的解析解 。 工程计算方法设计的空气轴承静态特
１ 引 言
精密定位技术是精密工程领域的一项关键技 电子 术 。 随着先进 电 子 制 造 特 征 尺 寸 越 来 越 小 ， 制造 设 备 中 的 运 动 平 台 都 需 要 达 到 ０． １～１ μ ｍ 亚微米 、 微米级的定位精度
［ １ ２］
图 １ 止推气体轴承及其网格划分 Ｆ ｉ ． １ Ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｒｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓｇ ｒ ｉ ｄｐ ｌ ｏ ｔ ｉ ｎ ｇ ｇａ ｇ
性存在较大的误 差 ， 而且对于结构形状或流动状 态比较复杂的轴承或要求知道轴承压力分布的场 合， 工程计算方法无法实现 。 有限元计算方法是直接从雷诺方程出发进行 编程计算 ， 利用 计 算 机 来 求 解 气 膜 压 力 场 内 的 离 散压力值 ， 通过 Ｃ Ａ Ｄ 来实现气体轴承的静态设 计， 是空气轴 承 设 计 的 一 个 新 方 法 。 采 用 有 限 元 计算方法可以精确得到空气轴承内气膜压力的分 布情况和静态特性 。 小孔节流式气浮导轨静压止推气体轴承结构 和有限元计算网格划分如图 １ 所示 。
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线 电 机 驱 动 的 Ｈ 型 气 浮 工 作 台 的 开发应用为目的 ， 研究提到的两个关键技术问题 。 首先 ， 采用有限元计算方法设计气浮导轨 ， 分析了 并采用不同预加载 气浮导轨气膜内 的 压 力 分 布 ， 技术 来 设 计 高 承 载 能 力、 高 刚 度 的 气 浮 导 轨； 然 后， 对于工作台双边直线电机的同步控制问题 ， 在 设计了基于速度同 传统并联同步控 制 的 基 础 上 ， 步偏差的同步误 差 补 偿 器 ， 为了消除工作台运动 过程中结构参数 变 化 对 控 制 性 能 的 影 响 ， 采用模 糊Ｐ 在线自适应整定 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 ， Ｉ Ｄ 控制器参数 。
第１ ５卷 第１ ０期 ２ ０ ０ ７年１ ０月
光学 精密工程
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文章编号 １ ） ０ ０ ４ ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ ０ ７ １ ０ １ ５ ４ ０ ０ ７
修订日期 ： ２ ０ ０ ７ ０ １ ２ ２； ２ ０ ０ ７ ０ ６ ２ ９． 收稿日期 ： 国家自然科学基金资助项目 （ ） Ｎ ｏ ． ５ ０ ３ ９ ０ ０ ６ ３ 基金项目 ：
第１ ０期
等： 直线电机驱动的 Ｈ 型气浮导轨运动平台 刘 强 ，
１ ５ ４ １
。 由于直线电 机驱
动的气浮定位平台集中体现了直线电机和空气轴 承的优点 ， 真正实现了无摩擦和 “ 零传动 ” ， 被越来 越多地应用到如 光 刻 、 大面板液晶显示器制造和 检测 、 光学扫描检测等设备中 。 但是 ， 静 压 气 浮 导 轨 具 有 承 载 能 力 低、 刚度 低、 稳定性差等缺点 ， 常用的工程方法计算的气浮
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直线电机驱动的 犎 型气浮导轨运动平台
刘 强１， 张从鹏２
（ 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院 ，北京 １ 北方工业大学 机电工程学院 ， 北京 １ ） １． ０ ０ ０ ８ ３； ２． ０ ０ ０ ４ １
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 分析了气膜压力场的分布情况 ， 采用 预 加 载 技 术 提 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 ， 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 ， 犡、 犢 导轨的竖直方向静刚度为 ２ ／ ／ 采用 ７ ６． ９Ｎ ｍ 和３ ３ ３． ３Ｎ ｍ。 设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同 步 控 制 器 ， μ μ 模糊控制实现 Ｐ 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 Ｉ Ｄ 参数的自适应在线整定 。 运动实验表明 ， 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 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 。 强、 关 键 词： 直线电机 ； 同步控制 ； 气浮导轨 ； 预加载 Ｈ 型运动平台 ； 中图分类号 ： ＴＨ １ ３ ３． ３ ５； Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