直線旋轉二自由度電機的一體化設計與控制.pdf

1、近年來,半導體封裝、醫(yī)療、航空等設備制造行業(yè)對體積緊湊、重量輕、性能好的直線旋轉二自由度運動模塊需求日益增加。傳統(tǒng)的直線旋轉二自由度運動需要兩套旋轉電機帶動機械傳動機構來實現(xiàn)。受限于傳動機構的機械誤差,設備的運動精度和響應速度難以進一步提升,所以需要高精度、體積緊湊、直驅式的直線旋轉電機(Linear-rotary Motor,LRM)來替代傳統(tǒng)的運動模塊。針對上述問題,本文對直線旋轉二自由度電機的一體化設計、制作和運動控制進行了研究。

2、
　　首先,闡述了直線旋轉電機的工作原理和結構特點,制定了電機一體化設計方案。第二,本文創(chuàng)新性地提出了磁學和熱學的一體化電機設計方法,對直線音圈執(zhí)行器(Voice Coil Actuator,簡稱VCA)進行熱路和磁路分析,并詳細地推導出直線音圈執(zhí)行器的推力和溫升公式,完成了數(shù)學建模。第三,根據(jù)LED固晶機擺臂系統(tǒng)的運動要求,提出了設計指標和約束條件,分析了直線旋轉電機的優(yōu)化設計問題,計算出最優(yōu)解。第四,根據(jù)計算和仿真結果得到的電

3、機基本尺寸,設計和制作樣機,組建電機控制平臺。第五,根據(jù)固晶擺臂系統(tǒng)的工藝要求,對擺臂在Z軸直線運動控制采用力/位混合控制策略,θ軸采用PID(Proportion Integration Differentiation)控制策略,通過合理的運動規(guī)劃和時序處理,實現(xiàn)了兩軸協(xié)調運動。
　　本論文對一體化設計結果進行了大量的仿真計算,對樣機進行了力性能和溫度測試實驗,驗證了電機數(shù)學模型和一體化設計的合理性。從固晶擺臂系統(tǒng)應用實驗可看到