文獻(xiàn)閱讀資料

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(jì)了一種平面型磁浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，作了如下幾點(diǎn)研究：1，對(duì)磁浮平臺(tái)進(jìn)行電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)特性分析2，設(shè)計(jì)改進(jìn)了PID控制器3，針對(duì)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(jì)功率放大器與軟件控制流程平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：1，支撐電磁鐵和驅(qū)動(dòng)電磁鐵相互獨(dú)立，消除了懸浮和驅(qū)動(dòng)之間的耦合關(guān)系。2，導(dǎo)向卡槽結(jié)構(gòu)消除了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)方向之間的耦合關(guān)系（導(dǎo)向卡槽結(jié)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)軸承限定在懸浮平臺(tái)與定位板圍成的卡槽之間運(yùn)動(dòng)，懸浮平臺(tái)限定在差動(dòng)布局的驅(qū)動(dòng)電磁鐵卡槽間運(yùn)動(dòng)）。3，采用一級(jí)懸浮平臺(tái)，電磁鐵與懸浮平臺(tái)分離，磁懸浮平臺(tái)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(jì)簡(jiǎn)單化。5，平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，加工難度簡(jiǎn)易化。6，電磁鐵剛度可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)。溫度場(chǎng)對(duì)電磁場(chǎng)影響：考慮到溫度場(chǎng)對(duì)電磁場(chǎng)的影響：運(yùn)用大型通用有限元分析軟件ANSYS模擬了磁浮平臺(tái)電磁鐵的電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)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(tái)容易在繞y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，應(yīng)該加強(qiáng)控制，控制方法：對(duì)比分散控制和集中控制兩種方法1，分散控制：?jiǎn)屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)，為每一對(duì)差動(dòng)電磁鐵設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的控制器，輸入信號(hào)取決于差動(dòng)電磁鐵處平臺(tái)的自由度，輸出信號(hào)僅驅(qū)動(dòng)該電磁線(xiàn)圈，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制器設(shè)計(jì)容易，缺點(diǎn)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(gè)平動(dòng)自由度信號(hào)反饋到同一個(gè)控制器中進(jìn)行綜合分析，并對(duì)各自由度間的親合關(guān)系進(jìn)行解稱(chēng),最后統(tǒng)一控制各個(gè)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(dòng)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(dòng)態(tài)控制的優(yōu)越性，該方法缺點(diǎn)是沒(méi)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(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)平動(dòng)自由度的解耦，解耦后各自由度間基本不發(fā)生干擾，通過(guò)第4個(gè)自由度來(lái)補(bǔ)償。再采用坐標(biāo)變換矩陣，推導(dǎo)了一個(gè)動(dòng)態(tài)的變換矩陣，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦，該方法缺點(diǎn)是未能實(shí)現(xiàn)任意位置下的系統(tǒng)的精確

4、解耦，平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)位移越大，殘留的耦合效應(yīng)越強(qiáng)。創(chuàng)新點(diǎn)：考慮到磁懸浮平臺(tái)的質(zhì)量和解耦的結(jié)構(gòu)對(duì)平臺(tái)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(tái)相互分離，并且考慮到溫度場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)的影響，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了平臺(tái)單個(gè)角的穩(wěn)定懸浮。缺點(diǎn)：1，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立是基于電磁力在平衡點(diǎn)線(xiàn)性化處理的結(jié)果,通過(guò)這種方式建立的系統(tǒng)模型和設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)樣機(jī)實(shí)物圖Wei Gao,，Shuichi Dej

5、ima，Hiroaki Yanai， Kei Katakura，Satoshi Kiyono， Yoshiyuki Tomita2采用一種新開(kāi)發(fā)的XYz表面編碼器設(shè)計(jì)了一種精度等級(jí)為次微米的xy平面運(yùn)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，表面電機(jī)由四個(gè)線(xiàn)性電機(jī)組成，表面編碼器是由兩個(gè)二維角度傳感器和一個(gè)能在表面產(chǎn)生二維正弦波形的角網(wǎng)組成，該平臺(tái)能夠在XY平面上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還可以在Z軸旋轉(zhuǎn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)如圖所示。這種平臺(tái)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造系統(tǒng)和掃描探針測(cè)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(diǎn)，同時(shí)由表面電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在X,Y方向的移動(dòng)以及Z軸方向的旋轉(zhuǎn)能夠更簡(jiǎn)易的實(shí)現(xiàn)。線(xiàn)性編碼器和激光干

