動子軸線偏置安裝而產(chǎn)生的電磁阻尼與導(dǎo)軌摩擦阻尼相結(jié)合的一種驅(qū)動模式。實驗證實，該驅(qū)動模式能有效抑制和吸收電磁擾動對納米定位精度的影響，進而提高了直線電機的定