直线电机驱动的 犎型气浮导轨运动平台
直线电机驱动二维精密定位平台的设计研究
基金项 目： 榆林学 院高层次人 才科 研启动基金项 目（ ８ Ｋ ３ ） ０ Ｇ ０ ７ 作者简 介 ： 曹卫锋 （９７ ） 男 ， １７一 ， 陕西 武功人 ， 助教 ， 在读博 士 ， 研究 方 向： 机械设计与制造 的教学 与研 究。
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二维定位平 台总体设计结合 了大范 围超精密定 位系统的技术指标 ， 其技术要求如下 ： 自由度 ： 、 ｘ Ｙ两维 ；
图 １ 二 维定 位 平 台 结 构 简 图
在台子 的侧面上 。
收 稿 日期 ：０ ２ ０ － ８ ２ １－ ６ ０ －
重复计算 电机峰值 力和平均连续输 出力 ，校核被选
１ 二维定 位平 台的设计
１１ 总体 设计 ．
１１． 、７底座导 轨 ２上 台 ３上 台 电极 动子 ４上台输 出部分 ５下 台直 ． ． ． ． 线 电机 磁轨 ６ 台光 栅读数头 ７下台直线 电机 动子 ８ ． 上 ． ． 限位装 机械 置 ９ 台光栅支架 １ 、５ 台导 轨 ｌ． ． 上 Ｏ １． 上 １ 下台光栅支架 １． 台直线 ２ 上 电机 ｌ ． ３ 上台光栅读数头 ｌ ． 台机械限位 １． ４ 上 ６ 底座
气浮平台工作原理
气浮平台工作原理
气浮平台有气浮直线平台与气浮（旋转）转台两类。
气浮平台的核心原理是由空气轴承结合电控元件构成的精密位移平台，基于空气轴承的原理，让负载板浮在气浮导轨或气浮轴承上，实现无摩擦、无振动的平滑运动。
气浮平台的气浮直线导轨常见的形式有：
1. 重力平衡式气浮导轨；
2. 闭式气浮导轨；
3. 永磁预载式气浮导轨；
4. 真空吸附式气浮导轨。
常见的气浮孔结构为：
1. 小孔节流结构；
2. 多孔质结构。
气浮平台的高直线度和平面度依赖于气浮导轨，材质分为铝合金、大理石及碳化硅陶瓷等，研究其高压气膜的压力分布、气源压力、节流器、均压槽深度等，找到了合理气膜刚度时的参数区间有着出色的性能精度，行程300mm直线度和平面度的误差在
1μm以内，气浮平台的承载能力也非常的出色，在市场上已经逐渐得到大家的认可。
直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台
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基于 FLOTRAN 的燕尾形导轨气浮平台结构设计
基于 FLOTRAN 的燕尾形导轨气浮平台结构设计莫德云;马平;田学军;陈敬渊【期刊名称】《湛江师范学院学报》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】闭式燕尾形导轨是常见的静压气浮导轨结构形式之一，其燕尾角度将直接影响导轨的承载能力，为保证设计的燕尾形导轨能满足工作要求，本文通过建立燕尾夹角在55°～70°范围变化的气膜有限元模型，以承载力和刚度作为主要性能指标，对导轨承载能力进行分析．通过分析发现：导轨垂直方向总承载力随着燕尾夹角θ的增大而增大．研究结果表明燕尾夹角θ＝66°时，单边导轨垂直方向的承载力为87．26N ，刚度为33．69N／μm ，能较好地满足承载和工作要求．%Dovetail groove air bearing is a common structural of aerostatic guide ,the different dovetail angle would influence the aerostatic guide load capacity .In order to guarantee air bearing table meet the re‐quirement ,the finite element model of gas film which dovetail angle between 55°~70° is e stablished ,using load capacity and stiffness as the main index to analysed .The analysis revealed that the perpendicular load capacity increased with dovetail angle .The results show that when dovetail angleθ=66° ,the single-sided guide perpendicular load capacity is87 .26N ,stiffness is 33 .69N/um ,which can well meet the job require‐ments .【总页数】6页(P89-94)【作者】莫德云;马平;田学军;陈敬渊【作者单位】岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048;广东工业大学机电工程学院，广东广州510006;岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048;岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048【正文语种】中文【中图分类】TH133.2【相关文献】1.基于Modelica技术与Fluent的气浮运动平台联合仿真 [J], 赵建军;骆雪芹2.基于ABQUAS的高加速高精度定位气浮平台有限元分析 [J], 钟黔;洪荣晶;黄筱调3.基于ADAMS与AMESim精密气浮平台的减振系统仿真 [J], 董秋武;汪宝生4.基于FLOTRAN的燕尾形导轨气浮平台结构设计 [J], 莫德云;马平;田学军;陈敬渊;5.基于激光干涉仪对天文底片扫描仪气浮式运动平台的性能测试 [J], 王亮亮;商正君;郑立新;杨美婷;杨静;赵建海;于涌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种永磁直线电机驱动X-Y平台精密轮廓跟踪控制策略