6、涉儀是實(shí)現(xiàn)精確定位而得到廣泛使用的反饋傳感器，但是它的測(cè)量精度易被周?chē)h(huán)境影響，例如空氣壓力，溫度和相對(duì)濕度等，而且激光干涉儀價(jià)格比較高。作者提出一種新的方法，稱(chēng)之為平面運(yùn)動(dòng)測(cè)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(dòng)的 XY平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由壓板和底座組成，壓板是由四個(gè)無(wú)刷型兩相直流線(xiàn)性電機(jī)組成，每一個(gè)電機(jī)由一對(duì)磁陣列和定子組成，它們?cè)赬Y方向是對(duì)稱(chēng)的，兩個(gè)在X方向，兩個(gè)在Y方向，磁陣列和線(xiàn)圈安在壓板和底座的背面，這種固定的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)避免了干擾運(yùn)動(dòng)壓臺(tái)上的線(xiàn)圈，同時(shí)由線(xiàn)圈產(chǎn)生的熱也能夠很好地在底座部位散去，而不會(huì)影響壓板。每個(gè)磁陣列由10個(gè) NdFeB 永磁磁

7、鐵組成，每個(gè)間距10mm，定子由兩個(gè)線(xiàn)圈組成，間距為35mm，以此構(gòu)成一個(gè)二維線(xiàn)性電機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明X,Y全方位的行程是40mm，并且在X,Y方向可以單獨(dú)控制，Z方向的精度是1''創(chuàng)新：采用一種新開(kāi)發(fā)的XYz表面編碼器缺點(diǎn)：沒(méi)有研究整個(gè)平臺(tái)大范圍運(yùn)動(dòng)的性能，在平臺(tái)整個(gè)工作范圍的定位精度的校準(zhǔn)和補(bǔ)償過(guò)程是有必要作詳細(xì)研究的，此外多自由度系統(tǒng)需要測(cè)量和控制平面運(yùn)動(dòng)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(shí)還需要優(yōu)化該系統(tǒng)的控制器。圖2平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)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(wú)接觸支撐的六自由度精密磁懸

8、浮定位平臺(tái)，并且設(shè)計(jì)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(dòng)子平面位置之間的耦合關(guān)系，同時(shí)還進(jìn)行了懸浮系統(tǒng)和水平位移系統(tǒng)精確建模。針對(duì)懸浮系統(tǒng)，由于懸浮系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出，強(qiáng)耦合的非線(xiàn)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(lái)代替極點(diǎn)配置進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能自動(dòng)補(bǔ)償對(duì)象模型的失配和擾動(dòng)，同時(shí)針對(duì)常規(guī)自抗擾控制器的NLSEF中非線(xiàn)性函數(shù)不平滑，本文提出了一類(lèi)新的非線(xiàn)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(xiàn)形狀，得到一種改進(jìn)的自抗擾控制器，通過(guò)仿真得出該自抗擾控制其具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)，靜態(tài)特性和魯棒性；針對(duì)水

