磁悬浮式微动工作台驱动方案的设计与实现VIP免费

第20卷�第1期2007年1月传感技术学报CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSVol.20�No.1Jan.2007DrivingSchemeDesignandRealizationofaMagneticLevitationMicromotionStage*CHENBen�yong*,CHENTing,ZHANGLi�qiong,ZHANGGui�zhen(NanometerMeasurementLab,ZhejiangSci�TechUniversity,Hangzhou310018,China)Abstract:Magneticlevitationmicromotionstageiseasytorealizemicromotionwithhighresolutionbecauseacontact�freemagneticlevitationtechniqueisusedbetweenthemovingplateandthedrivingpart.Themainparametersofdrivecircuitandthechoiceofdrivingschemeofamagneticlevitationmicromotionstagehavebeendiscussed.Twocircuitsbasedonthedrivingschemehavebeendesignedandstudiedbyexperi�ments.Finally,theexperimentalresultsofthetwodrivecircuitshavebeenanalyzedandcompared,then,thedrivemethodsatisfiedthedemandofthisstage�smovementhasbeenpresented.Keywords:magneticlevitation;micromotionstage;drivecircuitEEACC:7230;7320C磁悬浮式微动工作台驱动方案的设计与实现*陈本永*,陈�艇,张丽琼,张贵珍(浙江理工大学纳米测量技术实验室,杭州310018)基金项目:浙江省自然科学基金青年人才项目资助(R503197);国家自然科学基金项目资助(60575055)收稿日期:2006�01�19��修改日期:2006�02�17摘�要:磁悬浮式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术而易于实现大范围高精度的微运动.本文论述了磁悬浮式微动工作台驱动电路的主要性能参数、驱动方案的选择,设计了两种驱动电路,并进行了实验研究,最后根据试验结果对两种驱动电路进行分析比较,得出了满足该磁悬浮式微动工作台运动要求的驱动方法,为磁悬浮式微动工作台的整体设计及其控制提供了技术支持.关键词:磁悬浮;微动工作台;驱动电路中图分类号:��文献标识码:A��文章编号:1004�1699(2007)01�0213�04��微动工作台是微米/纳米科学技术研究应必备的关键仪器设备,为从事微米/纳米科学技术研究提供一维、二维或三维的微运动.概括国内外的微动工作台有:柔性铰链机构微动工作台、滚珠丝杆微动工作台、滑动导轨微动工作台、气浮式微动工作台和磁悬浮式微动工作台等五大类[1].在这些实现精密运动的微动工作台中,有一共同的关键部件驱动电路系统,通过它才能给各种工作台提供合适的电流或电压,从而输出所需功率来驱动它们运动,例如:驱动电路通过驱动电机运转带动滚珠丝杆微动工作台运行[2],驱动电路通过驱动压电陶瓷PZT来使其伸缩达到驱动柔性铰链机构微动工作台实现微运动[3�4].可见,驱动电路系统是精密仪器设备的核心之一,在实现微运动方面起着至关重要的作用.磁悬浮式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术,消除了摩擦、磨损对运动精度造成的影响,因此,易于实现大范围高精度的微运动,是近年来国内外微运动技术研究的热点[5�9].磁悬浮式微动工作台一般由电磁悬浮机构、驱动电路、精密测量和运动控制等部分组成,其中,驱动电路部分是磁悬浮式微动工作台实现微米/纳米级微运动的关键基础.1�磁悬浮式微运动驱动方案选择磁悬浮式微动工作台的结构如图1所示,四组永磁阵列分别嵌入在运动平台底面的四边中间,与之对应布置四组定子绕组,运动平台在永磁阵列和定子绕组的电磁力的相互作用下被浮起和产生运动,通过控制通入四组定子绕组电压或电流的大小和方向,可实现运动平台x、y、z、�x、�y、�z6个自由度的微运动.图1�磁悬浮式微动工作台总体结构示意图经过对该磁悬浮式微动工作台的理论分析[10],对驱动电路的要求为:相电流:0~1.1A,相电压:0~15V,每个定子所要达到的功率5.4W.按照电磁驱动控制对象的受控方式,可把功率放大器分成驱动电流控制和驱动电压控制两种.驱动电压控制和驱动电流控制各有所长.驱动电压控制的优点是:!装置的模型更为精确,因而鲁棒性更好;∀开环不稳定性较弱;#刚度较低,易于实现.而驱动电流控制的优点有:!控制装置描述简单,可满足大多数应用场合;∀易实现简单的PD或PID控制.驱动电压控制的主要应用领域是大型或超大型系统,例如磁悬浮火车.对于...