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基于材料选择的精密工作台控制系统研究

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第一章绪论

1.1引言

1.2国内外大行程超精密工作台发展现状及存在问题

1.3超精密工作台的控制方法

1.3.1经典控制方法

1.3.2现代控制方法

1.3.3智能控制

1.4直线电机控制技术发展简介

1.5层次分析法简介

1.6课题的提出及本文的目的

第二章超精密工作台的搭建及关键技术

2.1概述

2.2运动控制卡的比较与选择

2.2.1运动控制卡概述

2.2.2 NI PCI-7350系列运动控制卡

2.2.3 PMAC运动控制卡

2.2.4运动控制卡的比较与选择

2.3直线电机的选型计算

2.3.1直线电机简介

2.3.2主要直线电机厂商及其产品简介

2.3.3直线电机选型计算

2.4光栅尺的选择

2.4.1主要光栅尺厂商介绍

2.4.2光栅尺参数比较与选择

2.5本章小结

第三章经典控制系统的仿真

3.1超精密工作台进给系统数学模型的建立

3.1.1直线电机伺服单元数学模型

3.1.2影响系统伺服性能的扰动因素及其补偿方法

3.1.3进给系统数学模型

3.1.4 PID调节器参数的实验整定方法

3.2控制系统的仿真结果

3.2.1单位反馈PID控制

3.2.2带加速度前馈的PID控制

3.2.3位置环速度环双反馈PID控制

3.2.4纯滞后系统Smith预估控制

3.3本章小结

第四章控制方案的优化选择

4.1层次分析法简介

4.2控制系统的评价与选择

4.2.1递阶层次结构的建立

4.2.2构造判断矩阵,计算权重并进行一致性检验

4.2.3合成权重的计算

4.3本章小结

第五章超精密工作台控制系统的设计

5.1概述

5.2信号连接及引脚定义

5.2.1运动I/O连接器

5.2.2数字I/O连接器

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1本文结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢

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摘要

随着科学的发展和机械加工技术的进步,高精度和高分辨率的精密工作台系统在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。在已研制的精密及超精密工作台中,往往整体性能存在缺陷,同时对环境的要求严格。通过对国内外大行程超精密平台的比较分析以及前人的论述,可得出如下结论:陶瓷材料、空气静压导轨、直接驱动技术是超精密平台的关键技术,比其他方式更有优越性。而开放式数控系统则是必然的选择。 本文通过对精密平台支撑技术的研究,决定采用直线电机闭式空气静压导轨、开放式精密光栅尺、高性能运动控制卡等搭建整个运动系统,并通过计算和分析,确定了各部件的型号,满足系统的精度和速度等要求。 在控制领域目前应用最广泛的控制方法就是经典的PID控制及其改进方案。从工作台特性、负载变化、扰动和经济因素等多方面考虑,采用PID控制并在单位反馈PID控制、带加速度前馈的PID控制、位置环速度环双环反馈PID控制、Smith预估控制四种控制方案下通过计算机仿真,分析了气浮导轨在分别采用不同材料时对系统控制效果的影响,然后采用层次分析法建立了综合评价控制系统的递阶层次结构模型并进行优化选择计算,确定了最佳的控制方案。 最后,文章论述了工作台控制系统各I/O接口与外部设备的信号连接和运动控制卡引脚定义,为后续工作打下基础。

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