超精密氣浮定位工作臺技術

內容概要

　　本書的主要包括超精密氣浮支承技術和精密定位工作臺電磁直接驅動的基本理論和技術；超精密氣浮支承的建模、有限元分析方法及其數(shù)值計算的理論與方法；超精密氣浮定位工作臺的動力學建模及其動態(tài)特性分析；超精密定位工作臺的定位運動分析及其控制方法研究?！　”緯勺鳛閿?shù)字制造設備、精密加工設備、精密測量儀器、生物醫(yī)藥裝備等行業(yè)科研技術人員的參考書，也可作為高等院校相關專業(yè)的研究生教材。

書籍目錄

0 緒論0.1 超精密氣浮定位工作臺簡介0.2 超精密定位工作臺的發(fā)展概況0.2.1 超精密定位工作臺的發(fā)展過程0.2.2 國外超精密定位工作臺技術的現(xiàn)狀0.2.3 國內超精密定位工作臺技術的現(xiàn)狀0.3 超精密定位工作臺的關鍵技術0.3.1 定位工作臺的直線導向技術0.3.2 定位工作臺的控制技術0.3.3 定位工作臺的驅動技術0.3.4 定位工作臺的測量技術0.3.5 定位工作臺的材料0.4 本書的研究目的和主要內容0.4.1 本書的研究目的0.4.2 本書的主要內容1 永磁同步直線電動機的基本原理及其控制1.1 永磁同步直線電動機的結構和工作原理1.1.1 基本結構1.1.2 工作原理1.2 直線電動機的建模與分析1.2.1 永磁同步直線電動機的數(shù)學模型1.2.2 永磁同步直線電動機中的磁場1.2.3 永磁同步直線電動機的電磁參數(shù)1.2.4 永磁同步直線電動機的d-a印軸模型和推力1.3 交流永磁同步直線電動機的控制1.3.1 傳統(tǒng)控制策略1.3.2 現(xiàn)代控制策略1.3.3 智能控制策略1.4 本章小結2 氣浮軸承模型及有限元分析法2.1 靜壓氣浮支承潤滑系統(tǒng)概述2.1.1 靜壓氣浮支承潤滑系統(tǒng)的組成2.1.2 靜壓氣浮軸承的節(jié)流形式2.1.3 靜壓氣浮軸承的節(jié)流原理2.1.4 氣浮導軌的類型2.2 氣浮軸承潤滑問題的描述2.2.1 小孔流量節(jié)流公式2.2.2 雷諾方程式2.2.3 氣浮軸承潤滑問題的變分表示法2.3 用有限元法解氣浮軸承的靜壓潤滑問題2.3.1 有限元的劃分與插值函數(shù)2.3.2 氣浮軸承潤滑方程的有限元法2.3.3 有限元的計算過程2.4 氣浮軸承的靜壓潤滑穩(wěn)定性2.4.1 影響氣浮軸承穩(wěn)定性的因素2.4.2 提高氣浮軸承穩(wěn)定性的措施2.5 本章小結3 氣浮軸承動力學建模與參數(shù)辨識3.1 氣浮軸承的主要性能參數(shù)3.1.1 氣浮軸承的靜態(tài)特性及主要參數(shù)3.1.2 氣浮軸承的動態(tài)特性及主要參數(shù)3.2 氣浮軸承性能參數(shù)的仿真計算與辨識3.2.1 氣浮軸承性能參數(shù)的辨識方法3.2.2 矩形氣浮軸承的特性及主要參數(shù)辨識3.2.3 環(huán)形氣浮軸承的特性及主要參數(shù)辨識3.3 氣浮軸承參數(shù)的實驗辨識方法3.3.1 靜態(tài)測試方法3.3.2 動態(tài)測試方法3.4 本章小結4 氣浮軸承動力學性能參數(shù)分析4.1 結構形狀對性能參數(shù)的影響4.1.1 分析方法4.1.2 仿真模型4.1.3 有限元計算結果與分析比較4.1.4 結構形狀與性能參數(shù)之間的關系4.2 結構設計對性能參數(shù)的影響4.2.1 節(jié)流孔直徑的影響4.2.2 節(jié)流孔高度的影響4.2.3 壓力腔高度的影響4.2.4 壓力腔寬度的影響4.2.5 壓力腔長度的影響4.2.6 結構設計參數(shù)與性能參數(shù)之間的關系4.3 工藝參數(shù)對性能參數(shù)的影響4.3.1 氣膜厚度的影響4.3.2 供氣壓力的影響4.3.3 工藝參數(shù)與性能參數(shù)之間的關系4.4 本章小結5 超精密氣浮定位工作臺動力學特性研究5.1 氣浮定位工作臺的數(shù)學模型5.1.1 氣浮定位工作臺的結構5.1.2 氣浮定位工作臺的動力學模型5.2 動力學參數(shù)的求解5.3 動態(tài)特性的仿真分析5.3.1 系統(tǒng)幅值的仿真計算5.3.2 固有頻率的計算5.3.3 外力對定位工作臺動態(tài)特性的影響5.3.4 剛度對定位工作臺動態(tài)特性的影響5.4 超精密氣浮定位工作臺動態(tài)參數(shù)的實驗研究5.4.1 非氣浮狀態(tài)下的動態(tài)特性實驗結果與分析5.4.2 氣浮狀態(tài)下的動態(tài)特性實驗結果與分析5.4.3 基座中心至氣浮軸承中心的傳遞函數(shù)分析5.4.4 y向直線電動機的定子至動子的傳遞函數(shù)分析5.4.5 頻率對剛度參數(shù)靈敏度的影響5.4.6 直線電動機系統(tǒng)多參數(shù)靈敏度分析與優(yōu)化5.5 本章小結6 超精密氣浮定位工作臺定位精度研究6.1 氣浮定位工作臺直線運動的數(shù)學模型6.2 混合趨近律的滑模變結構控制模型的建立與仿真6.2.1 滑動模態(tài)及滑模變結構控制的基本概念6.2.2 滑模變結構控制仿真模型的建立6.2.3 基于混合趨近律的滑模變結構控制方法6.2.4混合趨近律的滑模變結構控制方法的仿真6.3 定位工作臺輸出位移的仿真實驗與精度分析6.3.1 輸出位移的仿真實驗6.3.2 控制精度的分析6.4 超精密氣浮定位工作臺的定位精度實驗6.4.1 實驗系統(tǒng)及測量系統(tǒng)6.4.2 水平直線度的實驗結果與分析6.4.3 垂直直線度的實驗結果與分析6.4.4 非氣浮狀態(tài)下的定位精度實驗結果與分析6.4.5 氣浮狀態(tài)下的定位精度實驗結果與分析6.5 本章小結參考文獻