9、平位移系統(tǒng)，由于水平位移子系統(tǒng)是一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)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(xiàn)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(duì)動(dòng)子平面位置位于原點(diǎn)處特定的系統(tǒng)狀態(tài)方程，因此不能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)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(diǎn)：提出了一種新型的磁懸浮定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)，其突出的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)子的主要懸浮力，而懸浮控制線(xiàn)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(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，避免了為獲得平面運(yùn)動(dòng)而釆取多層電磁螺線(xiàn)管驅(qū)動(dòng)器層疊所引起的變形。缺點(diǎn)：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(tái)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(gè)非線(xiàn)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?？刂疲窠?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(diǎn)附近，為了克服以上種種問(wèn)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(jì)算時(shí)間，所需要的大量的傳感器增加了實(shí)際的成本，作者提出一種新的模糊矢量控制來(lái)解決解耦問(wèn)題和參數(shù)變化的靈敏性，這個(gè)結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中，矢量控制有許多優(yōu)點(diǎn)，例如速度控制范圍廣，能實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)速，快速地動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但是它需要兩個(gè)電流傳感器，這就增加了成本，而且由于轉(zhuǎn)自時(shí)間常數(shù)的存在使得它對(duì)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(diǎn)，基于簡(jiǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真，模糊矢量控制成功的應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制中，相較之前的各種方法，它無(wú)需d-q電流調(diào)整器，使用降階模型，減少了仿真時(shí)間，具有解耦性能，并且擁有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，與此同時(shí)降低了成本。缺點(diǎn)：沒(méi)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(guò)一個(gè)活動(dòng)部件產(chǎn)生六自由度運(yùn)動(dòng)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(chǎng)永久磁鐵矩陣，平面運(yùn)動(dòng)范圍達(dá)到160mm×160mm。由于運(yùn)動(dòng)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(mén)式型都不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在定位系統(tǒng)中通常使用三種類(lèi)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(jiǎn)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(gè)復(fù)雜的，非線(xiàn)性，很難對(duì)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(dòng)器來(lái)實(shí)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)強(qiáng)度和電流密度的來(lái)源，驅(qū)動(dòng)力是由控制繞組中通過(guò)的電流產(chǎn)生，這個(gè)概念起初由

14、Asakawa，Ebihara 和Watada 提出，對(duì)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(jì)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(jì)了積分器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表帶有積分器的LQR控制器可以實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)性能，如降低上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，在水平模式，沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差。在垂直模式下，為了節(jié)省DSP計(jì)算時(shí)間，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有積分器的一個(gè)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(shí)現(xiàn)了更好的動(dòng)態(tài)性能和更高的定位分辨率。優(yōu)點(diǎn)：提出基于Halbach磁體陣列的新型濃縮場(chǎng)磁鐵矩陣的高精度多維定位系統(tǒng)，單作動(dòng)板是三角形結(jié)構(gòu)，該定位驅(qū)動(dòng)

15、器三個(gè)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(duì)準(zhǔn)所需的所有小運(yùn)動(dòng)以及用于晶片定位的大平面運(yùn)動(dòng)，由于定位器是由三個(gè)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(dòng)部分和機(jī)械底座沒(méi)有機(jī)械接觸無(wú)需潤(rùn)滑。圖5六自由度高精度定位器Toshimasa Nishino6研究了一個(gè)磁懸浮系統(tǒng)，能夠無(wú)接觸操縱的磁懸浮手，四個(gè)電磁鐵分布在水平面上實(shí)現(xiàn)三維定位，迄今為止，只能實(shí)現(xiàn)三維定位，四個(gè)電磁鐵的電路是相互獨(dú)立的，由場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路控制，懸浮手可以通過(guò)流入四個(gè)電磁鐵的電流懸浮在任意一個(gè)位置，懸浮手的重量是6g，它的承重量大約為1g

16、，運(yùn)動(dòng)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(lái)抑制z軸的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，利用傳感器來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角，發(fā)現(xiàn)磁通量值是影響旋轉(zhuǎn)震動(dòng)的主要值，從而設(shè)計(jì)一個(gè)抑制震蕩的控制器來(lái)穩(wěn)定磁通量值。設(shè)計(jì)的新的控制器是由前饋非線(xiàn)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(méi)有得到驗(yàn)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(gè)系統(tǒng)將會(huì)應(yīng)用于越來(lái)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(gè)新穎的能夠?qū)崿F(xiàn)納

