Design and Control of a Compact Lightweight Planar Positioner Moving Over a Concentrated-Field Magnet Matrix

Nguyen V. H.; Kim W.-j.

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Design and Control of a Compact Lightweight Planar Positioner Moving Over a Concentrated-Field Magnet Matrix

机译：在集中磁场矩阵上移动的紧凑型轻型平面定位器的设计和控制

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In this paper, a single-moving-part planar positioner with six coils is designed and implemented. A concentrated-field permanent-magnet matrix is employed as the stationary part. The moving platen has a compact size (185.4 mm × 157.9 mm), light mass (0.64 kg) and low-center-of-gravity. The moving platen carries three planar-motor armatures with two phases per motor. Force calculation is based on the Lorentz force law and conducted by volume integration. In order to deal with the nonlinearity due to trigonometric dependencies in the force-current relation, modified proportional-integral-derivative (PID) and lead-and-PI compensators are designed with computed currents to close the control loop and obtain the desired performances. Experimental results verified the commutation law and the force calculation. The new design with only six coils allows for simplification of the control algorithm and reduced power consumption of the positioner. The maximum travel ranges in x, y, and the rotation about the vertical axis are 15.24 cm, 20.32 cm, and 12.03°, respectively. The positioning resolution in x and y is 8 μm with the rms position noise of 6 μm. The positioning resolution in rotations about the vertical axis is 100 μrad.

机译：本文设计并实现了一个带有六个线圈的单动部分平面定位器。集中磁场永久矩阵被用作固定部分。活动压板尺寸紧凑（185.4 mm×157.9 mm），重量轻（0.64 kg），重心低。动压板带有三个平面电动机电枢，每个电动机具有两个相位。力的计算基于洛伦兹力定律，并通过体积积分进行。为了处理由于三角关系在力-电流关系中引起的非线性，设计了带有计算电流的改进比例积分微分（PID）和超前-PI补偿器，以闭合控制回路并获得所需的性能。实验结果验证了换向律和力的计算。仅有六个线圈的新设计可简化控制算法并降低定位器的功耗。最大行程范围x，y和绕垂直轴的旋转分别为15.24 cm，20.32 cm和12.03°。 x和y的定位分辨率为8μm，均方根位置噪声为6μm。绕垂直轴旋转的定位分辨率为100μrad。

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来源
《Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on》 |2013年第3期|p.1090-1099|共10页
作者
Nguyen V. H.; Kim W.-j.;
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作者单位

Texas A&M University, College Station, USA;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Arrays; Coils; Force; Induction motors; Synchronous motors; Transmission line matrix methods; Vectors; Concentrated-field magnet matrix; multiaxis positioner; permanent-magnet actuator; precision planar positioner;

机译：数组;线圈;力;感应电动机;同步电动机;传输线矩阵法;向量;集中磁场矩阵多轴定位器永磁执行器精密平面定位器;

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