完全无接触气浮输运与定位控制

摘要

随着科学技术的不断发展，世界进入了以电子信息产业为主导的新经济时代，电子信息行业逐渐成为国民经济的支柱行业。而半导体技术则是电子信息产业的核心，对应的半导体晶圆、太阳能电池板、液晶面板等基础部件的需求量也大大增加。由于半导体材料本身易碎易裂，所以半导体晶圆等基础部件的输送过程是生产工艺的一个重要环节。传统的搬运方式直接接触产品表面，极易造成产品损伤影响产品的品质，已经无法满足行业发展要求。因此非接触式的输运方式成为了最理想的替代搬运方式，而气浮式输运技术凭借清洁无污染、不发热、不生磁、对物体表面影响甚微等优点成为非接触式输运领域的主流。
　　但就目前而言，现有的气浮式非接触运输方式并非真正意义上的完全非接触，仍需要通过增设额外的机构装置进行限制定位、提供动力。本文介绍了一种基于静压气浮与气流粘性牵引复合作用的完全无接触气浮输运平台，运用基于模糊PID算法为核心的智能复合控制器对物体在一维方向上的输运与定位进行了深入研究。
　　本课题的主要研究内容包括以下几个部分：
　　1.气浮导轨粘性力驱动工作原理的理论分析及仿真研究。利用Sloidworks建立流场模型，在Fluent仿真软件中对气浮导轨进行气膜压力分布和粘性力仿真计算，了解流场的流动现象。依据纳维-斯托克斯方程建立导轨粘性力数学模型，对比Fluent仿真结果验证数学模型的合理性。
　　2.设计导轨气膜压力分布测量与粘性力测量试验。通过试验对比Fluent仿真结果，验证理论模型的可靠性以及在实际应用的可行性，并对理论模型进行优化，为下一阶段系统控制打下理论基础。3.基于气浮输运原理确定了控制信号并设计基于Bang-Bang控制和模糊PID控制的智能复合控制器，用于气浮无接触输运的控制。利用MATLAB结合基于粘性力公式建立的系统传递函数，构建无接触输运控制系统。通过对比智能复合控制器与常规PID控制器控制效果，验证智能复合控制器作为输运系统控制器的方案是否可行。
　　4.搭建气浮运输系统实验装置并对控制系统进行调试实验。对整体控制系统硬件设计及控制系统软件功能进行阐述。通过气浮输运系统实验装置对控制器进行性能测试，验证基于静压气浮与气流粘性牵引复合作用的气浮无接触输运控制系统的可行性。

目录

声明

第 1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 非接触输运技术的国内外研究现状

1.3 基于气流粘性力方式构建的非接触输运系统

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第2章 气浮无接触输运原理及仿真建模分析

2.1引言

2.2 气浮导轨的工作原理

2.3 基于FLUENT的气浮导轨单元压力分析仿真研究

2.4 数学建模

2.5 本章小结

第3章 导轨气膜压力分布及粘性力测量试验

3.1 引言

3.2 气膜压力分布测量试验

3.3 粘性力测量试验

3.4 本章小结

第4章 智能复合控制策略研究

4.1 引言

4.2 控制信号的选择

4.3 数字PID控制器原理

4.4 模糊控制器原理

4.5 智能复合控制器设计

4.6 基于MATLAB的智能复合控制系统仿真研究

4.7 本章小结

第5章 无接触输运实验研究

5.1引言

5.2 系统结构

5.3 系统硬件设计

5.4 系统软件设计

5.5 系统实验

5.6 本章小结

第6章总结和展望

6.1 总结

6.2 不足和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