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Frontiers of Mechanical Engineering 2019年第3期14卷 255-272页

作者： Chengyuan LIANG Fang YUAN Xuedong CHEN Wei JIANG lizhan zeng Xin LUO State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China

Nano-precision positioning stages are characterized by rigid-flexible coupling systems. The complex dynamic characteristics of mechanical structure of a stage, which are determined by structural and dynamic parameters, exert a serious influence on the accuracy of its motion and measurement. Systematic evaluation of such influence is essential for the design and improvement of stages. A systematic approach to modeling the dynamic accuracy of a nano-precision positioning stage is developed in this work by integrating a multi-rigid-body dynamic model of the mechanical system and measurement system models. The influence of structural and dynamic parameters, including aerostatic bearing configurations, motion plane errors, foundation vibrations, and positions of the acting points of driving forces, on dynamic accuracy is investigated by adopting the H-type configured stage as an example. The approach is programmed and integrated into a software framework that supports the dynamic design of nano-precision positioning stages. The software framework is then applied to the design of a nano-precision positioning stage used in a packaging lithography machine.

关键词： nano-precision positioning stage analysis and design structural and dynamic parameters dynamic accuracy systematic modeling

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超精密气浮平台的定位精度分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2008年第3期36卷 8-11页

作者：何学明陈学东曾理湛余显忠华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室

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... 详细信息

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.

关键词：气浮平台超精密定位精度滑模控制器

基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3129-3140页

作者：陈福祥刘凯胡傲奇张昊赵烁曾理湛华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件。为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪... 详细信息

高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件。为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪声整形滤波器设计约束条件。提出通过逆全极点无限脉冲响应(IIR)滤波器获得有限脉冲响应(FIR)噪声整形滤波器的简明设计方法,仿真及实验表明,该文提出的方法可利用低阶FIR整形滤波器获得平坦的通带和高整形衰减。在不足9位的PWM中,4阶的FIR噪声整形滤波器能够恢复调制信号在10 kHz频段内约40 dB的信噪比损失。

关键词：开关功率放大器高频 PWM 噪声整形全极点滤波器信噪比

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大推力永磁同步直线电机高抗扰控制系统设计

微电机 2011年第7期44卷 41-45,67页

作者：刘巍曾理湛李小清陈学东华中科技大学武汉430070

针对大推力长行程永磁同步直线电机系统存在的较强的电气干扰及周期性推力扰动,该文进行了具有高抗扰性能的永磁同步直线电机控制系统设计。介绍了永磁同步直线电机数学模型及矢量控制原理;采用DSP+FPGA+IPM的系统架构进行了硬件设计,... 详细信息

针对大推力长行程永磁同步直线电机系统存在的较强的电气干扰及周期性推力扰动,该文进行了具有高抗扰性能的永磁同步直线电机控制系统设计。介绍了永磁同步直线电机数学模型及矢量控制原理;采用DSP+FPGA+IPM的系统架构进行了硬件设计,设计了抗扰性能强的IPM差分驱动电路及IPM保护信号滤波电路;考虑永磁同步直线电机由齿槽效应和端部效应导致的周期性推力脉动及运动的重复性,设计了重复PID速度控制器;与传统矢量控制进行了实验对比,结果验证了所设计系统的有效性。

关键词：永磁同步直线电机矢量控制重复控制

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精粗双层绕组磁浮平面电机线圈厚度影响分析

微特电机 2024年第6期52卷 1-7页

作者：赵烁曾理湛华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

新型精粗双层绕组磁浮平面电机(FCDLWMPM)利用靠近磁体的下层线圈产生加速推力、离磁体较远的上层线圈保证匀速运动精度,可兼顾光刻运动不断提升的加速度与精度要求。FCDLWMPM高加速度运动生成的铜耗和谐波力会影响系统精度,而线圈厚度... 详细信息

新型精粗双层绕组磁浮平面电机(FCDLWMPM)利用靠近磁体的下层线圈产生加速推力、离磁体较远的上层线圈保证匀速运动精度,可兼顾光刻运动不断提升的加速度与精度要求。FCDLWMPM高加速度运动生成的铜耗和谐波力会影响系统精度,而线圈厚度是影响铜耗和谐波力的关键设计参数。对FCDLWMPM进行了电磁力及铜耗建模,介绍了FCDLWMPM的电磁结构及工作模式。基于永磁阵列磁场谐波模型、洛伦兹定律,进行了单线圈电磁力解析求解,推导了DQ解耦控制下的上下层线圈阵列电磁力方程,进而得出了光刻运动下的电机铜耗方程和谐波力占比函数。求解上下层线圈厚度参数值,得到双层绕组厚度对铜耗和谐波力占比的影响规律,讨论双层绕组厚度参数的选择以有效减小铜耗和谐波力占比。

关键词：精粗双层绕组磁悬浮平面电机线圈厚度铜耗方程

基于STM32的大扭矩永磁同步电机控制系统设计

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微电机 2012年第5期45卷 36-40页

作者：王俊李小清曾理湛王玉凯华中科技大学武汉430074

针对一种应用于港口机械的大扭矩永磁同步电机直接驱动系统,本文分析了其矢量控制原理,以STM32微处理器为核心进行了控制系统软硬件设计,重点介绍了STM32处理器模块、增益可调的电流检测电路、旋转变压器接口电路、IPM驱动保护电路等的... 详细信息