一种永磁直线电机驱动X-Y平台精密轮廓跟踪控制策略武志涛;杨永辉【摘要】为了解决轮廓误差模型的不准确对循迹系统的影响,提出一种新的轮廓误差模型,该模型利用跟踪误差与进给率等信息定义轮廓误差,是一种改进式的等效切线轮廓误差模型.同时,为了减少直驱式X-Y平台在循迹跟踪过程中产生的轮廓误差,采用了位置PDF控制与轮廓TCC补偿控制相结合的整合式控制策略.PDF控制使位置伺服系统具有较好的鲁棒性,TCC轮廓补偿控制可以对轮廓误差进行实时的补偿.实验结果表明,该文所提出的改进式轮廓误差模型无论是在低进给率或高进给率条件下,都可以实时且有效地计算出循圆跟踪系统的轮廓误差,并使X-Y平台满足高精度轮廓跟踪的要求.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)017【总页数】7页(P4037-4043)【关键词】永磁直线电机;直驱X-Y平台;轮廓误差模型;伺服控制【作者】武志涛;杨永辉【作者单位】辽宁科技大学电子与信息工程学院鞍山 114051;辽宁科技大学电子与信息工程学院鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TP273为满足先进制造对生产速度和品质的需求，高速、高精度已是未来制造业的趋势，直线电机驱动X-Y精密平台以其响应快速、定位精度高、可靠性好等特点被广泛应用于精密加工设备等领域[1]。
为了解决X-Y平台加工系统普遍存在的轮廓误差问题，文献[2]针对双轴系统的轮廓误差，提出交叉耦合的控制策略（Cross-Coupled Control, CCC），使得两个单轴之间不再是独立的控制（等于将多轴系统进行整合控制），从而降低轮廓误差，但这种方法仅限于定速移动和线性路径。
为使CCC可适用于不同类型的轮廓跟踪任务，文献[3]采用参考模型自适应交叉耦合控制器来修正轮廓误差，通过调整耦合控制器的增益来减小轮廓误差。
文献[4]提出可变增益交叉耦合（variable-gain cross-coupling）控制，使其在跟踪非线性轨迹（如圆形、抛物线等）时，可随着命令路径轮廓的改变实时改变耦合增益值，以提高轮廓跟踪精度。
直线电机气浮精密定位平台设计与控制
万方数据 万方数据北京航空航天大学学报２００８年ｐｏ一节流孔出口压力；ｐ．一供气压力；矽一承载能力；＾一气膜厚度；＂。
一流人空气轴承的气体量；”。
一流出空气轴承的气体量；８一计算精度阈值．图２气体止推轴承有限元计算流程图图３空气轴承设计软件图４压力分布图轴承参数输入界面１．２预加载技术预加载技术是提高气浮导轨的承载能力和刚度的有效途径．气浮导轨的预加载方式有３种：气膜预加载、真空预加载和磁力预加载．气膜预加载是在支撑方向上设计２个相对的气．膜，从而产生预加载荷，使之具有承载双向载荷能力和双向刚度，气浮导轨的稳定性比较好．真空预加载是在滑块的气浮工作面上设计一个真空腔，靠真空负压把滑块吸附在导轨的气浮面上，从而产生预加载荷，提高气浮轴承的刚度，当浮力和吸力平衡时，形成稳定的工作气膜．磁力预加载是在导轨和滑套上镶嵌磁钢等永磁体，靠磁场吸引力把滑块吸附在导轨的气浮面上，形成磁力预加载．采用有限元计算方法和预加载技术，设计的Ｈ型气浮定位平台如图５所示．气浮工作台的双边导轨为ｌ，导轨，中间横梁方向为ｘ导轨．ｙ导轨采用闭式结构，在竖直方向和水平方向均采用气膜预加载技术来提高性能．石导轨在竖直方向上以大基面为气浮工作面，采用真空预加载技术；在水平方向上采用气膜预加载技术．工作台的导轨采用全方向的预加载设计，获得满意的承载能力和刚度．图５气浮工作台图片１．３气浮导轨静态特性实验１）Ｘ导轨竖直方向的静态刚度测试加载方式：竖直方向上依次静态加载．第１组实验：供气压力Ｐ。
＝５００ｋＰａ，真空腔内压力Ｐ，＝６０ｋＰａ；第２组实验：ｐ。
＝５５０ｋＰａ，Ｐ，＝４０ｋＰｍ实验数据如表１所示．用线性回归的方法，求出２种供气情况下盖导轨竖直方向的静刚度分别为２１２．２Ｎ／斗ｍ，２７６．９Ｎ／斗ｍ．２）ｙ导轨竖直方向的静态刚度测试加载方式：双边导轨对称加载，在竖直方向上依次静态加载．第１组实验：Ｐ。
＝３００ｋＰａ；第２组实验：ｐ。
直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台
直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台
刘强;张从鹏
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2007(015)010
【摘要】建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究.利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能.静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm.设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定.运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制.H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域.
