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文檔簡介
1、 重要文獻(xiàn)閱讀李群明1研究的是吸力型磁懸浮系統(tǒng),設(shè)計了一種平面型磁浮運動平臺,作了如下幾點研究:1,對磁浮平臺進(jìn)行電磁場與溫度場特性分析2,設(shè)計改進(jìn)了PID控制器3,針對磁懸浮系統(tǒng)的耦合特性,分別進(jìn)行狀態(tài)反饋解耦控制與坐標(biāo)變換解耦控制研究4,設(shè)計功率放大器與軟件控制流程平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)點:1,支撐電磁鐵和驅(qū)動電磁鐵相互獨立,消除了懸浮和驅(qū)動之間的耦合關(guān)系。2,導(dǎo)向卡槽結(jié)構(gòu)消除了兩個驅(qū)動方向之間的耦合關(guān)系(導(dǎo)向卡槽結(jié)構(gòu):驅(qū)動軸承限定在懸浮平臺與定位板圍成的卡槽之間運動,懸浮平臺限定在差動布局的驅(qū)動電磁鐵卡槽間運動)。3,采用一級懸浮平臺,電磁鐵與懸浮平臺分離,磁懸浮平臺的質(zhì)量減輕,系統(tǒng)響應(yīng)速度更
2、快。4,電磁鐵數(shù)量變少,控制器設(shè)計簡單化。5,平臺結(jié)構(gòu)簡單化,加工難度簡易化。6,電磁鐵剛度可調(diào),能夠?qū)崿F(xiàn)雙向驅(qū)動。溫度場對電磁場影響:考慮到溫度場對電磁場的影響:運用大型通用有限元分析軟件ANSYS模擬了磁浮平臺電磁鐵的電磁場與溫度場特性,進(jìn)行了二維和三維分析,確定了電磁鐵的磁極布局方式,且平臺容易在繞y軸的轉(zhuǎn)動自由度上發(fā)生偏轉(zhuǎn),應(yīng)該加強(qiáng)控制,控制方法:對比分散控制和集中控制兩種方法1,分散控制:單輸入單輸出系統(tǒng),為每一對差動電磁鐵設(shè)計一個獨立的控制器,輸入信號取決于差動電磁鐵處平臺的自由度,輸出信號僅驅(qū)動該電磁線圈,優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,控制器設(shè)計容易,缺點是忽略了各種耦合關(guān)系2,集中控制:多輸
3、入多輸出系統(tǒng),把各個平動自由度信號反饋到同一個控制器中進(jìn)行綜合分析,并對各自由度間的親合關(guān)系進(jìn)行解稱,最后統(tǒng)一控制各個自由度的位移3,分散控制中,采用等效單自由度控制方法,比較了近似控制參數(shù)與動態(tài)控制參數(shù)的效果,仿真結(jié)果表明了近似控制的有效性與動態(tài)控制的優(yōu)越性,該方法缺點是沒有考慮各自由度間的耦合關(guān)系,影響了系統(tǒng)的綜合性能。4,集中控制中,采用狀態(tài)反饋解耦控制和坐標(biāo)變換解耦控制,先采用狀態(tài)反饋解耦控制實現(xiàn)對三個平動自由度的解耦,解耦后各自由度間基本不發(fā)生干擾,通過第4個自由度來補(bǔ)償。再采用坐標(biāo)變換矩陣,推導(dǎo)了一個動態(tài)的變換矩陣,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)解耦,該方法缺點是未能實現(xiàn)任意位置下的系統(tǒng)的精確
4、解耦,平臺的運動位移越大,殘留的耦合效應(yīng)越強(qiáng)。創(chuàng)新點:考慮到磁懸浮平臺的質(zhì)量和解耦的結(jié)構(gòu)對平臺響應(yīng)速度和解耦性能的影響作了優(yōu)化,本文中將電磁鐵固定安裝在支撐座上,與懸浮平臺相互分離,并且考慮到溫度場對磁場的影響,設(shè)計了電磁鐵相關(guān)參數(shù),該研究采用了等效單自由度控制和兩種集中解耦控制方法,改進(jìn)了PID控制器,實現(xiàn)了平臺單個角的穩(wěn)定懸浮。缺點:1,系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立是基于電磁力在平衡點線性化處理的結(jié)果,通過這種方式建立的系統(tǒng)模型和設(shè)計的控制器顯然存在一定誤差,影響系統(tǒng)的控制精度2,該研究具體未涉及到傳感器之間的協(xié)調(diào)工作和解耦 圖1平面型磁浮運動平臺樣機(jī)實物圖Wei Gao,,Shuichi Dej
