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超精密六自由度微动台耦合动力学建模及分析 被引量:10
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作者 蒋毅 朱煜 +2 位作者 杨开明 李鑫 余东东 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第30期5451-5457,共7页
多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)运动控制系统中,自由度耦合是影响系统运动性能的关键因素。因此,为实现运动系统高速度下纳米级定位精度和轨迹跟踪精度,需要从控制对象内部的耦合机理出发,建立耦合模型,并在此基础上建立... 多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)运动控制系统中,自由度耦合是影响系统运动性能的关键因素。因此,为实现运动系统高速度下纳米级定位精度和轨迹跟踪精度,需要从控制对象内部的耦合机理出发,建立耦合模型,并在此基础上建立动力学模型,实现系统内部的力学解耦。该文研究对象是一种无接触式六自由度微动台,此微动台有8个洛伦兹电机提供驱动力,且竖直方向具有重力平衡装置。基于微动台的结构模型和控制要求,建立了2类主要耦合模型:位置相关耦合和力相关耦合。其中,位置相关解耦连接控制点到质心,力相关解耦连接质心到各驱动力。最后进行了实验验证,实验结果证明了动力学模型的可行性和有效性。 展开更多
关键词 多输入多输出系统 动力学建模 位置相关耦合 力相关耦合
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粗微叠层式硅片台数据驱动MIMO前馈控制
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作者 刘涛 杨开明 朱煜 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第24期9834-9843,I0027,共11页
光刻机中承载晶圆进行图像曝光的硅片台是一个典型的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)超精密运动系统,MIMO前馈控制技术是抑制各自由度耦合误差的关键环节。针对光刻机粗微叠层式结构的硅片台,文中基于主从控制架构,提出一... 光刻机中承载晶圆进行图像曝光的硅片台是一个典型的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)超精密运动系统,MIMO前馈控制技术是抑制各自由度耦合误差的关键环节。针对光刻机粗微叠层式结构的硅片台,文中基于主从控制架构,提出一种微动台和粗动台MIMO前馈控制方法。该前馈采用线性参数化结构,以微分单元为基函数,将控制器的参数整定问题转化为一个凸优化问题,进而给出前馈控制器的全局最优参数整定方法以及参数迭代过程中梯度的无偏估计方法。通过硅片台多场曝光轨迹跟踪实验,验证所提参数整定方法的快速收敛性能。实验结果表明,所提方法能够有效减小微动台多自由度耦合的轨迹跟踪误差和粗微之间的相对误差。 展开更多
关键词 多输入多输出(MIMO)系统 MIMO前馈 数据驱动 参数整定 粗微叠层 硅片台 超精密运动系统
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无铁心永磁同步直线电机推力谐波分析与消除 被引量:20
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作者 支凡 张鸣 +1 位作者 朱煜 李鑫 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期2101-2109,共9页
直线电机的推力波动较大,限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一,消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型,揭示了结构参... 直线电机的推力波动较大,限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一,消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型,揭示了结构参数与推力波动间的关系,并提出了低推力波动直线电机的设计准则。将设计准则应用于一类直线电机的优化设计中,提出了消除推力中特定阶次谐波的结构参数设计方法。设计结果与有限元仿真结果和实验结果进行比对,验证了解析模型的准确性和设计方法的有效性。 展开更多
关键词 无铁心永磁同步直线电机 推力波动 谐波 麦克斯韦应力张量方法
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基于组合继电反馈的永磁同步直线电机推力波动辨识方法 被引量:6
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作者 张翔 叶佩青 张辉 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期1-9,共9页
在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想... 在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性。实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3%,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3μm。 展开更多
关键词 直线电机 极限环 参数辨识 继电反馈 推力波动
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基于模态力约束的平面电机振动抑制研究 被引量:2
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作者 李鑫 杨开明 +1 位作者 朱煜 张鸣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期3124-3131,共8页
