第

15

卷 　第

10

期

2007

年

10

月 　 　

　　　　　　　

　 光学 精密工程

　

Op tics and Precisio n Engineering

　　 　　　　　

Vol. 15

　

No . 10

　　

Oct . 2007

　　收稿日期

:2007

2

01

2

22 ;

修订日期

:2007

2

06

2

29.

　　基金项目

:

国家自然科学基金资助项目

(No . 50390063)

文章编号 　

1004

2

924X(2007) 10

2

1540

2

07

直线电机驱动的

H

型气浮导轨运动平台

刘 　强

1

,

张从鹏

2

(1.

北京航空航天大学 机械工程及自动化学院

,

北京

100083 ;2.

北方工业大学 机电工程学院

,

北京

100041)

摘要

:

建立了双边直线电机驱动的

H

型气浮精密定位平台

,

对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同

步运动控制等关键技术进行了研究 。利用有限元法设计了气浮导轨

,

分析了气膜压力场的分布情况

,

采用预加载技术提

高气浮导轨的承载能力和刚度等性能 。静态特性实验表明

,

开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度

, X

、

Y

导轨的竖直方向静刚度为

276. 9 N/

μ

m

和

333. 3 N/

μ

m

。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器

,

采用

模糊控制实现

PID

参数的自适应在线整定 。运动实验表明

,

改进的控制器具有较高的同步控制精度

,

速度同步精度比一

般同步控制提高了

3

倍多

,

适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制 。

H

型直线电机气浮定位平台具有承载能力

强 、

精度高的优点

,

可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域 。

关 　键 　词

:

直线电机

; H

型运动平台

;

同步控制

;

气浮导轨

;

预加载

中图分类号

: T H133. 35 ; TP273

　　文献标识码

:A

H

2

type air

2

bearing motion stage driven by linear motors

L IU Qiang , ZHAN G Co ng

2peng

(

1

. S chool of Mechanical Engi neeri ng and A utomation , B ei hang Universit y , B ei j i ng

100083

, Chi na;

2

. Col le ge of M echanical an d Elect ronical En gi neeri n g , N ort h Chi na

U ni versi t y of Technol o g y , B ei j i n g

100041

, Chi na)

Abstract : A n H

2type air bearing precise positioning stage driven by dual linear motors is established.

So me key techniques , incl uding design met ho d of air bearing slider and synchro nic

2motion control of

dual linear moto r s , are st udied. The air

2bearing sliders are designed by finite element method ,and the

p ressure field di st ributio n of gas fil m in t he bearing gap i s analyzed. Preload technolo gies are adop ted

to imp rove air bearing’s static perfo r mance. The static experimental result s show t hat t he p reload

slider s develop ed by finite element met ho d have high load capabilit y and stiff ness. The static stiff ness

in t he vertical directio n of

X

2slider is 276. 9 N/μm and the

Y

2slider is 333. 3 N/μm. The improved par2

allel st ruct ure synchro no us co nt roller based o n velocit y synchro

2error is designed , which adaptively

t unes t he PID parameter s o n

2line by the fuzzy controllers. The motion experimental results show that

t he imp ro ved synchro no us co nt roller ha s high synchro no us p recisio n , t he velocit y synchro no us p reci

2

sio n i s higher t hree times t han t he co mmo n parallel co nt rol , and will be suitable fo r multi

2motor syn2

chro nizatio n co nt rol wit h st ro ng mechanical co upling. The H

2type air bearing positioning stage driven

by linear mo to r s ha s high load capabilit y and high p reci sio n , and can be used in p reci sio n engineering

area such as p hotoetching machine and op tical inspecting equip ment s.

Key words : linear moto r ; H

2type motion table ; synchronous control ; air bearing slider ; preload