5、ima,Hiroaki Yanai, Kei Katakura,Satoshi Kiyono, Yoshiyuki Tomita2采用一種新開發(fā)的XYz表面編碼器設(shè)計了一種精度等級為次微米的xy平面運動的電機(jī)驅(qū)動平臺,表面電機(jī)由四個線性電機(jī)組成,表面編碼器是由兩個二維角度傳感器和一個能在表面產(chǎn)生二維正弦波形的角網(wǎng)組成,該平臺能夠在XY平面上運動,同時還可以在Z軸旋轉(zhuǎn),電機(jī)驅(qū)動平臺如圖所示。這種平臺廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造系統(tǒng)和掃描探針測量系統(tǒng),并且要求具備高精度,高速,范圍廣,結(jié)構(gòu)緊湊這些優(yōu)點,同時由表面電機(jī)驅(qū)動的平面運動平臺在X,Y方向的移動以及Z軸方向的旋轉(zhuǎn)能夠更簡易的實現(xiàn)。線性編碼器和激光干
6、涉儀是實現(xiàn)精確定位而得到廣泛使用的反饋傳感器,但是它的測量精度易被周圍環(huán)境影響,例如空氣壓力,溫度和相對濕度等,而且激光干涉儀價格比較高。作者提出一種新的方法,稱之為平面運動測量的表面編譯器,該研究主要介紹了XYz表面編譯器和由表面電極驅(qū)動的 XY平面運動平臺,平面運動平臺是由壓板和底座組成,壓板是由四個無刷型兩相直流線性電機(jī)組成,每一個電機(jī)由一對磁陣列和定子組成,它們在XY方向是對稱的,兩個在X方向,兩個在Y方向,磁陣列和線圈安在壓板和底座的背面,這種固定的線圈結(jié)構(gòu)避免了干擾運動壓臺上的線圈,同時由線圈產(chǎn)生的熱也能夠很好地在底座部位散去,而不會影響壓板。每個磁陣列由10個 NdFeB 永磁磁
7、鐵組成,每個間距10mm,定子由兩個線圈組成,間距為35mm,以此構(gòu)成一個二維線性電機(jī)。實驗表明X,Y全方位的行程是40mm,并且在X,Y方向可以單獨控制,Z方向的精度是1''創(chuàng)新:采用一種新開發(fā)的XYz表面編碼器缺點:沒有研究整個平臺大范圍運動的性能,在平臺整個工作范圍的定位精度的校準(zhǔn)和補(bǔ)償過程是有必要作詳細(xì)研究的,此外多自由度系統(tǒng)需要測量和控制平面運動參數(shù),包括x方向傾斜角,y方向的旋轉(zhuǎn)角度以及z方向的精確位置,同時還需要優(yōu)化該系統(tǒng)的控制器。圖2平面運動平臺周正雄3提出了一種TU形結(jié)構(gòu)的,應(yīng)用于半導(dǎo)體精密加工,激光光刻,高速貼片等微電子制造領(lǐng)域的無接觸支撐的六自由度精密磁懸
8、浮定位平臺,并且設(shè)計和分析了機(jī)械結(jié)構(gòu)和磁路分布,本文采用Maxwell 3D有限元分析軟件揭示了懸浮力和動子平面位置之間的耦合關(guān)系,同時還進(jìn)行了懸浮系統(tǒng)和水平位移系統(tǒng)精確建模。針對懸浮系統(tǒng),由于懸浮系統(tǒng)是一個多輸入多輸出,強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),提出一種改進(jìn)了自抗擾控制器策略,采用配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法來代替極點配置進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計,能自動補(bǔ)償對象模型的失配和擾動,同時針對常規(guī)自抗擾控制器的NLSEF中非線性函數(shù)不平滑,本文提出了一類新的非線性函數(shù),它特性平滑并且可以十分靈活的控制偏差和函數(shù)值的關(guān)系曲線形狀,得到一種改進(jìn)的自抗擾控制器,通過仿真得出該自抗擾控制其具有優(yōu)良的動態(tài),靜態(tài)特性和魯棒性;針對水
