超精密定位是精密加工一項關(guān)鍵技術(shù),在光刻技術(shù)、IT制造業(yè)、微觀世界掃描成像等方面均發(fā)揮著重要的作用,對一個國家的高端制造水平影響重大。對二維超精密定位平臺以及對其控制算法的深入研究,有著極其重要的實際意義。為實現(xiàn)超精密定位的目的,滿足大行程與超精密同時兼顧的要求,體現(xiàn)新型氣動執(zhí)行器的優(yōu)勢,本課題設(shè)計了新型氣動二維超精密伺服平臺。平臺由金屬波紋管直接驅(qū)動,高精密光柵尺作為平臺的反饋元件測量實際位移,采用氣浮導(dǎo)軌支撐整個位移平臺,設(shè)計高精度位置伺服輸出反饋控制算法,以提高系統(tǒng)伺服跟蹤精度。實驗結(jié)果表明,該控制方案定位精度小于±0.3μm。第一章介紹了超精密定位平臺的研究背景,詳細(xì)分析了超精密二維平臺、氣動伺服系統(tǒng)控制策略和波紋管執(zhí)行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,最后提出本文研究意義與主要研究內(nèi)容。第二章闡述了二維超精密定位平臺系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。設(shè)計了平臺的下位機(jī)控制系統(tǒng),以及基于LabVIEW的上位機(jī)人機(jī)交互界面。第三章以氣動波紋管為研究對象,通過理論分析和實驗研究,建立了單軸氣動波紋管伺服非線性數(shù)學(xué)模型。隨后,結(jié)合二維平臺機(jī)械結(jié)構(gòu),建立超精密平臺氣動系統(tǒng)的完整二維非線性數(shù)學(xué)模型。最后通過一個數(shù)值仿真,驗證了本章所建立數(shù)學(xué)模型的有效性。第四章設(shè)計一種自抗擾框架下的變結(jié)構(gòu)滑模輸出反饋控制方案,為滿足滑模匹配條件,對第三章提出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了坐標(biāo)變換。通過Lyapunov函數(shù)對所設(shè)計的控制器與觀測器分別進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,最后進(jìn)行了數(shù)值仿真驗證。第五章,考慮實際系統(tǒng)與工作環(huán)境,針對第四章所設(shè)計控制器的缺陷,設(shè)計了一種高精度的自適應(yīng)輸出反饋遞歸滑�？刂品桨�,并且用Lyapunov函數(shù)理論論證了氣動波紋管伺服系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定,跟蹤誤差的收斂性和跟蹤誤差的L_?性能。最后分別通過數(shù)值仿真與實驗驗證了控制方案的有效性。第六章,對所做的研究內(nèi)容作出全面的總結(jié),闡明有關(guān)的研究結(jié)論,并提出了下一步的研究方向。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH703
【部分圖文】：

青 島 理 工 大 學(xué) 工 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文驅(qū)動根大學(xué) Gaurav Parmar 等人[9]設(shè)計了一種如圖 1.1 所示位平臺，結(jié)合前饋補(bǔ)償和線性反饋設(shè)計了一種 P 形串位行程 8mm，定位精度 10nm，但是其速度可以達(dá)到

壓電材料直接驅(qū)動平臺

青 島 理 工 大 學(xué) 工 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文4平臺的運動跟蹤精度達(dá)到0.028mm，定位精度達(dá)到4μm，其實物圖如圖1.3所示。圖 1.2 壓電材料直接驅(qū)動平臺 圖 1.3 直線電機(jī)驅(qū)動平臺Fig.1.2 Drive platform for piezoelectric materials Fig.1.3 Drive platform of linear motor盡管定位平臺機(jī)械部件的精度已經(jīng)很高，甚至做到了極限值，但有依舊無法達(dá)到定位平臺對精度的需求。所以還要考慮定位平臺的整個有機(jī)體，分析造成誤差的各種原因，采用控制算法對誤差進(jìn)行有效的補(bǔ)償。3. 平臺直線導(dǎo)向技術(shù)直線導(dǎo)軌在定位平臺中起到承載平臺和導(dǎo)向的作用，決定著定位工作臺的導(dǎo)向精度、運動軌跡，直接影響平臺的定位精密度。在超精密定位領(lǐng)域，滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌應(yīng)用最為廣泛。（1）滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌是在兩導(dǎo)軌面之間放入滾珠、滾柱、滾針等滾動體，使導(dǎo)軌運動處于滾動摩擦狀態(tài)。滾動引導(dǎo)摩擦系數(shù)小，能輕易達(dá)到微米級定位精度。國立臺北科技大學(xué) Chih-Jer Lin 等人[14]用滾動導(dǎo)軌支撐
【參考文獻(xiàn)】

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1 羅華云;侯敏杰;王月貴;葉巍;劉志剛;;金屬波形膨脹節(jié)在六分量天平中的試驗[J];航空動力學(xué)報;2013年04期

2 張剛;劉品寬;張波;丁漢;;直線電機(jī)精密運動平臺軌跡跟蹤控制器設(shè)計[J];光學(xué)精密工程;2013年02期

3 張金龍;劉陽;郭怡倩;劉京南;內(nèi)田敬久;;納米級超精密定位工作臺的研究[J];機(jī)械工程學(xué)報;2011年09期

4 劉定強(qiáng);黃玉美;謝禮;楊勇;;壓電型宏微雙驅(qū)動精密定位系統(tǒng)點位協(xié)調(diào)控制[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2011年04期

本文編號：2870529