直线电机驱动的 犎型气浮导轨运动平台

气浮平台工作原理
气浮平台有气浮直线平台与气浮（旋转）转台两类。

气浮平台的核心原理是由空气轴承结合电控元件构成的精密位移平台，基于空气轴承的原理，让负载板浮在气浮导轨或气浮轴承上，实现无摩擦、无振动的平滑运动。

气浮平台的气浮直线导轨常见的形式有：
1. 重力平衡式气浮导轨；
2. 闭式气浮导轨；
3. 永磁预载式气浮导轨；
4. 真空吸附式气浮导轨。

常见的气浮孔结构为：
1. 小孔节流结构；
2. 多孔质结构。

气浮平台的高直线度和平面度依赖于气浮导轨，材质分为铝合金、大理石及碳化硅陶瓷等，研究其高压气膜的压力分布、气源压力、节流器、均压槽深度等，找到了合理气膜刚度时的参数区间有着出色的性能精度，行程300mm直线度和平面度的误差在
1μm以内，气浮平台的承载能力也非常的出色，在市场上已经逐渐得到大家的认可。

基于 FLOTRAN 的燕尾形导轨气浮平台结构设计莫德云;马平;田学军;陈敬渊【期刊名称】《湛江师范学院学报》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】闭式燕尾形导轨是常见的静压气浮导轨结构形式之一，其燕尾角度将直接影响导轨的承载能力，为保证设计的燕尾形导轨能满足工作要求，本文通过建立燕尾夹角在55°～70°范围变化的气膜有限元模型，以承载力和刚度作为主要性能指标，对导轨承载能力进行分析．通过分析发现：导轨垂直方向总承载力随着燕尾夹角θ的增大而增大．研究结果表明燕尾夹角θ＝66°时，单边导轨垂直方向的承载力为87．26N ，刚度为33．69N／μm ，能较好地满足承载和工作要求．%Dovetail groove air bearing is a common structural of aerostatic guide ,the different dovetail angle would influence the aerostatic guide load capacity .In order to guarantee air bearing table meet the re‐quirement ,the finite element model of gas film which dovetail angle between 55°~70° is e stablished ,using load capacity and stiffness as the main index to analysed .The analysis revealed that the perpendicular load capacity increased with dovetail angle .The results show that when dovetail angleθ=66° ,the single-sided guide perpendicular load capacity is87 .26N ,stiffness is 33 .69N/um ,which can well meet the job require‐ments .【总页数】6页(P89-94)【作者】莫德云;马平;田学军;陈敬渊【作者单位】岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048;广东工业大学机电工程学院，广东广州510006;岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048;岭南师范学院机电工程研究所，广东湛江524048【正文语种】中文【中图分类】TH133.2【相关文献】1.基于Modelica技术与Fluent的气浮运动平台联合仿真 [J], 赵建军;骆雪芹2.基于ABQUAS的高加速高精度定位气浮平台有限元分析 [J], 钟黔;洪荣晶;黄筱调3.基于ADAMS与AMESim精密气浮平台的减振系统仿真 [J], 董秋武;汪宝生4.基于FLOTRAN的燕尾形导轨气浮平台结构设计 [J], 莫德云;马平;田学军;陈敬渊;5.基于激光干涉仪对天文底片扫描仪气浮式运动平台的性能测试 [J], 王亮亮;商正君;郑立新;杨美婷;杨静;赵建海;于涌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种永磁直线电机驱动X-Y平台精密轮廓跟踪控制策略武志涛;杨永辉【摘要】为了解决轮廓误差模型的不准确对循迹系统的影响,提出一种新的轮廓误差模型,该模型利用跟踪误差与进给率等信息定义轮廓误差,是一种改进式的等效切线轮廓误差模型.同时,为了减少直驱式X-Y平台在循迹跟踪过程中产生的轮廓误差,采用了位置PDF控制与轮廓TCC补偿控制相结合的整合式控制策略.PDF控制使位置伺服系统具有较好的鲁棒性,TCC轮廓补偿控制可以对轮廓误差进行实时的补偿.实验结果表明,该文所提出的改进式轮廓误差模型无论是在低进给率或高进给率条件下,都可以实时且有效地计算出循圆跟踪系统的轮廓误差,并使X-Y平台满足高精度轮廓跟踪的要求.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)017【总页数】7页(P4037-4043)【关键词】永磁直线电机;直驱X-Y平台;轮廓误差模型;伺服控制【作者】武志涛;杨永辉【作者单位】辽宁科技大学电子与信息工程学院鞍山 114051;辽宁科技大学电子与信息工程学院鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TP273为满足先进制造对生产速度和品质的需求，高速、高精度已是未来制造业的趋势，直线电机驱动X-Y精密平台以其响应快速、定位精度高、可靠性好等特点被广泛应用于精密加工设备等领域[1]。