针对一种应用于港口机械的大扭矩永磁同步电机直接驱动系统,本文分析了其矢量控制原理,以STM32微处理器为核心进行了控制系统软硬件设计,重点介绍了STM32处理器模块、增益可调的电流检测电路、旋转变压器接口电路、IPM驱动保护电路等的设计与实现,最后通过实验验证了控制系统的有效性。

关键词：同步电机矢量控制 STM32 增益可调

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主动隔振系统负载特征参数动态辨识方法

噪声与振动控制 2024年第6期44卷 77-83页

作者：杨恭领张争光陈鹏李小清曾理湛华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

针对主动隔振系统负载特征参数难以估计以及动态变化的问题,明确特征参数辨识对象并提出辨识方法,提升主动隔振系统的解耦控制效果。在三点支撑构型的减振系统基础上,建立主动隔振系统动力学模型和控制模型,推导动力学方程中的质量矩阵... 详细信息

针对主动隔振系统负载特征参数难以估计以及动态变化的问题,明确特征参数辨识对象并提出辨识方法,提升主动隔振系统的解耦控制效果。在三点支撑构型的减振系统基础上,建立主动隔振系统动力学模型和控制模型,推导动力学方程中的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及解耦控制模型中的转换矩阵,提出主动隔振系统重心、质量、惯量负载特征参数的辨识方法,创建基于Simulink的主动隔振系统仿真模型并对实验平台进行搭建,通过仿真和实验使辨识方法的有效性得到验证。

关键词：振动与波主动隔振解耦控制矩阵参数辨识高频激励

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比例流量阀的特性测试与实验建模

机床与液压 2014年第17期42卷 1-4页

作者：李海曾理湛周振华单玉虎华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室湖北武汉430074

根据等温容器充/放气法原理,搭建了比例流量阀的特性测试平台。对测试所获得的实验特性曲线,用小孔质量流量的近似公式加多项式修正的方法进行曲线拟合,建立了描述比例流量阀特性的实验模型。所介绍的测试方法测量装置简单,测试成本低... 详细信息

根据等温容器充/放气法原理,搭建了比例流量阀的特性测试平台。对测试所获得的实验特性曲线,用小孔质量流量的近似公式加多项式修正的方法进行曲线拟合,建立了描述比例流量阀特性的实验模型。所介绍的测试方法测量装置简单,测试成本低。所建立的实验模型已运用在减振器主动控制系统中,具有良好的控制效果。

关键词：比例流量阀流量特性测试实验建模

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零刚度磁悬浮重力补偿器的分析与改进

微电机 2021年第7期54卷 5-10页

作者：刘凯陈冬郎曾理湛华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

零刚度磁悬浮重力补偿器(ZMLGC)工作在零刚度点附近,用以平衡重力并实现超低频隔振。但是,随着ZMLGC的运动其轴向刚度增加显著,制约了隔振性能。为有效减小工作行程内轴向刚度的变化,首先基于等效电流模型分析了零刚度生成原理。然后,... 详细信息

零刚度磁悬浮重力补偿器(ZMLGC)工作在零刚度点附近,用以平衡重力并实现超低频隔振。但是,随着ZMLGC的运动其轴向刚度增加显著,制约了隔振性能。为有效减小工作行程内轴向刚度的变化,首先基于等效电流模型分析了零刚度生成原理。然后,利用椭圆积分建立了ZMLGC的磁场和电磁力解析模型,并在Matlab中编程实现。提出了不等厚的动子拓扑结构以改善气隙磁场分布,结合解析模型和有限元模型进行了结构参数设计计算。最后,搭建样机进行了静态和动态实验。结果表明,在±1 mm工作行程内,ZMLGC的最大刚度降低了四倍,达到10 N/m。

关键词：零刚度磁悬浮重力补偿器磁场解析隔振

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数字化智能排绳器的设计

工矿自动化 2014年第5期40卷 81-84页

作者：李小清余淼沈祖英陈学东曾理湛华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 南昌福瑞德科技有限公司江西南昌330001

针对应用于煤矿开采小绞车中的传统排绳机构不能长时间连续有序排绳、容易造成钢丝绳磨损甚至断绳的问题,设计了一种新型数字化智能排绳器,阐述了排绳器的基本结构、工作原理以及重要部件设计,详细分析了PID控制和前馈控制算法的实现。... 详细信息

针对应用于煤矿开采小绞车中的传统排绳机构不能长时间连续有序排绳、容易造成钢丝绳磨损甚至断绳的问题,设计了一种新型数字化智能排绳器,阐述了排绳器的基本结构、工作原理以及重要部件设计,详细分析了PID控制和前馈控制算法的实现。该排绳器采用数字化智能控制技术,实现了实时精确跟随、准确及时自动换向与误差实时补偿功能。数字化智能排绳器在煤矿小绞车中的应用实例验证了其具有良好的排绳效果。

关键词：排绳器智能控制精确跟随自动换向误差补偿