9、平位移系統(tǒng),由于水平位移子系統(tǒng)是一個平面運動各自由度之間相互關(guān)聯(lián)的多輸入多輸出,強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),提出了采用狀態(tài)反饋解耦的PD控制,但是狀態(tài)反饋解耦只是針對動子平面位置位于原點處特定的系統(tǒng)狀態(tài)方程,因此不能實現(xiàn)對水平位移的完全解耦,故提出另一種自抗擾控制器,仿真表明改進(jìn)自抗擾控制器在平臺水平位移系統(tǒng)中的控制性能優(yōu)于狀態(tài)反饋解耦PD控制器。創(chuàng)新點:提出了一種新型的磁懸浮定位平臺結(jié)構(gòu),其突出的優(yōu)點在于:具有節(jié)能變磁阻式懸浮系統(tǒng),利用永磁體為氣隙提供偏磁產(chǎn)生的磁阻力作為動子的主要懸浮力,而懸浮控制線圈 僅提供調(diào)節(jié)磁通,調(diào)節(jié)偏磁水平,這樣可以大大降低懸浮系統(tǒng)的能量消耗;利用交叉磁導(dǎo)體 提供橫向自由度
10、,從而實現(xiàn)平面運動,避免了為獲得平面運動而釆取多層電磁螺線管驅(qū)動器層疊所引起的變形。缺點:水平位移系統(tǒng)的控制性能仍有待于進(jìn)一步提高圖3 TU型六自由度磁浮定位平臺Souad Rafa,Abdelkader Larabi,Linda Barazane,Malik Manceur,Najib Essounbouli和Abdelaziz Hamzaoui4提出應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)的一種新的矢量控制的方法,感應(yīng)電機(jī)是一個非線性,強(qiáng)耦合,不確定的系統(tǒng),前面的研究者們也提出了很多方法,例如滑??刂?,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,模糊控制,但是所希望得到的性能只是在操作點附近,為了克服以上種種問題,Ezziani et al.提
11、出了一種滯后模糊自適應(yīng)控制器,它確保了所獲得的性能,但是它需要大量的計算時間,所需要的大量的傳感器增加了實際的成本,作者提出一種新的模糊矢量控制來解決解耦問題和參數(shù)變化的靈敏性,這個結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點是模糊邏輯處理不確定變量和消除輸入不確定性的能力,矢量控制技術(shù)通常應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)的逆模型,解決電機(jī)的耦合性,但是由于模型的不確定性而往往不被應(yīng)用到實際應(yīng)用中,矢量控制有許多優(yōu)點,例如速度控制范圍廣,能實現(xiàn)精確的調(diào)速,快速地動態(tài)響應(yīng),但是它需要兩個電流傳感器,這就增加了成本,而且由于轉(zhuǎn)自時間常數(shù)的存在使得它對參數(shù)的變化具有較高的敏感性,作者綜合矢量控制的優(yōu)缺點,基于簡單模糊控制,提出了模糊矢量控制,該模
