一种磁悬浮平面电机驱动的微位移精密定位平台研究

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1、硕士学位论文一种磁悬浮平面电机驱动的微位移精密定位平台研究RESEARCHONMICRODISPLACEMENTPOSITIONINGPLATFORMDRIVENBYMAGNETICALLYLEVITATEDPLANARMOTORS李明哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP212.9学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文一种磁悬浮平面电机驱动的微位移精密定位平台的研究硕士研究生：李明导师：原桂彬教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TP212.9U.D.C.:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMICRODISPLACEMENTPOSITIONINGPLATFORMDRIVENBYMAGNETICALLYLEVITATEDPLANARMOTORSCandidate：LiMingSupervisor：Prof.YuanGuibinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMete

3、rEngineeringAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在集成电路制造业、精密加工行业以及精密测量行业对多自由度精密定位平台的需求和要求都不断增加，对精密定位平台的定位精度、自由度维数、分辨力以及加速度等性能都提出了更高的要求。本文设计了一种改进Y形磁悬浮精密定位平台解决了气浮型定位平台不

4、能在真空环境下工作的问题，同时保证了较高的运动性能。首先，综合国内外已有的磁悬浮定位平台提出了改进Y形磁悬浮微位移精密定位平台，用Halbach永磁阵列取代单个磁钢，将提供悬浮力和驱动力的线圈固定在同一平面上，增加了定位平台的行程同时也加大了控制难度。同时对定位平台动子进行了仿真，仿真结果表明动子的一阶固有频率为446.77Hz，加载后动子中央最大形变量为59nm。其次，对定位平台驱动单元的通电线圈建立了电磁力解析模型。通过对线圈的一维至三维建模获得了通电线圈在Halbach永磁阵列空间磁场中的受力解析模型；根据解析模型的结果，结合本课题所采用的线圈阵列

5、是一维2相线圈阵列，解算得到了各通电线圈的电流分配结果；然后对定位平台进行了位置解耦，最终得到了各线圈电流和个自由度位移之间的对应关系。再次，设计了系统运动控制板卡，板卡的主要资源有由DSP和FPGA组成的主控单元、3路模拟量输入接口、6路模拟量输出接口以及3路光栅尺信号输入接口，并编写了系统的运动控制程序以及人机交互上位机；对定位平台在运动过程中可能会产生的系统误差进行了定量分析，并给出了补偿措施。最后，搭建了实验平台，对本文所设计的改进Y形磁悬浮精密定位平台样机进行了整机实验。实验表明定位平台样机的闭环定位噪声为±0.5μm；定位平台动子z向平动的位

6、移分辨力优于2μm，定位平台动子绕y轴转动的角位移分辨力优于5″，绕x轴转动的角位移分辨力优于7″；定位平台动子空载最大加速度可达9.734m/s2，当动子负载2kg时定位平台的最大加速度为6.502m/s2。关键词：微位移；定位平台；磁悬浮；平面电机-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInintegratedcircuitmanufacturing,precisionmachiningindustryandprecisionmeasurementindustry，theneedsandrequirementsareincreasingf

7、ortheMulti-DOFprecisionpositioningplatform.Higherrequirementsareputforwardforpositioningaccuracy,DOFdimension,resolutionandaccelerationperformanceofprecisionpositioningplatform.ThispaperpresentsanimprovedY-shapedmagneticlevitationprecisionpositioningplatformtosolvetheproblemofflo

8、tation-typepositioningplatformcannotwork