超精密氣浮定位工作臺的動力學研究.pdf

1、基于氣浮支承和電磁直接驅(qū)動的定位工作臺，是一種新型的超精密運動機構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)的以旋轉(zhuǎn)電機和滾動絲杠驅(qū)動的定位工作臺傳動環(huán)節(jié)多、響應滯后大、存在摩擦等缺點，在半導體光刻設(shè)備、精密測量和生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有十分廣泛的應用前景。由于該定位工作臺存在復雜的氣浮非線性效應，傳統(tǒng)的理論建模和分析方法不能解決這類超精密運動機構(gòu)的系統(tǒng)動力學及定位控制的難題。
　　 利用氣浮支承潤滑變分方法和有限元數(shù)值分析方法，計算并獲得精密氣浮軸承的動靜特性

2、的變化規(guī)律、氣體流場和壓力場的分布，揭示了氣腔形狀和氣浮軸承內(nèi)表面形狀對軸承特性的影響規(guī)律，分析并辨識了氣浮支承的特征參數(shù)，從而求得了不同氣膜厚度下的軸承承載力和剛度，提出了氣浮軸承的最佳結(jié)構(gòu)形式。
　　 運用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法，探明了精密氣浮定位工作臺幅頻響應受氣浮支承參數(shù)非線性的影響特征，闡明了系統(tǒng)動力學性能隨氣浮軸承特征參數(shù)的變化規(guī)律。建立了氣浮定位工作臺定位運動的數(shù)學模型，提出了混合趨近律滑模控制新策略(MT

3、SMC)，進而建立了氣浮定位工作臺運動的混合趨近滑?？刂频奈恢梅答伩刂颇Ｐ?，并進行了氣浮參數(shù)的分析試驗。結(jié)果表明氣浮定位工作臺在混合趨近滑?？刂葡?，能消除氣浮軸承非線性及定位平臺存在未建模現(xiàn)象的影響，實現(xiàn)納米級的定位控制精度。
　　 完成了超精密氣浮平臺的動力學特性和定位精度測試實驗，結(jié)果表明：在非氣浮狀態(tài)下，定位平臺的運動部件間存在間隙和摩擦力，嚴重影響了平臺運動的定位精度；而在氣浮狀態(tài)下，平臺的運動部件間充滿了壓縮空氣，雖然

4、運動部件間仍然存在間隙，但是氣浮支承所產(chǎn)生的氣浮剛度使運動部件間具有了可靠的柔性連接，維持了較好的運動平穩(wěn)性和良好的試驗重復性；同時運動部件間不存在直接接觸性摩擦，由于氣體粘度小，其摩擦阻力可以忽略，平臺的定位精度得到了極大的改善；氣浮平臺在Y 方向和Z 方向的最大直線度誤差(3 σ)為9.8256 nm，最大偏轉(zhuǎn)誤差(3 σ)為3.8238×10-8 rad，平臺的定位誤差不超過±10 nm，驗證了本文前面所述的理論和仿真結(jié)果的正確性