面向精密运动平台结构设计的多领域建模软件研究与开发

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1、分类号学号M201270466学校代码10487密级硕士学位论文面向精密运动平台结构设计的多领域建模软件研究与开发学位申请人：任岚晖学科专业：机械电子工程指导教师：李小清副教授答辩日期：2015年05月13日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDevelopmentofMulti-domainModelingToolforStructureDesignof

2、PrecisionPositionStagesCandidate:RenLanhuiMajor:MechatronicsEngineeringSupervisor:Asso.Prof.LiXiaoqingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMay13,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写

3、过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文不保密□。属于（请在以上

4、方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要精密运动平台被广泛应用于IC制造装备、精密测量和精密机械加工等领域。气浮支承刚度非线性、电机驱动推力波动及隔振系统振动衰减率等关键组件的动态特性及其相互间的耦合效应已成为影响精密运动平台系统精度的主要因素。为探明各关键组件间存在的动态耦合特性并实现精密运动平台多领域建模与仿真，本文深入研究了精密运动平台系统的运动精度建模与分析方法，并基于上述方法，研发了一款面向精密运动平台结构设计的多领域建模软件。实现精密运动平

5、台精度建模的关键是，如何在系统级模型中最大程度的保持各关键组件特性，同时还能反映各关键组件间的耦合关系。本文基于多刚体动力学建模理论，提出以多刚体动力学为中心的基本组件及其他关键组件的模型表述方法，并选用支持多领域建模和重用的Modelica语言，构建了包含气浮、电机、减振、控制等关键组件的精密运动平台动力学模型库，基于上述模型库，可将系统级模型转换成可供求解的中间文件。气浮单元布局是影响精密运动平台动态精度特性的关键因素，因此推导了气浮支承系统的模板规则，实现了构型参数化建模。为评价精密运动平台静态精度特性，

6、研究了造成H型和十字型运动平台存在静态误差的主要因素，并推导了精密运动平台静态误差计算式。最后，基于C++Builder2009，完成软件各模块算法设计。该软件具有构型参数化建模、静态误差计算、动态误差分析和系统级建模等功能。以H型精密运动平台的设计与仿真过程为样例，首先对比本文开发的软件与ADAMS软件的仿真结果，求解结果一致，验证软件求解正确性。并揭示了滑台质心位置与双边驱动不同步是影响运动平台动态精度的关键因素。搭建包含气浮单元、电机驱动单元和控制系统的精密运动平台系统级模型，求解得到滑台几何中心点在X、

7、Y两方向的位移，在增加电机控制单元后，滑台扫描方向位移的稳态误差显著减小。关键词：精密运动平台多领域模型库静态误差参数化建模I华中科技大学硕士学位论文AbstractPrecisionpositionstagesarewidelyusedintheareasofICmanufacturingequipment,precisionmeasuringandprecisionmachineprocessing.Thedynamicperformanceofthecirticalcomponents,suchasthe

8、nonlinearstiffnessofaerostaticbearing,thethrustrippleofmotordrivingandthevibrationtransmissibilityofisolationsystem,includingcouplingeffectbetweenthemhavebecomethecriticalfactorsthataffectthesys