12、型如下圖所示,通過實驗和仿真,模糊矢量控制成功的應(yīng)用于實時控制中,相較之前的各種方法,它無需d-q電流調(diào)整器,使用降階模型,減少了仿真時間,具有解耦性能,并且擁有優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能,與此同時降低了成本。缺點:沒有具體講解它的解耦性能圖4,模糊矢量控制Tiejun Hu5中提出了一種通過一個活動部件產(chǎn)生六自由度運動的高精度定位器,該高精度定位器使用一種新的疊加濃縮場永久磁鐵矩陣,平面運動范圍達(dá)到160mm×160mm。由于運動主要局限于x-y平面內(nèi),被用于半導(dǎo)體制造晶片步進(jìn)機(jī)的高精度定位面臨新的挑戰(zhàn),如交叉軸型和龍門式型都不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,在定位系統(tǒng)中通常使用三種類型電機(jī):直流電機(jī),
13、同步電機(jī),感應(yīng)電機(jī)。直流電機(jī)具有耦合性,但是控制簡單,由于刷的磨損使得直流電機(jī)不能應(yīng)用于潔凈室生產(chǎn),同步電機(jī)由于電流使得轉(zhuǎn)子熱膨脹產(chǎn)生能量損耗從而降低定位器的精度;感應(yīng)電機(jī)是一個復(fù)雜的,非線性,很難對其進(jìn)行建模和控制,所以很少用于高精度定位系統(tǒng)。高精度的定位能力旋轉(zhuǎn)電機(jī)通常是由壓電電機(jī)或音圈致動器來實現(xiàn)的,這兩種電機(jī)消除了機(jī)械部件之間的摩擦,相比壓電電機(jī),音圈致動器有更大的操作范圍和更少的固有頻率,在許多工業(yè)應(yīng)用中,音圈電機(jī)和壓電電機(jī)通常被一起用作雙致動器系統(tǒng)。關(guān)于平面電機(jī),作者提出永磁矩陣平面電機(jī),它使用永磁矩陣作為磁場強(qiáng)度和電流密度的來源,驅(qū)動力是由控制繞組中通過的電流產(chǎn)生,這個概念起初由
14、Asakawa,Ebihara 和Watada 提出,對比索耶電機(jī)和傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)技術(shù),永磁矩陣平面電機(jī)具有更好的性能。 控制器的設(shè)計水平模式控制采用一種數(shù)字LQR控制器,為了減少穩(wěn)態(tài)誤差,設(shè)計了積分器,實驗結(jié)果表帶有積分器的LQR控制器可以實現(xiàn)良好的動態(tài)性能,如降低上升時間和穩(wěn)定時間,在水平模式,沒有穩(wěn)態(tài)誤差。在垂直模式下,為了節(jié)省DSP計算時間,設(shè)計了一個帶有積分器的一個降階數(shù)字LQG控制器,相較于傳統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制器,該控制器LQG成功地實現(xiàn)了更好的動態(tài)性能和更高的定位分辨率。優(yōu)點:提出基于Halbach磁體陣列的新型濃縮場磁鐵矩陣的高精度多維定位系統(tǒng),單作動板是三角形結(jié)構(gòu),該定位驅(qū)動
15、器三個3相平面磁懸浮電機(jī)組成,消除了齒槽力,這種高精確度的多維定位器可以用于光學(xué)聚焦和對準(zhǔn)所需的所有小運動以及用于晶片定位的大平面運動,由于定位器是由三個氣體靜壓軸承懸浮,定位器的質(zhì)量只有5.91公斤,所以該系統(tǒng)的電力消耗比較小,而且可動部分和機(jī)械底座沒有機(jī)械接觸無需潤滑。圖5六自由度高精度定位器Toshimasa Nishino6研究了一個磁懸浮系統(tǒng),能夠無接觸操縱的磁懸浮手,四個電磁鐵分布在水平面上實現(xiàn)三維定位,迄今為止,只能實現(xiàn)三維定位,四個電磁鐵的電路是相互獨立的,由場效應(yīng)晶體管放大電路控制,懸浮手可以通過流入四個電磁鐵的電流懸浮在任意一個位置,懸浮手的重量是6g,它的承重量大約為1g