章節(jié)摘錄

　　0 緒論　　超精密定位工作臺是超精密機械中的一種典型部件，它為微光刻技術、數(shù)控加工、生物技術、納米表面形貌測量等領域提供了一個能夠實現(xiàn)超精密定位和精確運動的載物平臺。隨著信息時代的到來，微細加工技術和生物技術的特征尺寸越來越小，逐步進入亞微米級乃至納米級、亞納米級精度，超精密定位工作臺的關鍵技術如驅動技術、導向技術和控制技術都在逐步提高，并且隨著所需精度的提高，超精密工作臺的動力學問題顯得越來越重要。目前，國內外許多學者根據(jù)不同的研究重點開發(fā)了多種精密定位實驗工作臺，對超精密定位工作臺的關鍵技術開展了相關的研究，推動了超精密定位工作臺技術的發(fā)展和進步。　　0.1 超精密氣浮定位工作臺簡介　　微光刻技術、數(shù)控加工、生物技術等領域的迅速發(fā)展，對精密定位工作臺的精度、運行速度、行程、自動化程度和可靠性等提出了更高的要求。這些要求并非是孤立的，其中一些要求往往是相互聯(lián)系和相互制約的。例如：定位工作臺的高速度和高精度要求是相互矛盾的，為了滿足高精度的要求，定位工作臺的最小運動量（或位移分辨率）要越小越好，而在伺服系統(tǒng)調速比有限的情況下，定位工作臺的速度又不能隨意地提高；長行程和高精度的要求也是矛盾的，行程越長，意味著在同樣精度要求規(guī)定位工作臺中的導軌直線度誤差就越敏感，對零部件的加工和安裝精度要求也更勾苛刻，即定位工作臺的行程受到現(xiàn)有加工和安裝精度的限制；自動化程度與可靠性也是一對矛盾，自動化程度越高，系統(tǒng)越復雜，實現(xiàn)高的可靠性就越Ⅲ難，間時，高精度、高速度、長行程對控制系統(tǒng)的實現(xiàn)也提出了挑戰(zhàn)。而在這眾多的矛盾中，最突出的是如何消除精密定位工作臺運動部件間的摩擦。解決這一矛盾的有效方法之一就是采用氣浮技術，因而也就出現(xiàn)了基于氣浮支承和直線電動機驅動技術的超精密、長行程氣浮定位工作臺。

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