为了解决X-Y平台加工系统普遍存在的轮廓误差问题，文献[2]针对双轴系统的轮廓误差，提出交叉耦合的控制策略（Cross-Coupled Control, CCC），使得两个单轴之间不再是独立的控制（等于将多轴系统进行整合控制），从而降低轮廓误差，但这种方法仅限于定速移动和线性路径。

为使CCC可适用于不同类型的轮廓跟踪任务，文献[3]采用参考模型自适应交叉耦合控制器来修正轮廓误差，通过调整耦合控制器的增益来减小轮廓误差。

文献[4]提出可变增益交叉耦合（variable-gain cross-coupling）控制，使其在跟踪非线性轨迹（如圆形、抛物线等）时，可随着命令路径轮廓的改变实时改变耦合增益值，以提高轮廓跟踪精度。

万方数据　万方数据北京航空航天大学学报２００８年ｐｏ一节流孔出口压力；ｐ．一供气压力；矽一承载能力；＾一气膜厚度；＂。

一流人空气轴承的气体量；”。

一流出空气轴承的气体量；８一计算精度阈值．图２气体止推轴承有限元计算流程图图３空气轴承设计软件图４压力分布图轴承参数输入界面１．２预加载技术预加载技术是提高气浮导轨的承载能力和刚度的有效途径．气浮导轨的预加载方式有３种：气膜预加载、真空预加载和磁力预加载．气膜预加载是在支撑方向上设计２个相对的气．膜，从而产生预加载荷，使之具有承载双向载荷能力和双向刚度，气浮导轨的稳定性比较好．真空预加载是在滑块的气浮工作面上设计一个真空腔，靠真空负压把滑块吸附在导轨的气浮面上，从而产生预加载荷，提高气浮轴承的刚度，当浮力和吸力平衡时，形成稳定的工作气膜．磁力预加载是在导轨和滑套上镶嵌磁钢等永磁体，靠磁场吸引力把滑块吸附在导轨的气浮面上，形成磁力预加载．采用有限元计算方法和预加载技术，设计的Ｈ型气浮定位平台如图５所示．气浮工作台的双边导轨为ｌ，导轨，中间横梁方向为ｘ导轨．ｙ导轨采用闭式结构，在竖直方向和水平方向均采用气膜预加载技术来提高性能．石导轨在竖直方向上以大基面为气浮工作面，采用真空预加载技术；在水平方向上采用气膜预加载技术．工作台的导轨采用全方向的预加载设计，获得满意的承载能力和刚度．图５气浮工作台图片１．３气浮导轨静态特性实验１）Ｘ导轨竖直方向的静态刚度测试加载方式：竖直方向上依次静态加载．第１组实验：供气压力Ｐ。

＝５００ｋＰａ，真空腔内压力Ｐ，＝６０ｋＰａ；第２组实验：ｐ。

＝５５０ｋＰａ，Ｐ，＝４０ｋＰｍ实验数据如表１所示．用线性回归的方法，求出２种供气情况下盖导轨竖直方向的静刚度分别为２１２．２Ｎ／斗ｍ，２７６．９Ｎ／斗ｍ．２）ｙ导轨竖直方向的静态刚度测试加载方式：双边导轨对称加载，在竖直方向上依次静态加载．第１组实验：Ｐ。