17、米定位的6軸磁懸浮平臺(tái)，一種是型磁懸浮，一種是Y型磁懸浮，型是指單一懸浮壓盤(pán)的形狀是三角形的，它由一個(gè)三角形的鋁板和六個(gè)單軸的驅(qū)動(dòng)器組成，該磁懸浮平臺(tái)使用最少的驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)垂直方向的驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)橢圓形的磁鐵和一個(gè)線(xiàn)圈組成，水平方向的驅(qū)動(dòng)器由2個(gè)橢圓形的磁鐵和一個(gè)線(xiàn)圈組成，并且采用STMs和AFMs精密定位器，但是運(yùn)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(yùn)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(jì)簡(jiǎn)單，Y型比型少三個(gè)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(shí)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(méi)有任何限制，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，通過(guò)分析懸浮體各個(gè)磁鐵配置和用于產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩的線(xiàn)圈，以實(shí)現(xiàn)懸浮體無(wú)限滾動(dòng)，俯仰和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該研究的新穎之處在于實(shí)現(xiàn)所有方向上無(wú)限旋轉(zhuǎn)范圍，通過(guò)實(shí)時(shí)反饋懸浮物和取向之間的位置關(guān)系，預(yù)先計(jì)算每個(gè)磁體和線(xiàn)圈之間電磁力和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，使磁懸浮運(yùn)動(dòng)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(pán)上的圓筒線(xiàn)圈平面陣列，含有圓盤(pán)磁鐵和LED位置標(biāo)記的懸浮架，和一個(gè)用于懸浮的反饋控制的光學(xué)運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器中組成。該系統(tǒng)

19、結(jié)合了精確定位，振動(dòng)隔離，以及一個(gè)球形電機(jī)，在全向天線(xiàn)和照相機(jī)指向，用戶(hù)交互，操縱和模擬空間飛行動(dòng)力學(xué)和控制中具有潛在的應(yīng)用的功能。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程包括在線(xiàn)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(xiàn)圈電流和懸浮體的線(xiàn)圈電流，懸浮力和力矩之間變換矩陣的條件，各種線(xiàn)圈和磁鐵的參數(shù)配置。一個(gè)磁懸浮設(shè)置由27個(gè)線(xiàn)圈和6個(gè)盤(pán)形永磁體組成的懸浮陣列。設(shè)置實(shí)現(xiàn)了六個(gè)自由度的懸浮和以高度為40毫米的任意軸無(wú)限旋轉(zhuǎn)（線(xiàn)圈陣列上方4毫米是最小高度）。性能通過(guò)在側(cè)傾，俯仰，橫擺，包括非主軸360°旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)得到的懸浮軌跡驗(yàn)證。但是，這種懸浮系統(tǒng)的性能受位置感測(cè)的運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的更新速率和位置信號(hào)

20、的噪聲所限制，而且精確度低，為了實(shí)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(xiàn)性化策略的控制。這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)是建立一個(gè)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(xiàn)性控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了反饋線(xiàn)性化設(shè)計(jì)，該反饋線(xiàn)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(xiàn)性系統(tǒng)，包括反饋線(xiàn)性化，變結(jié)構(gòu)控制（滑模控制），反演法，調(diào)節(jié)控制，非線(xiàn)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(guò)反饋線(xiàn)性化方法和模糊邏輯控制解決了非線(xiàn)性不確定系統(tǒng)跟蹤和干擾解耦問(wèn)題。該控制器

21、保證了系統(tǒng)的輸出跟隨著所述參考信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)非線(xiàn)性系統(tǒng)所有信號(hào)的一致最終有界性。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：使用了微分幾何方法，但是沒(méi)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(jì)一種用于磁懸浮球系統(tǒng)的新的模糊滑模控制（NFSMC）。作者研究了磁球系統(tǒng)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)模型，對(duì)比滑模控制（SMC）和傳統(tǒng)的模糊滑?？刂疲‵SMC），設(shè)計(jì)了NFSMC，給出了Lyapunov穩(wěn)定性分析，經(jīng)過(guò)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(dòng)技術(shù)的平臺(tái)，它有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）