16、,運動范圍是20mm×20mm×20mm,懸浮手和電磁鐵的距離是50mm。本次研究中,作者提出一種新的控制器來抑制z軸的旋轉(zhuǎn)震動,通過實驗,利用傳感器來檢測旋轉(zhuǎn)角,發(fā)現(xiàn)磁通量值是影響旋轉(zhuǎn)震動的主要值,從而設(shè)計一個抑制震蕩的控制器來穩(wěn)定磁通量值。設(shè)計的新的控制器是由前饋非線性補(bǔ)償器和PID反饋控制器組成,但是控制器的穩(wěn)定性沒有得到驗證,有待下一步提高磁懸浮系統(tǒng)的控制性能,如果能夠?qū)崿F(xiàn)z軸方向的任意旋轉(zhuǎn),這個系統(tǒng)將會應(yīng)用于越來越廣泛的地方。 圖6 磁懸浮系統(tǒng) 圖7磁懸浮手Won-jong Kim,Shobhit Verma,Huzefa Shakir7提出了兩個新穎的能夠?qū)崿F(xiàn)納
17、米定位的6軸磁懸浮平臺,一種是型磁懸浮,一種是Y型磁懸浮,型是指單一懸浮壓盤的形狀是三角形的,它由一個三角形的鋁板和六個單軸的驅(qū)動器組成,該磁懸浮平臺使用最少的驅(qū)動器來實現(xiàn)6個自由度的運動,每一個垂直方向的驅(qū)動器由一個橢圓形的磁鐵和一個線圈組成,水平方向的驅(qū)動器由2個橢圓形的磁鐵和一個線圈組成,并且采用STMs和AFMs精密定位器,但是運行范圍在xy平面上是300µm,z軸方向是3.5毫弧度。而Y型優(yōu)于型,Y型運行范圍廣,xy平面能夠達(dá)到500µm,z軸方向是0.1度;負(fù)載能力高,Y型為2kg,型為0.3kg;機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單,Y型比型少三個磁鐵;能源消耗低。 圖8 型磁懸
18、浮 圖9 Y型磁懸浮Muneaki Miyasaka,Peter Berkelman8實現(xiàn)了一種磁懸浮裝置,使得懸浮體可以穩(wěn)定地控制在任何方向,在其空間旋轉(zhuǎn)范圍沒有任何限制,為實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮,通過分析懸浮體各個磁鐵配置和用于產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩的線圈,以實現(xiàn)懸浮體無限滾動,俯仰和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,該研究的新穎之處在于實現(xiàn)所有方向上無限旋轉(zhuǎn)范圍,通過實時反饋懸浮物和取向之間的位置關(guān)系,預(yù)先計算每個磁體和線圈之間電磁力和轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù),使磁懸浮運動有較大的平移,并且旋轉(zhuǎn)范圍方向不受限制。該系統(tǒng)由固定在底盤上的圓筒線圈平面陣列,含有圓盤磁鐵和LED位置標(biāo)記的懸浮架,和一個用于懸浮的反饋控制的光學(xué)運動跟蹤傳感器中組成。該系統(tǒng)
19、結(jié)合了精確定位,振動隔離,以及一個球形電機(jī),在全向天線和照相機(jī)指向,用戶交互,操縱和模擬空間飛行動力學(xué)和控制中具有潛在的應(yīng)用的功能。該系統(tǒng)的開發(fā)過程包括在線圈和磁鐵之間電磁力和力矩的數(shù)值分析,找到懸浮所需的最大線圈電流和懸浮體的線圈電流,懸浮力和力矩之間變換矩陣的條件,各種線圈和磁鐵的參數(shù)配置。一個磁懸浮設(shè)置由27個線圈和6個盤形永磁體組成的懸浮陣列。設(shè)置實現(xiàn)了六個自由度的懸浮和以高度為40毫米的任意軸無限旋轉(zhuǎn)(線圈陣列上方4毫米是最小高度)。性能通過在側(cè)傾,俯仰,橫擺,包括非主軸360°旋轉(zhuǎn)實驗得到的懸浮軌跡驗證。但是,這種懸浮系統(tǒng)的性能受位置感測的運動跟蹤系統(tǒng)的更新速率和位置信號