＝３００ｋＰａ；第２组实验：ｐ。

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台
刘强;张从鹏
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2007(015)010
【摘要】建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究.利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能.静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm.设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定.运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制.H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域.
【总页数】7页(P1540-1546)
【作者】刘强;张从鹏
【作者单位】北京航空航天大学,机械工程及自动化学院,北京,100083;北方工业大学,机电工程学院,北京,100041
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35;TP273
【相关文献】
1.直线超声电机驱动的精密运动平台位移分辨率 [J], 王金鹏;周宏平;时运来
2.定位运动平台气浮导轨设计 [J], 刘梅;钟黔
3.双直线电机驱动的H型运动平台同步控制研究 [J], 罗品奎;金建新;李小平
4.“直线电机驱动贴片机运动平台”获国家专利 [J], 无
5.基于直线电机驱动气浮导轨的高精度定位平台实现 [J], 姬琪;王红园
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超精密气浮平台的定位精度分析
何学明;陈学东;曾理湛;余显忠
【期刊名称】《华中科技大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2008(36)3
【摘要】针对超精密定位平台的高精度要求,以及气浮轴承的刚度和阻尼相对于气膜厚度的变化存在明显的非线性特性,在分析超精度气浮定位平台的基础上,建立了气浮定位平台直线运动的数学模型和基于滑模控制器(SMC)的系统控制模型,并进行了参数分析和实验研究.结果表明:气浮刚度的增大和阻尼的存在有利于改善平台的定位精度,SMC具有较好的鲁棒性,在受外界干扰较大且存在较大非线性情况下,定位平台仍能达到较好的定位精度.
【总页数】4页(P8-11)
【关键词】气浮平台;超精密;定位精度;滑模控制器
【作者】何学明;陈学东;曾理湛;余显忠
【作者单位】华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.36
【相关文献】
1.面向微电子超声键合的精密气浮定位平台特性分析 [J], 梁存满;王福军;杨庆国;张大卫;赵兴玉;田延岭
2.基于ABQUAS的高加速高精度定位气浮平台有限元分析 [J], 钟黔;洪荣晶;黄筱
调
3.超精密气浮定位平台动力学特性分析 [J], 宛敏红;李冶夫;张杰
4.面向芯片封装高加速度高精度气浮定位平台的有限元分析 [J], 李运堂;许昌;李孝禄
5.直线电机气浮精密定位平台设计与控制 [J], 张从鹏;刘强
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直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制摘要：本文主要针对直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制进行分析，文章中设计采用一种逆系统方法对三角自由度磁悬浮平台解耦控制，在该方法进行动态解耦控制过程中，主要完成数学模型构建以及解耦控制计算等环节。

同时，本文为了研究磁悬浮平台推动力动态解耦控制方法，最后也对该方法实施的仿真模拟，确认该动态解耦控制方法的有效性。

关键词：直线电机驱动；磁悬浮凭条；推动动态解耦控制直线电机驱动的磁悬浮平台具有强耦合性、非线性的特点，所以在其控制过程中，动态和静态性受到的影响相对比较大。

因此，在磁悬浮平台控制研究过程中，针对性提出了动态解耦控制研究方向。

在该方法中首先需要构建超精密、微型磁悬浮平台的数字模型，并且采逆系统下的反馈算法完成解耦控制计算，最后得到反馈控制规律，从而实现动态解耦控制。

1.研究背景直线电机驱动的磁悬浮平台推动平台是利用半导体光刻技术、超精密加工技术以及微型纳米技术的磁悬浮运动平台，该平台运作的主要动力依靠三天直线伺服驱动装置。

因此，磁悬浮平台推力运作与三套直线伺服驱动装置有重要的关系。

因此，对磁悬浮平台推力控制，就能够保证平台运行良好。

但是，在实际的运作过程中，发现磁悬浮平台推动动态控制还存在问题。

如，动子负载不够对称，自由度和驱动装置之间也会产生刚性耦合，从而造成控制困难的问题。

因此，以上情况也造成了驱动装置各自由度耦合的问题。

因此，整个自动度研究的过程中，需要针对动态解耦进行分析。

而本文研究过程中，提出了推力动态解耦控制方法。

该控制方法在应用过程中，也开始应用反馈线性化方法，具有良好的控制效果。

2.三角自度磁悬浮平台的解耦控制方法本文在研究过程中，提出了三角自由度磁悬浮平台解耦控制方法，在整个解耦控制过程中，数学模型构建以及解耦控制计算分析过程中，以下是对该方法的具体分析研究。

（1）三角自由度磁悬浮平台模型构建驱动三角自由度平台的永磁直线电机装置的定子呈U型结构。

第15卷　第10期2007年10月 光学精密工程　Optics and Precision Engineering Vol.15　No.10 Oct.2007 收稿日期:2007201222;修订日期:2007206229. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.50390063)文章编号　10042924X (2007)1021540207直线电机驱动的H 型气浮导轨运动平台刘　强1,张从鹏2(1.北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100083;2.北方工业大学机电工程学院,北京100041)摘要:建立了双边直线电机驱动的H 型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。

利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。

静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X 、Y 导轨的竖直方向静刚度为276.9N/μm 和333.3N/μm 。

