基于单片机的气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与实现

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1、·电气与自动化·李永杰，等·基于单片机的气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与实现基于单片机的气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与实现李永杰，马希直(南京航空航天大学机电学院。江苏南京210016)摘要：为实现气体挤压膜悬浮平台的稳定悬浮，以STC12C5412AD单片机为核心，设计并制作了单自由度气体挤压膜悬浮平台控制系统的硬件电路，采用C语言编写了基于不完全微分PID控制算法的控制系统软件。利用所设计的控制系统进行试验，实现了气体挤压膜悬浮平台的稳定悬浮．达到了预期的效果。关键词：气体挤压膜平台；控制系统；稳定悬浮中图分类号：TP273文献标志码：B文章编号：1671—5276(2

2、015)05—0197．03DesignandImplementationofControlSystemofGasSqueeze-filmLevitationStagewithMCULIYongjie，MAXizhi(ColegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics．Nanjing210016。China)Abstract：Inordertoachievethestablesuspensionofgassqueeze一例mlevitationstage，

3、thecontrolsystemofgassqueeze—fjImlevi—tationstageisdesignedandtested．TheCPUofthehardwarecircuitisSTC12C5412ADMCU，andthesoftwareofthecontrolsystemiswri~eninClanguage．basedontheprincipleofincompletedifferentialPIDcontmlalgorithm．Anexperimentisfinishedbytheuseofthiscontrolsystem．andtheresultssho

4、wthatthecontrolsystemcouldmeettheneedsofstablesuspensionofgassqueeze·fjImlevitationstage．Keywords：gassqueeze—f¨mstage；controlsystem；stablesuspension0引言1控制系统工作原理气体挤压膜轴承是一种新型的支撑方式。气体挤压气体挤压膜悬浮平台控制系统主要由数字控制器模膜轴承利用压电陶瓷作为驱动部件，压电陶瓷在垂直工块、信号发生器模块、可变增益放大器模块、驱动电源模块作面方向的高频振动，使得间隙中的气体受到不断挤以及位移传感器5部分组成。气体挤

5、压膜悬浮平台控制压．被挤压的气体无法及时流通，压强升高，从而产生一系统原理图，如图1所示。定的承载力l-4]。气体挤压膜轴承不仅具备气体轴承的减磨性能优良、精度高、清洁无污染等优点，且无需外部气源，适应性好]。在纳米器件的制造，高精密测量装置．超净环境下的集成电路硅片生产等领域，气体挤压膜轴承具有十分广阔的应用前景。为了实现气体挤压膜轴承的稳定悬浮，设计一种适用于气体挤压膜轴承的驱动控制系统，是推动气体挤压膜轴图1气体挤压膜悬浮平台控制系统原理图承向生产实践发展的重要环节。文中设计的单自由度气体挤压膜悬浮平台控制系统以基于STC12C5412AD单片气体挤压膜悬浮平台工作过程中，

6、位移传感器将挤压机的数字控制器模块为核心，由可变增益放大器模块、信膜平台悬浮盘的悬浮高度信号反馈到数字控制器模块；数号发生器模块、驱动电源模块等硬件电路组成。采用不完字控制器根据反馈信号，经过控制算法的运算后，产生相全微分PID控制算法设计了控制系统软件，并对气体挤应的控制信号：该控制信号通过控制可变增益放大器模块压膜悬浮平台控制系统进行了试验研究。的增益倍数，从而改变信号发生器模块输入到驱动电源模块的正弦信号幅值，最终控制输入气体挤压膜悬浮平台压基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975138)作者简介：李永杰(1986一)，男，山东Et照人，硕士研究生，研究方向为现代流体

7、润滑理论及轴承技术。~V1achineBuilding8Automation，Oct2015，44(5)：197～199，208·197··电气与自动化·李永杰，等·基于单片机的气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与实现电堆的电信号幅值，改变平台激振盘的振幅，实现对平台1OdB增益起点连接方式．电路原理如图4所示。悬浮盘的悬浮高度控制要求9-10]。2控制系统硬件电路设计文中设计的控制系统硬件电路主要包括数字控制器模块、信号发生器电路、可变增益放大电路和驱动电源模块。2．1数字控制器