宏微双驱动大行程纳米定位系统误差建模与振动分析
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"大行程纳米定位系统若干关键技术研究"
大行程纳米定位系统是现代科技发展中的核心技术,尤其在集成电路制造、超精密加工、精密仪器以及生物医学工程等领域中扮演着重要角色。随着技术的进步,对定位行程和精度的需求日益提高,大行程纳米定位技术成为精密工程研究的焦点。
本文主要围绕李鸣鸣博士在其导师龚振邦和孙麟治的指导下,针对大行程纳米定位系统进行的研究工作展开。研究内容包括设计并构建一套宏微(双)驱动的大行程纳米定位实验系统,以及对系统的关键技术如误差建模、振动测试分析、动态建模及特性分析等进行深入研究。
首先,该系统采用交流伺服电机和滚珠丝杠螺母机构作为宏动台,压电陶瓷与柔性铰链机构构成微动台,纳米光栅测量装置实现全闭环的位置反馈,形成了宏微双驱动的结构。上位机采用PC,通过VB6.0编程实现宏微定位的集成控制,利用单频激光干涉仪进行定位误差的测量和系统精度标定。系统达到100mm的行程、10nm的定位分辨率和20mm/s的运动速度。
在误差建模方面,研究了定位系统中各种误差的来源和特点,如几何误差、热变形误差等,并根据误差的时变性和补偿方法,建立了包括插值模型、多项式模型、RBF神经网络模型和灰色系统GM(t, t)在内的多种静态和动态误差模型。通过理论分析和仿真,RBF神经网络模型被证明是较好的静态误差模型,通过二维优化方法解决了过拟合问题。动态误差则采用GM(1, 1)灰色模型进行建模,该模型能够同时考虑系统误差和随机误差,且具有数据需求少、计算量小和补偿速度快的优势。
对于影响定位精度的振动问题,研究涵盖了外部环境振动和定位系统自身的动态特性。振动分析有助于理解系统性能并提出减振措施,以提高定位精度。实验表明,采用改善背景值的GM(1, 1)模型可以提升灰色预测模型的精度,进一步优化动态定位误差的补偿效果。
这篇博士学位论文深入探讨了大行程纳米定位系统的硬件设计、误差补偿方法、振动分析等多个关键环节,为提高定位系统的性能提供了理论基础和技术手段。这些研究成果对于推动相关领域的发展,尤其是提升精密定位设备的性能具有重要意义。
2021-08-17 上传
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山喵
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