随着轻量化设计的需求,磁悬浮平面电机结构质量与柔性之间矛盾凸显,使得低阶模态引起的振动将严重制约其纳米精度的生成及控制系统稳定性。目前,振动抑制研究中的控制算法较为复杂,难以有效应用于工程实际。针对此问题,该文提出基于模... 随着轻量化设计的需求,磁悬浮平面电机结构质量与柔性之间矛盾凸显,使得低阶模态引起的振动将严重制约其纳米精度的生成及控制系统稳定性。目前,振动抑制研究中的控制算法较为复杂,难以有效应用于工程实际。针对此问题,该文提出基于模态力约束的振动抑制方法。该方法针对垂向电机推力分配策略,在受力方程的基础上,以模态力之和等于0作为约束,利用力分配特解使各垂向电机的模态贡献相互抵消,从物理本质层面解决柔性振动问题。针对平面电机第一阶模态,采用模态力约束方法后,辨识模型在该阶模态处表现出刚体特性,且垂向z的定位误差减小至5 nm,验证了该方法对振动抑制的有效性。 展开更多
关键词 平面电机 振动抑制 模态力约束 电机力分配
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超精密运动系统跟踪误差定量分析 被引量:7
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作者 戴渌爻 李鑫 +1 位作者 朱煜 张鸣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第16期4910-4918,共9页
直线或平面电机驱动的超精密运动系统加减速域跟踪误差对建立时间有重要影响,定量分析加减速域跟踪误差并建立解析模型,对减小建立时间有重要的工程与学术价值。针对工程实际中的数字控制系统,该文基于单质量块刚体和双质量块柔性体模型... 直线或平面电机驱动的超精密运动系统加减速域跟踪误差对建立时间有重要影响,定量分析加减速域跟踪误差并建立解析模型,对减小建立时间有重要的工程与学术价值。针对工程实际中的数字控制系统,该文基于单质量块刚体和双质量块柔性体模型,在离散域建立跟踪误差与前馈控制器、反馈控制器和目标轨迹之间的解析模型,从物理层面深入分析超精密运动系统加减速域轨迹跟踪误差产生机理。定量分析表明,在给定的前馈控制器和反馈控制器作用下,时域上加减速域跟踪误差与目标轨迹特定阶次的导数近似成正比。在跟踪误差定量分析的基础上,提出一种前馈控制器参数整定方法。实验验证误差分析的正确性和前馈控制器参数整定方法的有效性。 展开更多
关键词 超精密运动系统 加减速域跟踪误差 定量分析 参数整定
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超精密微动台扰动估计与前馈补偿 被引量:2
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作者 孙浩博 成荣 +2 位作者 杨开明 朱煜 鲁森 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第16期5345-5351,共7页
在超精密运动控制系统中,对外部扰动的抑制效果是影响其轨迹跟踪精度的关键因素。文中研究对象是一种无接触式的六自由度超精密微动台,其通过重力平衡磁钢平衡自身重量,从而避免垂向电机因电流过大而引起线圈温升过高,但是重力平衡磁钢... 在超精密运动控制系统中,对外部扰动的抑制效果是影响其轨迹跟踪精度的关键因素。文中研究对象是一种无接触式的六自由度超精密微动台,其通过重力平衡磁钢平衡自身重量,从而避免垂向电机因电流过大而引起线圈温升过高,但是重力平衡磁钢会与微动台下方的永磁阵列相互作用而产生扰动力。对重力平衡磁钢产生的扰动力进行频谱分析,针对其低频特性,提出一种基于二维拟合的多自由度扰动力估计和前馈补偿方法。仿真和实验表明该方法可以在微动台精确模型未知的情况下,实现对扰动力的估计和补偿,减小六自由度的推力/转矩波动,进而提高超精密微动台的轨迹跟踪精度。 展开更多
关键词 超精密微动台 扰动估计 前馈补偿 轨迹跟踪精度
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永磁同步平面电机电流分配策略 被引量:5
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作者 姜恩泽 尹文生 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期71-75,共5页
应用洛伦兹力公式建立了永磁同步平面电机线圈电流与线圈所受电磁推力和电磁转矩之间关系的数学模型,针对平面电机具有6个运动自由度的特点,提出了实现电磁推力和电磁转矩同步解耦的电流控制策略。在此基础上,分别对悬浮力及水平推力电... 应用洛伦兹力公式建立了永磁同步平面电机线圈电流与线圈所受电磁推力和电磁转矩之间关系的数学模型,针对平面电机具有6个运动自由度的特点,提出了实现电磁推力和电磁转矩同步解耦的电流控制策略。在此基础上,分别对悬浮力及水平推力电流的分配方式进行了理论分析和有限元仿真,仿真结果表明,所采用的电流分配策略可以有效地实现电磁推力和电磁转矩的同步解耦。 展开更多
关键词 平面电机 磁悬浮 电流控制 电磁推力
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超精密微动台变磁阻电机建模 被引量:1
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作者 陈安林 张鸣 朱煜 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第20期5327-5334,共8页
文中对超精密微动台变磁阻电机的磁场和推力进行了准确的建模,用于电机的实时控制。分别建立了永磁体和线圈产生的两种磁场单独作用并考虑漏磁的等效磁路模型,同时在动铁心处于不同位置时,通过三维有限元仿真得到每个气隙的漏磁系数来... 文中对超精密微动台变磁阻电机的磁场和推力进行了准确的建模,用于电机的实时控制。分别建立了永磁体和线圈产生的两种磁场单独作用并考虑漏磁的等效磁路模型,同时在动铁心处于不同位置时,通过三维有限元仿真得到每个气隙的漏磁系数来准确的反映漏磁在不同气隙处的三维分布。首先仿真得到动铁心位于x正向特定位置时的漏磁系数,对漏磁系数进行拟合,从而在动铁心位于x正向任意位置时对电机磁场进行建模。然后根据动铁心位于x正向和负向时具有的对称性,得到电机在全行程的磁场模型。最后根据电机的磁场模型和麦克斯韦力公式得到全行程的推力模型。推力模型和有限元仿真结果误差小于6.4%,并通过实验进行了验证。 展开更多
关键词 变磁阻电机 超精密微动台 三维漏磁系数 等效磁路 硅片台
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