【总页数】7页(P1540-1546)
【作者】刘强;张从鹏
【作者单位】北京航空航天大学,机械工程及自动化学院,北京,100083;北方工业大学,机电工程学院,北京,100041
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35;TP273
【相关文献】
1.直线超声电机驱动的精密运动平台位移分辨率 [J], 王金鹏;周宏平;时运来
2.定位运动平台气浮导轨设计 [J], 刘梅;钟黔
3.双直线电机驱动的H型运动平台同步控制研究 [J], 罗品奎;金建新;李小平
4.“直线电机驱动贴片机运动平台”获国家专利 [J], 无
5.基于直线电机驱动气浮导轨的高精度定位平台实现 [J], 姬琪;王红园
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超精密气浮平台的定位精度分析
超精密气浮平台的定位精度分析
何学明;陈学东;曾理湛;余显忠
【期刊名称】《华中科技大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2008(36)3
【摘要】针对超精密定位平台的高精度要求,以及气浮轴承的刚度和阻尼相对于气膜厚度的变化存在明显的非线性特性,在分析超精度气浮定位平台的基础上,建立了气浮定位平台直线运动的数学模型和基于滑模控制器(SMC)的系统控制模型,并进行了参数分析和实验研究.结果表明:气浮刚度的增大和阻尼的存在有利于改善平台的定位精度,SMC具有较好的鲁棒性,在受外界干扰较大且存在较大非线性情况下,定位平台仍能达到较好的定位精度.
【总页数】4页(P8-11)
【关键词】气浮平台;超精密;定位精度;滑模控制器
【作者】何学明;陈学东;曾理湛;余显忠
【作者单位】华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.36
【相关文献】
1.面向微电子超声键合的精密气浮定位平台特性分析 [J], 梁存满;王福军;杨庆国;张大卫;赵兴玉;田延岭
2.基于ABQUAS的高加速高精度定位气浮平台有限元分析 [J], 钟黔;洪荣晶;黄筱
调
3.超精密气浮定位平台动力学特性分析 [J], 宛敏红;李冶夫;张杰
4.面向芯片封装高加速度高精度气浮定位平台的有限元分析 [J], 李运堂;许昌;李孝禄
5.直线电机气浮精密定位平台设计与控制 [J], 张从鹏;刘强
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的解析解 。 工程计算方法设计的空气轴承静态特
１ 引 言
精密定位技术是精密工程领域的一项关键技 电子 术 。 随着先进 电 子 制 造 特 征 尺 寸 越 来 越 小 ， 制造 设 备 中 的 运 动 平 台 都 需 要 达 到 ０． １～１ μ ｍ 亚微米 、 微米级的定位精度
［ １ ２］
图 １ 止推气体轴承及其网格划分 Ｆ ｉ ． １ Ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｒｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓｇ ｒ ｉ ｄｐ ｌ ｏ ｔ ｉ ｎ ｇ ｇａ ｇ
性存在较大的误 差 ， 而且对于结构形状或流动状 态比较复杂的轴承或要求知道轴承压力分布的场 合， 工程计算方法无法实现 。 有限元计算方法是直接从雷诺方程出发进行 编程计算 ， 利用 计 算 机 来 求 解 气 膜 压 力 场 内 的 离 散压力值 ， 通过 Ｃ Ａ Ｄ 来实现气体轴承的静态设 计， 是空气轴 承 设 计 的 一 个 新 方 法 。 采 用 有 限 元 计算方法可以精确得到空气轴承内气膜压力的分 布情况和静态特性 。 小孔节流式气浮导轨静压止推气体轴承结构 和有限元计算网格划分如图 １ 所示 。
犎 狋 犲 犪 犻 狉 犫 犲 犪 狉 犻 狀 狅 狋 犻 狅 狀狊 狋 犪 犲犱 狉 犻 狏 犲 狀犫 犾 犻 狀 犲 犪 狉犿 狅 狋 狅 狉 狊 狔 狆 犵犿 犵 狔