22、行程可以是幾米的數(shù)量級(jí);（2）線(xiàn)圈的數(shù)量和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍呈線(xiàn)性增加關(guān)系;（3）軸與軸之間沒(méi)有無(wú)止盡的力的耦合;（4）簡(jiǎn)化控制，力線(xiàn)性化更加優(yōu)越?，F(xiàn)代機(jī)器通常需要在多個(gè)自由度（DOF）。例如一個(gè)平面平臺(tái)（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(gè)。有三種基本方法設(shè)計(jì)機(jī)器：串口，并口，和直接驅(qū)動(dòng)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(dòng)架構(gòu)，它只有一個(gè)移動(dòng)臺(tái)，沒(méi)有任何中間運(yùn)動(dòng)元件，所有致動(dòng)的力直接施加到可動(dòng)元件，它的優(yōu)點(diǎn)包括改進(jìn)的速度，精度和加速度。它的動(dòng)子由四個(gè)磁體陣列和一個(gè)重量輕的鋁蜂窩框架組成，該定子是由一個(gè)石英復(fù)合硬化構(gòu)件支撐的線(xiàn)圈組成。 圖13 6D直接驅(qū)

23、動(dòng)電磁配置 圖14 6D平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)原型和傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相比，采用6D直接驅(qū)動(dòng)能夠改善平臺(tái)的性能，包括，消除摩擦，減少軸承導(dǎo)向錯(cuò)誤，減少中間運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，作者所研究得新穎的長(zhǎng)沖程6D直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜度低，軸與軸之間沒(méi)有力的耦合，并且具有優(yōu)良的線(xiàn)性力，這種設(shè)計(jì)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(dòng)技術(shù)的一些問(wèn)題。Zhipeng Zhang12提出了一種緊湊型六軸磁懸浮平臺(tái)，包括磁致動(dòng)器，激光干涉儀，運(yùn)動(dòng)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)施，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍是2×2×2mm，角度旋轉(zhuǎn)范圍是4°×4°×4°。新開(kāi)發(fā)的六軸磁

24、懸浮平臺(tái)非常緊湊，重量為350克，它使用三個(gè)緊湊的兩軸線(xiàn)性致動(dòng)器，6個(gè)功率放大器來(lái)懸浮移動(dòng)的臺(tái)子，實(shí)現(xiàn)了高定位的穩(wěn)定性。它包括一個(gè)定子架和一個(gè)浮子，浮子包括一個(gè)六角形板，三個(gè)鋼環(huán)路（致動(dòng)器的一部分），和6個(gè)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(tái)的三維圖磁致動(dòng)器：由于直流電磁鐵只能產(chǎn)生吸引力，所以對(duì)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(jì)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(gè)就能獲得六軸運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，但是每個(gè)兩軸致動(dòng)器需要兩個(gè)功率放大器，然而它的優(yōu)點(diǎn)是此兩軸致動(dòng)器的設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了六軸致動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，有助于該平臺(tái)的緊湊性，使得后3個(gè)向后反射器以

25、及3個(gè)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(dòng)器的一些平臺(tái)相比，該致動(dòng)器擁有一個(gè)近乎均勻的磁場(chǎng)，因此可以產(chǎn)生幅度線(xiàn)性正比于所施加的電流的力，實(shí)現(xiàn)精確定位，大大簡(jiǎn)化了控制器的設(shè)計(jì)。整個(gè)致動(dòng)器的設(shè)計(jì)如圖16所示。圖16 致動(dòng)器的設(shè)計(jì)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(lái)測(cè)量位移，具有納米級(jí)分辨率。一個(gè)電容傳感器的范圍通常限制在微米級(jí)的分辨率。因?yàn)榇艖腋∵\(yùn)動(dòng)所需范圍大于2毫米，故采用一個(gè)由6個(gè)激光干涉儀組成的六軸測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)激光源和6個(gè)浮子上帶有反干涉儀的干涉儀組成。測(cè)量系統(tǒng)如圖17所示。圖17六軸測(cè)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(dòng)引起的低頻干擾和浮子的高頻率振動(dòng)引起的干擾，應(yīng)用了回路成形法來(lái)設(shè)計(jì)了控制器。參考文獻(xiàn)：1陳啟匯，李明群.平面型磁浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)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(tái)的設(shè)計(jì)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.

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