納米級MEMS定位平臺的驅(qū)動與控制方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)研究從宏觀領(lǐng)域轉(zhuǎn)到微觀領(lǐng)域,人們對定位系統(tǒng)的定位精度的要求也從毫米級逐漸進入到了微米級甚至納米級。目前,納米級高精度MEMS定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于精密機械、超精密加工、生物工程、集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)等領(lǐng)域。采用梳齒靜電驅(qū)動的納米級微定位平臺具有效率高、精度高、不發(fā)熱、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,在光學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是該類型的定位平臺所需的驅(qū)動電壓較高,且梳齒靜電驅(qū)動器的定齒與動齒有產(chǎn)生黏附效應(yīng)(pull-in)的危險等缺點,因

2、此梳齒靜電驅(qū)動定位平臺對控制器具有較高的要求。本文將針對梳齒靜電驅(qū)動的相關(guān)特點展開對基于梳齒靜電驅(qū)動的納米級MEMS定位平臺的驅(qū)動與控制方法研究。
　　 本文主要研究硅基集成式微型平面納米級定位平臺的驅(qū)動器與控制方法。在分析了梳齒靜電驅(qū)動器的驅(qū)動原理及其特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計實現(xiàn)了納米級MEMS定位平臺的控制器及其控制算法。由于FPGA具有良好的靈活性、開發(fā)簡易性,故控制器采用FPGA作為主控制器。為了條理地設(shè)計實現(xiàn)定位平臺控制器將

3、其硬件電路按功能劃分為若干功能模塊,對每個模塊獨立設(shè)計,最后結(jié)合為一個統(tǒng)一的硬件電路功能體。電路功能模塊包括主控制器模塊、輸入輸出模塊、升壓電路模塊、功率放大模塊、采樣反饋模塊。本文詳細地介紹了各模塊硬件電路的工作原理、器件選型以及設(shè)計實現(xiàn),為使FPGA成為整個納米級MEMS定位平臺控制器的主控制器而對FPGA進行的邏輯功能設(shè)計開發(fā)過程。為了提高納米級MEMS定位平臺的定位的精度,對定位平臺控制器采用積分分離式PID控制方法,文中介紹了