气浮大理石平台运动直线伺服驱动系统性能影响因素

目前   上较为成熟的己经商品化的气浮大理石平台运动系统较多，主要应用于IC制造、检测、封装，光学制造、检测，   加工等，如日本住友重工生产的用于半导体检测和维护的XY二自由度气浮大理石平台，采用上下双层布置，由两台直线电机分别负责X轴和Y轴的驱动，两轴行程为475mm，下层    大速度可达500mm/s，上层可达1000mm/s。美国光谱物理公里公司的DynamyxDATuM   性能气浮花岗石平台，可应用于光学检测，纳米压印等。其同样具有X和Y两个自由度，但是其X轴采用双直线电机H型架构驱动，Y轴仍为单直线电机，X轴和Y轴行程分别可达到380mm和350mm，    大运动速度均可达1000mm/s，在额定负载下可以实现X轴3G，Y轴5G的高加速度运动，反馈器件采用安捷伦的激光干涉仪时，可实现50nm的定位精度，X轴100mm阶跃响应稳定时间小于250ms，Y轴小于200ms。
　　气浮大理石平台运动系统是以空气轴承支撑、直线电机直接驱动的高刚性运动系统。静压气浮润滑支撑，当高压气体通过气浮轴承中的节流孔和压力腔之后，可在运动副之间表面形成具有   厚度的气膜，由于气膜具有特定压力，因此可以起到弹性支撑的作用，并且由于气体相比于固体直接接触具有小得多的粘滞摩擦阻力系数，几乎可以忽略摩擦力的影响，实现近于零摩擦的润滑。因此气浮导轨相较于传统接触式导轨的主要优点如下：
　　1)在多数情况下，气浮导轨的运动副之间摩擦力可以忽略不计，在其他条件相近的情况下可以明显提高轨迹跟踪精度和定位精度；2)气膜由于其存在弹性，可以在   程度上减轻工件表面平面度和直线度误差带来的影响，进而提高运动精度；3)使用气体作为润滑介质时，不同于传统接触式导轨的润滑，无需额外添加润滑剂，并且可以做到免维护，没有润滑介质的泄漏、污染等隐患，提高了系统的使用寿命，长期使用可以降低成本。气浮大理石平台中运动机构的形式也在很大程度上决定了系统能否实现高加速度运动。
　　直线伺服驱动系统性能影响因素：
　　在将运动大理石平台设计完成并选择好直线伺服驱动系统的各部件后，大理石平台所能达到的理论性能就确定了。实际应用中由于存在大量不确定性因素和各种扰动，系统的实际性能很难达到理论性能。影响系统性能的主要因素如下：
　　1)摩擦力
　　在使用传统导轨而非气浮或磁浮的大理石平台中，摩擦力是影响定位精度和跟踪误差的主要扰动因素，尤其静摩擦带来的非线性现象会对低速运动定位精度和换向过程中的跟踪误差带来严重影响。
　　2)外部扰动
　　系统运动中负载的变化和环境中的振动、温度等变化也会给系统带来扰动，这就需要控制系统有较强的抗干扰能力，在   程度的干扰下能维持运动性能。
　　3)模型误差
　　在设计控制器时通常会考虑到系统模型，系统模型若采用辨识   ，那么与实际模型之间必然存在误差，也有可能会影响基于模型设计的控制器的效果。
　　4)   扰动
　　实际应用的数字控制系统都存在采样时间的问题，采样时间不可能做到小，因此在采样时间间隔中必然存在控制信号和反馈信号双向传递的滞后，运动过程中的扰动不能被及时发现和补偿，从而使系统的响应性能恶化。
　　5)耦合扰动
　　在多轴运动系统中通常有耦合现象，如X轴与Y轴相互垂直的运动轨迹，两轴同时运动时必然会相互影响，这也是一个不可忽视的因素。
　　6)直线电机自身问题
　　直线电机由于其结构的原因存在力波纹和端部效应两种主要扰动。力波纹来源有两方面，齿槽推力和磁阻力，前者是由于永磁体定子与动子铁心相互作用产生，无论电枢电流存在与否，只要定子与动子存在相对运动就会产生齿槽推力；后者是由于直线电机绕组自感应变化而引起力常数变化而产生的扰动。
　　旋转电机由于磁场封闭于电机内部不会对外界造成影响，不存在端部效应，而直线电机是开放式的，其磁场也是敞开的，在直线电机两端气隙磁场产生畸变，进而影响工作性能。在实际应用中可以适当避免直线电机运动至   行程位置来回避端部效应。
　　可见，如何很好的这些扰动对于系统   终能达到的运动性能有关键作用。需要对扰动进行分析，找出其中影响较大的因素，忽略影响较小的因素，有针对性的去用相关控制策略扰动。