宏微双驱动大行程纳米定位系统误差建模与振动分析

"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。