精密气浮转台控制系统研究

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精密转台是实现物体精准空间定位的光机电一体化设备,广泛应用于各类精密加工检测系统。在精密加工检测系统中,精密转台是必不可少的设备,其性能直接影响加工检测质量。精密气浮转台是一类采用气浮轴承的精密转台。精密气浮转台的定位精度和跟踪精度易受非线性摩擦、转子微振动、电机谐波转矩等扰动的影响。精密气浮转台的运动精度限制了它在精密加工检测系统中的进一步应用。因此,研究精密气浮转台控制系统,提高转台运动精度具有重要的应用价值。为实现精密气浮转台低速精确控制,提高转台定位精度和动态性能,对转台控制系统进行了研究。本文主要内容如下:(1)设计精密气浮转台控制系统整体方案。分析精密气浮转台控制系统的技术指标。对控制系统所需的精密气浮转台、驱动电机、角位置反馈装置和控制驱动器等关键部件进行选型。建立了控制系统模型,根据控制系统模型,分析了常见控制算法。提出了以矢量控制为电机控制策略和以线性自抗扰控制为转台控制策略的控制系统整体方案。(2)研究基于线性自抗扰控制的转台控制策略。研究线性自抗扰控制,分析线性扩张状态观测器观测误差。提出一种观测器带宽调节方法以提高转台阶跃响应时的动态性能。设计线性自抗扰控制器,在Matlab/Simulink中进行转台控制仿真。仿真结果表明,线性自抗扰控制能够实现转台精确位置控制,具有较好的抗扰性;提出的观测器带宽调节方法能够提高转台阶跃响应的动态性能。(3)开展实验研究。完成控制软件设计,搭建精密气浮转台控制系统实验平台,进行转台控制实验。实验结果表明,提出的观测器带宽调节方法减小了转台超调量,提高了转台阶跃响应动态性能;转台定位误差≤±0.0007°,转速指令1.2°/s时跟踪误差≤±0.0008°。满足微纳CT系统对转台的技术指标。该转台已应用于微纳CT系统。
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