基于频率可调的高精密微动平台开发

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于频率可调的高精密微动平台开发查雄飞二〇一八年五月三十日分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501006广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于频率可调的高精密微动平台开发查雄飞指导教师姓名、职称：杨志军教授学科(专业)或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：二〇一八年五月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（Master

2、ofEngineeringScience）DevelopmentofHighPrecisionMicro-MotionStageBasedonFrequencyAdjustableCandidateL:ZhaXiongfeiSupervisor:Prof.YangZhijunMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,51000摘要摘要微电子制造业是

3、国民经济发展的基础，是国家综合制造能力和科技水平的体现。近年来，随着微电子技术、微加工微制造技术、纳米技术等微观领域的研究越来越深入，精密定位技术正面临着高速、高加速、高精度、大行程等诸多挑战。其中，微动平台作为精密定位技术的一项重要载体，其工作性能直接决定了定位系统的性能。传统微动平台的动态特性是固定的，系统的输出只需要考虑驱动信号的补偿即可，难以满足平台对动态响应的高要求。本文从机构原理和运动控制方法上进行创新，设计了一款动态特性在一定范围内连续可调的微动平台，降低了设计制造成本和加工精度要求，提高了平台的

4、动态适应性，并基于平台特性参数作非对称S型曲线运动规划，降低了平台的残余振动，提高了系统的定位性能。首先，本文在论述精密定位平台的研究背景与意义、国内外研究现状以及分析精密定位平台的关键技术与难点的基础上，引出提高平台动态适应性的重要性，明确本文的研究重点及方案。通过对谐波激励下的单自由度线性系统的强迫振动分析，提出两种在变频操作下匹配振动系统响应振幅的方法，调节激励力幅或者改变系统固有频率，MATLAB仿真结果表明调节方法在理论上的可行性。其次，基于应力刚化原理，设计了一种以弹片式柔性铰链作为导向机构的频率可

5、调微动平台。考虑柔性铰链根部应力集中带来的疲劳寿命问题，引入含外倒角的弹片式柔性铰链，并对称布置于微动台两侧。采用COMSOLMultiphysics和MATLAB联合仿真对张紧力调节机构进行参数优化，使柔性铰链的应力分布最小化，并对微动平台作静动态特性分析。然后，对微动平台进行定位控制，一方面搭建平台的控制系统模型，对音圈电机以及张紧力调节机构进行数学建模，并设计合理的反馈控制器；另一方面基于平台特性参数作非对称S型曲线运动规划，共同提高平台的定位性能。最后，搭建微动平台的性能测试实验系统，对平台进行阶跃响应

6、测试、固有频率测试、位移特性测试，分析平台的动态响应性能、固有频率调节范围以及静态位移特性，并通过固有频率匹配测试验证了调节固有频率匹配系统响应的可行性。关键词微动平台；柔性铰链；动态特性；应力刚化；频率可调IABSTRACTABSTRACTMicroelectronicsmanufacturingisthefoundationofthenationaleconomicdevelopmentandistheexpressionofcomprehensivemanufacturingcapacityandtech

7、nologylevelofthecountry.Inrecentyears,withtheresearchofmicroelectronictechnology,micromachiningandmicro-fabricationtechnology,nanotechnologyandothermicrofieldaredeepenedmoreandmore,theprecisepositioningtechnologyisfacingchallengesonhighspeed,highacceleration

8、,high-precision,large-strokeandmanyotheraspects.Besidesthat,asanimportantcarrieroftheprecisepositioningtechnology,inwaysofworkingperformance,themicro-motionstagedirectlydecidestheperformanceofpo