设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID 参数的自适应在线整定。

运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。

H 型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。

关　键　词:直线电机;H 型运动平台;同步控制;气浮导轨;预加载中图分类号:T H133.35;TP273 文献标识码:AH 2type air 2bearing motion stage driven by linear motorsL IU Qiang ,ZHAN G Cong 2peng(1.School of Mechanical Engineering and A utomation ,Beihang University ,Beijing 100083,China;2.College of M echanical and Elect ronical En gi neeri ng ,N ort h Chi naU ni versit y of Technolog y ,B ei j i ng 100041,Chi na )Abstract :An H 2type air bearing p recise positioning stage driven by dual linear motors is established.Some key techniques ,including design met hod of air bearing slider and synchronic 2motion cont rol of dual linear motors ,are st udied.The air 2bearing sliders are designed by finite element met hod ,and t he p ressure field dist ribution of gas film in t he bearing gap is analyzed.Preload technologies are adopted to improve air bearing ’s static performance.The static experimental result s show t hat t he preload sliders developed by finite element met hod have high load capability and stiff ness.The static stiff ness in t he vertical direction of X 2slider is 276.9N/μm and t he Y 2slider is 333.3N/μm.The improved par 2allel st ruct ure synchronous cont roller based o n velocity synchro 2error is designed ,which adaptively t unes t he PID parameters on 2line by t he f uzzy cont rollers.The motion experimental result s show t hat t he improved synchronous cont roller has high synchro nous p recision ,t he velocity synchronous preci 2sion is higher t hree times t han t he common parallel cont rol ,and will be suitable for multi 2motor syn 2chronization cont rol wit h st rong mechanical coupling.The H 2type air bearing positioning stage driven by linear motors has high load capability and high precision ,and can be used in precision engineering area such as p hotoetching machine and optical inspecting equip ment s.K ey w ords :linear motor ;H 2type motion table ;synchronous cont rol ;air bearing slider ;p reload1　引　言 精密定位技术是精密工程领域的一项关键技术。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820322183.2(22)申请日 2018.03.09(73)专利权人 西安工业大学地址 710032 陕西省西安市未央区学府中路2号(72)发明人 卢志伟　李子昂　刘波　张君安　(74)专利代理机构 西安新思维专利商标事务所有限公司 61114代理人 黄秦芳(51)Int.Cl.H02K 7/14(2006.01)H02K 41/02(2006.01)H02K 11/22(2016.01)B23Q 1/01(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种气浮直线电导轨模块化组件装置(57)摘要本实用新型涉及一种气浮直线电导轨模块化组件装置，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件；动子部件包括上气浮平台、气浮动子骨架和下气浮导轨平板，它们从上到下依次连接构成“工”字型结构，上气浮平台、气浮动子骨架、下气浮导轨平板与定子导轨部件之间构成充满气体的气膜间隙；气浮动子骨架与定子导轨部件构成电磁感应系统；本实用新型主要解决传统的直线电机定位精度不高、运动不平稳、安装调试不方便等问题，实现直线电机驱动与气浮静压导轨集成一体化组件，适合于超精密机床、超精密测量等设备的平动运动轴。