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线 电 机 驱 动 的 Ｈ 型 气 浮 工 作 台 的 开发应用为目的 ， 研究提到的两个关键技术问题 。 首先 ， 采用有限元计算方法设计气浮导轨 ， 分析了 并采用不同预加载 气浮导轨气膜内 的 压 力 分 布 ， 技术 来 设 计 高 承 载 能 力、 高 刚 度 的 气 浮 导 轨； 然 后， 对于工作台双边直线电机的同步控制问题 ， 在 设计了基于速度同 传统并联同步控 制 的 基 础 上 ， 步偏差的同步误 差 补 偿 器 ， 为了消除工作台运动 过程中结构参数 变 化 对 控 制 性 能 的 影 响 ， 采用模 糊Ｐ 在线自适应整定 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 ， Ｉ Ｄ 控制器参数 。
第１ ５卷 第１ ０期 ２ ０ ０ ７年１ ０月
光学 精密工程
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Ｖ ｏ ｌ ． １ ５ Ｎ ｏ ． １ ０ ｃ ｔ ． ２ ０ ０ ７ Ｏ
文章编号 １ ） ０ ０ ４ ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ ０ ７ １ ０ １ ５ ４ ０ ０ ７
修订日期 ： ２ ０ ０ ７ ０ １ ２ ２； ２ ０ ０ ７ ０ ６ ２ ９． 收稿日期 ： 国家自然科学基金资助项目 （ ） Ｎ ｏ ． ５ ０ ３ ９ ０ ０ ６ ３ 基金项目 ：
第１ ０期
等： 直线电机驱动的 Ｈ 型气浮导轨运动平台 刘 强 ，
１ ５ ４ １
。 由于直线电 机驱
动的气浮定位平台集中体现了直线电机和空气轴 承的优点 ， 真正实现了无摩擦和 “ 零传动 ” ， 被越来 越多地应用到如 光 刻 、 大面板液晶显示器制造和 检测 、 光学扫描检测等设备中 。 但是 ， 静 压 气 浮 导 轨 具 有 承 载 能 力 低、 刚度 低、 稳定性差等缺点 ， 常用的工程方法计算的气浮
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直线电机驱动的 犎 型气浮导轨运动平台
刘 强１， 张从鹏２
（ 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院 ，北京 １ 北方工业大学 机电工程学院 ， 北京 １ ） １． ０ ０ ０ ８ ３； ２． ０ ０ ０ ４ １
摘要 ： 建立了双边直线电机驱动的 Ｈ 型气浮精密定位平台 ， 对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同 分析了气膜压力场的分布情况 ， 采用 预 加 载 技 术 提 步运动控制等关键技术进行了研究 。 利用有限元法设计了气浮导轨 ， 高气浮导轨的承载能力和刚度等性能 。 静态特性实验表明 ， 开发的定位平台气浮导轨具有较高的 承 载 能 力 和 刚 度 ， 犡、 犢 导轨的竖直方向静刚度为 ２ ／ ／ 采用 ７ ６． ９Ｎ ｍ 和３ ３ ３． ３Ｎ ｍ。 设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同 步 控 制 器 ， μ μ 模糊控制实现 Ｐ 改进的控制器具有较高的同步控制精度 ， 速度同步精度比一 Ｉ Ｄ 参数的自适应在线整定 。 运动实验表明 ， 般同步控制提高了 ３ 倍多 ， 适合于具有强机械耦合的多电 机 同 步 运 动 控 制 。 Ｈ 型 直 线 电 机 气 浮 定 位 平 台 具 有 承 载 能 力 精度高的优点 ， 可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域 。 强、 关 键 词： 直线电机 ； 同步控制 ； 气浮导轨 ； 预加载 Ｈ 型运动平台 ； 中图分类号 ： ＴＨ １ ３ ３． ３ ５； Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