本文關鍵詞：大行程超精密工作臺關鍵技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 高精度和高分辨率的精密微位移工作臺系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領域內占有極為重要的地位。在已研制的超精密工作臺中,往往整體性能存在缺陷,對環(huán)境的要求嚴格。因此迫切需要對精密平臺的關鍵技術進行研究,為研制出性能均衡,適合工業(yè)環(huán)境應用的大行程超精密工作臺打下堅實的基礎。通過國內外大行程超精密平臺的比較分析,認為先進結構材料、空氣靜壓導軌、直接驅動技術是超精密平臺的關鍵技術。本文對這些相關技術進行了研究。 應用有限元軟件ANSYS對常用九種材料進行了熱穩(wěn)定性和抗振性分析。結果表明:零膨脹玻璃的綜合性能在所分析的九種材料中是最佳的,石英陶瓷稍差。零膨脹玻璃的造價昂貴,在不追求極端性能的情況下,石英陶瓷是一種非常有發(fā)展前途的超精密平臺用先進結構材料。 在對多孔質氣體潤滑理論進行分析時提出了一種基于商用有限元前后處理器的分析流程,并通過提高求解器的計算效率和內存利用率,使該方法具備解決工程中復雜多孔節(jié)流問題的分析能力。對多孔質節(jié)流器性能的影響因素進行了分析,為其設計打下了基礎。在多孔質氣體潤滑的實驗研究中,設計了實驗方案及裝置,進行了滲透率測試及加載實驗,對多孔材料進行了加工堵塞工藝的研究。實驗結果顯示實驗結果曲線與有限元分析結果曲線趨勢接近一致,大致平行;多孔材料表面微孔的堵塞不均導致實驗塊出現(xiàn)嚴重傾斜,使得與有限元結果之間出現(xiàn)了很大偏差。加工堵塞的程度越嚴重,各部分滲透率也越不均。 在對空氣靜壓導軌結構設計的研究中,分析了適用于大行程超精密工作臺的導軌類型。通過對滑套運動誤差的分析,得出了滑套長度及行程的影響趨勢。對導軌的誤差組成部分、性質及傳遞系數(shù)進行了分析,探討了精度分配方法。對動導軌典型螺栓緊固結構結合正交試驗方法進行了有限元分析,得出了設計原則。 建立了控制系統(tǒng)的數(shù)學模型,分析了外部擾動的形式及補償方案,應用SIMULINK建立了單位反饋PID控制、帶加速度前饋的PID控制、位置速度雙環(huán)反饋等控制模型,比較了九種材料作為工作臺材料時的控制效果,分析了各種控制模式以及Smith預估控制器的優(yōu)點和不足。由于石英陶瓷較小的密度,能有效減輕運動部件的質量,在不同的控制系統(tǒng)下,能明顯的提高系統(tǒng)的控制性能。
【關鍵詞】：超精密平臺 石英陶瓷 空氣靜壓導軌 多孔節(jié)流 直線電機 PID控制 有限元
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TG669
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外大行程超精密工作臺發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 直線電機式超精密工作臺10-12
• 1.2.2 摩擦式驅動超精密工作臺12-14
• 1.2.3 兩級進給超精密工作臺14-15
• 1.3 各種工作臺特點及存在的問題15
• 1.4 大行程超精密工作臺關鍵技術15-17
• 1.5 課題的提出及本文的目的17-19
• 第二章 超精密工作臺的結構材料選擇19-32
• 2.1 常見結構材料介紹19-21
• 2.2 材料熱穩(wěn)定性分析21-28
• 2.2.1 模型建立及邊界條件21-22
• 2.2.2 靜態(tài)熱分析22-23
• 2.2.3 熱—結構耦合分析23-25
• 2.2.4 變形的溫度敏感性25-27
• 2.2.5 瞬態(tài)熱分析27-28
• 2.3 材料振動特性分析28-31
• 2.3.1 建模28-29
• 2.3.2 模態(tài)分析29-31
• 2.4 本章結論31-32
• 第三章 多孔質氣體潤滑理論的數(shù)值分析32-70
• 3.1 氣體潤滑技術簡介32-33
• 3.2 氣體潤滑中典型節(jié)流器形式33-34
• 3.3 氣體潤滑基本理論34-37
• 3.3.1 氣體潤滑基本方程34-36
• 3.3.2 氣體潤滑穩(wěn)態(tài)特性計算36-37
• 3.4 氣體潤滑方程的數(shù)值解37-54
• 3.4.1 有限元方法簡介38-39
• 3.4.2 多孔質氣體潤滑有限元分析39-45
• 3.4.3 基于商用有限元前后處理器的有限元分析方法45-53
• 3.4.4 有限元程序改進53-54
• 3.5 多孔質節(jié)流器有限元計算結果54-56
• 3.6 影響氣膜承載能力的因素分析56-68
• 3.7 本章結論68-70
• 第四章 多孔質氣體潤滑技術實驗研究70-84
• 4.1 實驗方案及設備70-75
• 4.1.1 實驗方案及內容70
• 4.1.2 實驗裝置設計70-75
• 4.2 多孔材料的滲透率測試方法75-77
• 4.3 滲透率測試結果77-78
• 4.4 氣膜承載能力實驗78-80
• 4.5 有限元分析結果與實驗結果比較80-83
• 4.6 本章結論83-84
• 第五章 空氣靜壓導軌結構設計中的關鍵問題84-104
• 5.1 導軌設計的基本要求84-85
• 5.2 導軌的結構類型、截面形狀選擇85-87
• 5.3 動導軌滑套設計87-95
• 5.4 空氣靜壓導軌精度設計95-97
• 5.5 動導軌緊固結構設計97-102
• 5.6 本章結論102-104
• 第六章 超精密工作臺直接驅動技術理論分析104-122
• 6.1 直接驅動技術簡介104-107
• 6.2 超精密工作臺進給系統(tǒng)數(shù)學模型的建立107-115
• 6.2.1 直線電機伺服單元數(shù)學模型107-108
• 6.2.2 影響系統(tǒng)伺服性能的擾動因素及其補償方法108-112
• 6.2.3 進給系統(tǒng)數(shù)學模型112
• 6.2.4 PID 調節(jié)器參數(shù)的實驗整定方法112-115
• 6.3 控制系統(tǒng)的仿真結果115-120
• 6.3.1 單位反饋PID 控制115-117
• 6.3.2 帶加速度前饋的PID 控制117-118
• 6.3.3 位置環(huán)速度環(huán)雙反饋PID 控制118-119
• 6.3.4 純滯后系統(tǒng)Smith 預估控制119-120
• 6.4 本章小結120-122
• 第七章 結論與展望122-125
• 7.1 本文結論122-123
• 7.2 展望123-125
• 參考文獻125-131
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明131-132
• 附錄132-134
• 致謝134

【引證文獻】

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10 胡兵;基于直線電機宏微雙重驅動大行程精密定位臺的研究[D];廣東工業(yè)大學;2013年

  本文關鍵詞：大行程超精密工作臺關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：264132