三维电动平移台的精确定位与运动控制文献综述

 2022-10-30 10:11:51

文献综述(或调研报告):

目前,国外对精密电动平移台的研究已经非常成熟,对各种驱动和传动方式的研究都比较深入,而且研究方向已从单自由度转向多自由度,多自由度产品也逐渐市场化。[1]美国、德国、日本等国都已经研制出了比较成功的高性能多维电动平移台。我国从70年代中期开始研制精密运动平台,可见对于超精密运动平台的研究水平明显落后于国外,而且多局限于单自由度,多处于各大高校、中科院等科研机构的实验室研究阶段,所能达到的精度和可靠性都低于国外同类产品。

我国前期研制出的微动平台多以压电驱动和柔性铰链的放大缩小作用为基础,其中比较有代表性的要数我国学者巩娟等研究的用压电陶瓷和柔性铰链制成的X,Y,Z三维微动平台,可实现0.01mu;m的分辨率。[2]而现阶段国内研究较为广泛的是磁悬浮微动平台,和上述能达到纳米级别的基于柔性铰链的微动平台不同的是,它可以在大范围行程内实现纳米级定位,且具有非接触,无摩擦,无磨损的特点。[3]

精密位移和精确定位是现代机械电子设备技术领域的关键技术之一。[4]精密位移平台多用于高精密仪器对准和精密装调,在空间站、载人飞船、航天飞机和遥感卫星等航天器中配置的电子与光学设备中也有应用,提高遥感器件的成像质量。此外,在医学领域,精密电动平移台用于细胞的搬动、分离、组合,对蛋白质分子进行操作等。由此可见,精密电动平移台特别受业内人士重视。

普通的精密位移平台多用丝杆和导轨进行传动,近年来,为提高位移精度,在驱动上使用高精度滚珠丝杆的比率有很大的提高。[5]随着科学的进步和技术的发展,很多领域对电动平移台的性能提出了更高的要求,精密电动平移台朝着多自由度,智能化,微纳米级的方向发展。

运动控制器作为三维电动平移台控制系统的核心,决定了整个系统的性能和功能。随着运动控制技术的不断进步和完善,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经广泛运用于各个领域。目前,运动控制器从结构上主要分为如下三类:

(1)基于计算机标准总线的运动控制器,它是把具有开放体系结构,独立于计算机的运动控制器与计算机相结合构成。[6]例如美国Delta tau公司的PMAC多轴运动控制器。

(2)Soft型开放式运动控制器,它提供给用户最大的灵活性,它的运动控制卡装在计算机中,通过标准化通用接口与外部驱动相连,用户利用开放的运动控制内核开发所需的运动控制系统,例如德国PA公司研制的PA8000NT。

(3)嵌入式结构的运动控制器,这种运动控制器把计算机嵌入到运动控制器中,它能独立运行,并且可以通过Internet进行远程控制。[7]例如固高科技公司的GU嵌入式运动控制平台系列产品。

运动控制器按特点可分为三类[8]

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