納米機(jī)械加工、激光直寫、非球面光學(xué)零件的測量等,對高精密定位平臺(tái)提出越來越高的要求:在大行程范圍內(nèi)具有納米級(jí)定位精度。傳統(tǒng)的納米定位平臺(tái)采用柔性鉸鏈結(jié)合壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn),但行程只有幾十到幾百微米。宏微結(jié)合的大行程納米定位平臺(tái),宏運(yùn)動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),微運(yùn)動(dòng)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng),但結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。針對以上問題,本文提出氣浮導(dǎo)向的電磁直接驅(qū)動(dòng)納米定位平臺(tái),設(shè)計(jì)并制造定位平臺(tái)機(jī)械本體,搭建三自由度定位平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),建立定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)定位平臺(tái)控制器并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,以三個(gè)磁驅(qū)動(dòng)單元為驅(qū)動(dòng)元件,氣浮為導(dǎo)向設(shè)計(jì)三自由度納米定位平臺(tái),實(shí)現(xiàn)X方向、Y方向和繞Z旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。分析定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的力分配方法;建立定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的有限元模型,綜合考慮模態(tài)頻率和重量對動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。其次,搭建三自由度納米定位平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。以線性放大器為功率放大器件設(shè)計(jì)定位平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器;以PCI9054橋接芯片和FPAG芯片為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)多通道數(shù)據(jù)采集卡;以Matlab/Simulink中的xPC-Target實(shí)時(shí)系統(tǒng)為核心,搭建納米定位平臺(tái)的半實(shí)物仿真系統(tǒng);對納米定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。最后,對納...

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題來源及背景
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 應(yīng)用背景
    1.2 國內(nèi)外納米定位平臺(tái)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于壓電陶瓷和柔性鉸鏈的納米定位平臺(tái)
        1.2.2 基于宏微結(jié)合的納米定位平臺(tái)
        1.2.3 基于電磁驅(qū)動(dòng)的納米定位平臺(tái)
    1.3 直線伺服驅(qū)動(dòng)方式介紹
        1.3.1 旋轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)方式與直線型驅(qū)動(dòng)方式對比
        1.3.2 直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成
        1.3.3 影響直線伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的因素
    1.4 氣浮導(dǎo)軌介紹
    1.5 半實(shí)物仿真技術(shù)介紹
        1.5.1 半實(shí)物仿真技術(shù)
        1.5.2 Matlab下的半實(shí)物仿真平臺(tái)
    1.6 直線伺服系統(tǒng)的控制方法
        1.6.1 傳統(tǒng)PID控制
        1.6.2 干擾觀測器
    1.7 本文主要研究內(nèi)容
第二章 三自由度納米定位平臺(tái)機(jī)械本體設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 定位平臺(tái)性能指標(biāo)及基本結(jié)構(gòu)
        2.2.1 性能指標(biāo)
        2.2.2 定位平臺(tái)基本架構(gòu)
    2.3 位置傳感器選型
    2.4 致動(dòng)器單元介紹
    2.5 三自由度納米定位平臺(tái)靜平臺(tái)部分設(shè)計(jì)
    2.6 三自由度納米定位平臺(tái)動(dòng)平臺(tái)部分設(shè)計(jì)
    2.7 位置傳感器的安裝及調(diào)試
    2.8 本章小結(jié)
第三章 三自由度納米定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
    3.1 引言
    3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體方案
    3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源選擇
    3.4 半實(shí)物仿真平臺(tái)的搭建
        3.4.1 xPC-Target仿真平臺(tái)基本概念
        3.4.2 實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)搭建
        3.4.3 目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核生成
        3.4.4 Matlab/Simulink實(shí)時(shí)仿真環(huán)境設(shè)置
    3.5 線性驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.5.1 線性驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字驅(qū)動(dòng)器比較
        3.5.2 線性驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)
    3.6 多通道數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.6.1 多通道數(shù)據(jù)采集卡整體方案
        3.6.2 數(shù)據(jù)采集卡與半實(shí)物仿真平臺(tái)間通信實(shí)現(xiàn)
        3.6.3 PCI橋接芯片本地端通信實(shí)現(xiàn)
    3.7 本章小結(jié)
第四章 三自由度納米定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)建模
    4.1 引言
    4.2 致動(dòng)器單元?jiǎng)恿W(xué)建模
        4.2.1 致動(dòng)器單元數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 致動(dòng)器單元?jiǎng)恿W(xué)模型
        4.2.3 致動(dòng)器單元電氣參數(shù)
    4.3 三自由度納米定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)建模
    4.4 三自由度納米定位平臺(tái)力分配
    4.5 本章小結(jié)
第五章 三自由度納米定位平臺(tái)控制器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 三自由度定位平臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹
    5.3 PID 控制器設(shè)計(jì)及階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 PID控制器設(shè)計(jì)
        5.3.2 PID 控制器階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
    5.4 基于干擾觀測器的PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)
        5.4.1 基于干擾觀測器的PID控制器設(shè)計(jì)
        5.4.2 基于干繞觀測器的 PID 控制器的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
    5.5 速度規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)
        5.5.1 1mm點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
        5.5.2 50nm連續(xù)步進(jìn)實(shí)驗(yàn)及大行程實(shí)驗(yàn)
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    附錄1 數(shù)據(jù)采集卡PCI端讀取數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序
    附錄2 數(shù)據(jù)采集卡PCI端寫入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序
    附錄3 數(shù)據(jù)采集卡本地端讀取數(shù)據(jù)Verilog程序
    附錄4 數(shù)據(jù)采集卡本地端寫入數(shù)據(jù)Verilog程序
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果



本文編號(hào)：3817967