20、的噪聲所限制,而且精確度低,為了實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮,需要優(yōu)化控制算法。圖10磁懸浮設(shè)置Tzuu-Hseng S. Li9研究了一種新的模糊反饋線性化策略的控制。這項研究的主要貢獻(xiàn)是建立一個控制策略,使得所得的閉環(huán)系統(tǒng)在任何帶有干擾耦合的初始條件下是有效的,并為一些經(jīng)典非線性控制系統(tǒng)開發(fā)了反饋線性化設(shè)計,該反饋線性化控制,保證了幾乎干擾解耦性能和跟蹤誤差系統(tǒng)的一致最終有界穩(wěn)定。許多方法應(yīng)用于非線性系統(tǒng),包括反饋線性化,變結(jié)構(gòu)控制(滑模控制),反演法,調(diào)節(jié)控制,非線性H控制,內(nèi)模原理和H自適應(yīng)模糊控制,作者建立的控制算法,通過反饋線性化方法和模糊邏輯控制解決了非線性不確定系統(tǒng)跟蹤和干擾解耦問題。該控制器
21、保證了系統(tǒng)的輸出跟隨著所述參考信號,并實現(xiàn)了閉環(huán)非線性系統(tǒng)所有信號的一致最終有界性。優(yōu)點:提出的控制算法很好的解決了控制方面兩大難題:穩(wěn)定和跟蹤。缺點:使用了微分幾何方法,但是沒有具體闡述其解耦方面的應(yīng)用。圖11模糊邏輯控制器CHAO-LIN KUO10設(shè)計一種用于磁懸浮球系統(tǒng)的新的模糊滑??刂疲∟FSMC)。作者研究了磁球系統(tǒng)非線性動態(tài)模型,對比滑??刂疲⊿MC)和傳統(tǒng)的模糊滑??刂疲‵SMC),設(shè)計了NFSMC,給出了Lyapunov穩(wěn)定性分析,經(jīng)過仿真得出NFSMC可以提供最佳性能。圖12 NFSMC框圖Xiaodong Lu11提出了一種新的6D直接驅(qū)動技術(shù)的平臺,它有許多優(yōu)點:(1)
22、行程可以是幾米的數(shù)量級;(2)線圈的數(shù)量和平臺運動范圍呈線性增加關(guān)系;(3)軸與軸之間沒有無止盡的力的耦合;(4)簡化控制,力線性化更加優(yōu)越。現(xiàn)代機(jī)器通常需要在多個自由度(DOF)。例如一個平面平臺(X-Y)產(chǎn)生同步的X和Y平移,生產(chǎn)在制造中最根本的機(jī)械元件中的一個。有三種基本方法設(shè)計機(jī)器:串口,并口,和直接驅(qū)動架構(gòu)。而串口和并口都存在一些缺陷,最理想的是直接驅(qū)動架構(gòu),它只有一個移動臺,沒有任何中間運動元件,所有致動的力直接施加到可動元件,它的優(yōu)點包括改進(jìn)的速度,精度和加速度。它的動子由四個磁體陣列和一個重量輕的鋁蜂窩框架組成,該定子是由一個石英復(fù)合硬化構(gòu)件支撐的線圈組成。 圖13 6D直接驅(qū)
23、動電磁配置 圖14 6D平面運動平臺原型和傳統(tǒng)的運動平臺相比,采用6D直接驅(qū)動能夠改善平臺的性能,包括,消除摩擦,減少軸承導(dǎo)向錯誤,減少中間運動環(huán)節(jié),作者所研究得新穎的長沖程6D直接驅(qū)動技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜度低,軸與軸之間沒有力的耦合,并且具有優(yōu)良的線性力,這種設(shè)計直接解決了限于短行程的或者較為復(fù)雜的大型系統(tǒng)多自由度驅(qū)動技術(shù)的一些問題。Zhipeng Zhang12提出了一種緊湊型六軸磁懸浮平臺,包括磁致動器,激光干涉儀,運動傳感器和運動控制器的設(shè)計和實施,平臺運動范圍是2×2×2mm,角度旋轉(zhuǎn)范圍是4°×4°×4°。新開發(fā)的六軸磁