权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 207884431 U 2018.09.18C N 207884431U1.一种气浮直线电导轨模块化组件装置，其特征在于，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件；所述定子导轨部件包括支撑基座（1）、两组背铁（4）和两组支撑板（5），所述支撑基座（1）包括一体形成的水平台和水平台的上端面中央的长凸台，所述两组背铁（4）竖直固定在长凸台两侧的水平台上，所述两组背铁（4）之间形成纵向导轨缝隙，在两组背铁（4）相对的侧端面上均设置有永磁体（2）和氧化铝陶瓷（3）；所述两组支撑板（5）分别设置于两组背铁（4）两端的支撑基座（1）上，两组支撑板（5）分别与两组背铁（4）垂直；所述动子部件包括上气浮平台（7）、气浮动子骨架（14）和下气浮导轨平板（15），所述上气浮平台（7）、气浮动子骨架（14）和下气浮导轨平板（15）从上到下依次连接构成“工”字型结构，所述上气浮平台（7）与两组背铁（4）的上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架（14）与两组背铁（4）的内侧之间均构成充满气体的气膜间隙；所述下气浮导轨平板（15）与支撑基座（1）的长凸台上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架（14）内设置有若干列三相线圈，气浮动子骨架（14）与其两侧的两组背铁（4）小间隙相邻，气浮动子骨架（14）与两组背铁（4）构成电磁感应系统；所述检测部件包括精密标尺光栅（10）和光栅读数头（9），所述标尺光栅（10）设置于一组背铁（4）的外侧端面上部，所述光栅读数头（9）设置于上气浮平台上并与所述标尺光栅（10）相邻感应。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101067974A [43]公开日2007年11月7日[21]申请号200710035021.7[22]申请日2007.05.30[21]申请号200710035021.7[71]申请人中国人民解放军国防科学技术大学地址410073湖南省长沙市砚瓦池正街47号国防科学技术大学机电工程与自动化学院[72]发明人戴一帆 李圣怡 王建敏 彭小强 徐从启关朝亮 [74]专利代理机构湖南兆弘专利事务所代理人赵洪[51]Int.CI.G12B 5/00 (2006.01)F16M 13/00 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页[54]发明名称超长气浮导轨的安装方法及装置[57]摘要本发明公开了一种超长气浮导轨的安装方法及装置，其方法是将第一节导轨安装定位，在导轨上安装可沿导轨滑行的移动测量平台，在移动测量平台上装设测量装置，将另一节导轨与第一节导轨连接，将移动测量平台滑动到两导轨的接缝处，通过测量装置测量接缝精度，按安装精度的要求校正接缝精度，校正完毕后再按上述方式连接下一节导轨，直至安装完最后一节导轨。

其装置包括地基、可调垫铁、两节或两节以上首尾相连的导轨、支撑梁和导轨底座，各导轨底座通过可调垫铁支承于地基上，各支撑梁装设于导轨底座上所设安装槽内，各导轨通过紧固件固定在支撑梁上。

按本发明的方法制成的超长气浮导轨具有长期保持高精度、维护调整工作少，可长期重复使用的优点。

200710035021.7权 利 要 求 书第1/1页 1、一种超长气浮导轨的安装方法，其特征在于它是将第一节导轨(1)安装定位，在导轨(1)上安装可沿导轨(1)滑行的移动测量平台(2)，在移动测量平台(2)上装设测量装置(3)，将另一节导轨(1)与第一节导轨(1)连接，将移动测量平台(2)滑动到两导轨(1)的接缝处，通过测量装置(3)测量接缝精度，按安装精度的要求校正接缝精度，校正完毕后再按上述方式连接下一节导轨(1)，直至安装完最后一节导轨(1)。

直线电动机驱动的直线导轨副综合测试平台的设计与实现曹鹏杰;伍金顺【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】3页(P49-51)【作者】曹鹏杰;伍金顺【作者单位】广东高新凯特精密机械股份有限公司江门529100;广东高新凯特精密机械股份有限公司江门529100【正文语种】中文1.综合测试平台的设计背景不同的使用环境对直线导轨副的高速性、平稳性、低噪声等各项性能的要求越来越高。

为了应对这种状况，提升本公司产品品质，开拓高端市场，公司决定开发一种由直线电动机驱动的直线导轨副综合测试平台，采用U形直线电动机驱动测试导轨副，实现被测试导轨副的高速、高加速度、高频往复等极限运动。

本测试平台上设置有温度传感器、加速度计、测声计等多种测试设备。

通过本平台可测量导轨副各种极限运行状态下的噪声、振动、温升、寿命等综合运动性能，通过测量数据的分析能更好地指导产品设计与研发。

2.综合测试平台的设计方案与关键技术（1）设计方案本综合测试平台的结构简单实用，被测导轨副安装在U形直线电动机一旁，在电动机的带动下作直线往复运动，配上测量仪器就可在线测量导轨副运动状态下的综合情况。

能够测试25、30、35、45、55、65六种型号24种规格产品；选用的U形直线电动机的峰值推力3 000N，持续推力750N；当负载为100kg时，加速度可达3m/s2，速度可达180m/min，测试行程设计为2m；可在线测量导轨副在高速运行状态下的噪声、振动、温升以及在高频往复极限运动情况下的寿命。

直线导轨副综合测试平台主要由三部分组成，机械部分、计算机控制系统和测试分析软件。

整个系统主要由测量部分(包括各种传感器和直线电动机) 、机械部分、计算机等部分组成。

系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图（2）设计难点与关键技术本次综合测试平台的硬件部分设计由于采用了直线电动机驱动，大大地简化了机械部分，各种传感器的位置排布也比较宽松，各种硬件设备的选购及组装都相对比较容易。