虚拟样机技术在磁悬浮精密定位平台中的机电一体化研究

摘要

本文综述了微电子制造设备发展趋势及其精密工作台如光刻机工作台的国内外发展现状及磁悬浮技术研究进展，概述了磁悬浮技术及直线电机驱动的工作原理，介绍了虚拟样机技术，详细研究了了虚拟样机的方法，阐明了应用虚拟样机技术研制磁悬浮精密定位工作台的现实意义。 将磁悬浮技术和直线驱动技术相结合，采用虚拟样机技术手段设计研究了一种新型磁悬浮精密定位工作台，它是针对微电子行业IC芯片制造设备如光刻机而研制的快速步进、精密定位机构，是创新性研究。利用磁悬浮技术将工作台悬浮在倒F导轨上，消除了导轨的摩擦和磨损；直线电机无接触驱动实现了工作台的精密定位。运用虚拟样机技术，采用CAD/CAE/CAM集成软件Ugnx2.0对磁悬浮定位工件台进行三维概念设计，机构运动分析和干涉检查，结构布局合理。 应用ADAMS/Controls模块与MATLAB联合仿真技术对磁悬浮精密定位平台原理样机机械系统与控制系统采取了联合设计、调试，并进行了机电一体化仿真，最终确定了最优的方案。 制作了磁悬浮精密定位平台的原理样机，并在不同状态下进行了原理样机直线定位运动的对比试验。结果表明，磁悬浮状态下的定位精度要高于未悬浮而有摩擦的状态下的定位精度，磁悬浮结构有利于提高平台的定位精度。磁悬浮状态下该原理样机的定位精度能达到0.1mm。 把实验数据与虚拟样机理想数据进行比较，充分体现了虚拟样机技术的先进性和正确性以及磁悬浮定位平台原理的合理性，为机电一体化提供了一条新的思路。

目录

文摘

英文文摘

声明及长春光学精密机械与物理研究所硕士学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 精密定位平台及磁悬浮技术的研究与发展现状

1.2.1国外定位平台的技术现状

1.2.2我国定位平台的技术现状

1.3虚拟样机技术

1.4本论文的研究内容及研究方法

1.4.1课题来源

1.4.2本论文的研究内容及研究方法

1.4.3本论文的研究方法

1.5本章小结

第二章磁悬浮技术和直线电机驱动原理及磁悬浮工作台概念设计

2.1引言

2.2磁悬浮技术的工作原理

2.2.1磁路与磁吸力的计算

2.2.2磁悬浮系统的磁力特性

2.2.3磁悬浮轴承的结构原理

2.2.4磁悬浮列车的结构原理

2.3直线电机驱动原理和分类

2.3.1直线电机的原理和分类

2.3.2直线电机的优缺点分析

2.4磁悬浮精密工作台虚拟样机系统设计方案

2.5工件台原理样机设计

2.6本章小结

第三章运用虚拟样机技术进行控制设计及运动仿真

3.1虚拟样机技术简介

3.2虚拟样机仿真技术研究范围

3.3 ADAMS与MATLAB联合控制仿真简介

3.4运用ADAMS与MATLAB对磁悬浮工作台直线电机定位进行仿真

3.4.1建立ADAMS模型

3.4.2确定ADAMS的输入和输出

3.4.3构造控制系统方框图

3.4.4机电系统联合仿真分析及结果

3.4.5系统性能的改善

3.4.6该仿真过程的难点和应该注意事项

3.5本章小结

第四章磁悬浮精密定位平台的原理样机制作及试验

4.1原理样机的设计与制作

4.2悬浮间隙的控制

4.3直线电机的PID伺服控制分析

4.4直线进给电机的控制

4.4.1 PMAC特性

4.4.2控制系统结

4.4.3 PID分析与参数设置

4.5原理样机的直线定位试验比较

4.5.1非悬浮状态下平台的直线定位试验

4.5.2悬浮状态下平台的直线定位试验

4.5.3减小超调量

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1研究成果和结论

5.2本论文的创新点

5.3进一步研究的改进

5.3.1对虚拟样机技术研究的展望

5.3.2对磁悬浮精密定位平台的展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

作者简历