24、懸浮平臺非常緊湊,重量為350克,它使用三個緊湊的兩軸線性致動器,6個功率放大器來懸浮移動的臺子,實現(xiàn)了高定位的穩(wěn)定性。它包括一個定子架和一個浮子,浮子包括一個六角形板,三個鋼環(huán)路(致動器的一部分),和6個后向反射器(干涉儀的一部分),具體結(jié)構(gòu)如圖15。圖15 磁懸浮平臺的三維圖磁致動器:由于直流電磁鐵只能產(chǎn)生吸引力,所以對于直流電磁鐵需要的數(shù)目是增倍的,而該研究中新設(shè)計的執(zhí)行器能夠產(chǎn)生水平方向的力和垂直方向的力,故只需要三個就能獲得六軸運動驅(qū)動力,但是每個兩軸致動器需要兩個功率放大器,然而它的優(yōu)點是此兩軸致動器的設(shè)計極大地簡化了六軸致動的機(jī)械結(jié)構(gòu),有助于該平臺的緊湊性,使得后3個向后反射器以
25、及3個光學(xué)棱鏡可以作為六軸激光干涉儀系統(tǒng)的一部分,安裝在在六邊形板的下方。和使用直流電磁鐵作為致動器的一些平臺相比,該致動器擁有一個近乎均勻的磁場,因此可以產(chǎn)生幅度線性正比于所施加的電流的力,實現(xiàn)精確定位,大大簡化了控制器的設(shè)計。整個致動器的設(shè)計如圖16所示。圖16 致動器的設(shè)計結(jié)構(gòu)電容傳感器和激光干涉儀:電容傳感器和激光干涉儀往往是用來測量位移,具有納米級分辨率。一個電容傳感器的范圍通常限制在微米級的分辨率。因為磁懸浮運動所需范圍大于2毫米,故采用一個由6個激光干涉儀組成的六軸測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)包括一個激光源和6個浮子上帶有反干涉儀的干涉儀組成。測量系統(tǒng)如圖17所示。圖17六軸測量系統(tǒng)控制
26、器:采用PID控制器,為了抵制由光學(xué)表振動引起的低頻干擾和浮子的高頻率振動引起的干擾,應(yīng)用了回路成形法來設(shè)計了控制器。參考文獻(xiàn):1陳啟匯,李明群.平面型磁浮運動平臺的懸浮控制研究.2Wei Gao,Shuichi Dejima,Hiroaki Yanai,Kei Katakura,Satoshi Kiyono,Yoshiyuki Tomita.A surface motor-driven planar motion stage integrated with anXYZ surface encoder for precision positioningJ.Precision Engineeri
27、ng 28 (2004) 3293373周振雄,楊建東,曲永印.多自由度精密磁懸浮定位平臺的設(shè)計與研究J.China Academic Journal Electronic Publishing House.4Souad Rafa,Abdelkader Larabi,Linda Barazane,Malik Manceur,Najib Essounbouli, Abdelaziz Hamzaoui.Implementation of a new fuzzy vector control of induction motorJ.ISA Transactions 53 (2014) 744754.
28、5TIEJUN HU,Won-jong Kim.Design and Control of a 6-Degree-of-Freedom Levitated Positioner with High PrecisionJ.Mechanical Engineering 6Toshimasa Nishino ,Yasuhiro Fujitani ,Norihiko Kato, Naoaki Tsuda,Yoshihiko Nomura, Hirokazu Matsui.A control method to suppress the rotational oscillation of a magnetic levitating systemJ.Artif Life Robotics (2013) 17:4454517Won-jong Kim, Shobhit Ver
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