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申请/专利权人：安徽理工大学

摘要：本发明公开一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动工作台及其控制方法，属于精密加工技术领域。包括底座、棱条、外磁轭、弧形永磁体、宏动线圈、宏动线圈架、内磁轭、导磁环、宏微结合架、后直线轴承、输出杆、输出轴套、外支架、前直线轴承、隔磁筒、碟簧、导磁块、GMM棒、微动线圈架、微动磁轭套筒、微动线圈、后顶杆、后端盖、底盘卡座、运动平台连接器、运动平台、导轨、光栅位移传感器。通过调节宏动线圈的电流大小，改变其所受的安培力，实现工作台在轴向上的高速运动。通过调节微动线圈的电流大小，改变作用于GMM棒的激励磁场大小，控制GMM棒的形变，补偿运动误差，实现高速精密定位。

主权项：1.一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动工作台控制方法，其特征在于采用以下工作台：包括底座1、棱条2、外磁轭3、弧形永磁体4、宏动线圈5、宏动线圈架6、内磁轭7、导磁环8、宏微结合架9、后直线轴承10、输出杆11、输出轴套12、外支架13、前直线轴承14、隔磁筒15、碟簧16、导磁块17、GMM棒18、微动线圈架19、微动磁轭套筒20、微动线圈21、后顶杆22、后端盖23、底盘卡座24、上底盘卡座25、运动平台连接器26、运动平台27、导轨28、光栅位移传感器29；所述的底座1前端面6个环形通孔101与内磁轭7上6个螺纹孔701通过螺钉联接固定并保证同轴度，形状为工字形的宏动线圈架6套置在内磁轭7上，宏动线圈5绕制在宏动线圈架6上，宏动线圈架6端面上的6个螺纹孔601与宏微结合架9上6个螺纹孔901固定，输出轴套12上螺纹孔1201与形状为阶梯圆柱状的宏微结合架9固定，宏微结合架9底部制作有环形凹槽902，用作与隔磁筒15的端口1501相嵌，外支架13的小端端口1301的螺纹孔1302与前直线轴承14的螺纹孔1401固定联接，输出杆11由前直线轴承14引出再与运动平台连接器26通过运动平台连接器26上2个侧方通孔2601用螺钉固定，外支架13大端端口1303上的通孔1304与外磁轭3上的螺纹孔303固定，底盘卡座24通过其上6个螺纹孔2401与底座1上6个螺纹孔102固定，底盘卡座24上方4个螺纹孔2402与上底盘卡座25的4个沉头孔2501固定，外支架13的小端端口1301被固定在上底盘卡座25和底盘卡座24之间，运动平台连接器26的4个螺纹孔2602与运动平台27上4个沉头孔2701固定，运动平台27与底盘卡座24间联接了一对导轨28来减小运动平台运动时产生的摩擦力，导轨28通过一列通孔2801和一列沉头孔2802分别与运动平台27上3个螺纹孔2702和底盘卡座24上3个螺纹孔2403固定，底盘卡座24上安装了光栅位移传感器29；宏动部分包括棱条2、外磁轭3、弧形永磁体4、宏动线圈5、宏动线圈架6、内磁轭7、导磁环8、宏微结合架9，外磁轭3上环状对称分布了6列通孔302用来与6根尼龙材质的棱条2上的通孔201用销固定，6根棱条2之间固定了弧形永磁体4来提供恒定的径向磁场，外磁轭3与内磁轭7焊接为一体保证了同轴度，宏动线圈架6安装在内磁轭7与外磁轭3之间，保证其轴向运动时宏动部分可以带动微动部分一起运动，内磁轭7底端端口702与后端盖23的底部2301嵌套，后端盖23的头部2302穿过底座1上的通孔104，底座1上环状分布的6个螺纹孔103与后端盖23上对应的6个螺纹孔2303和内磁轭7上6个螺纹孔703固定，后端盖23的头部2302上的螺纹孔2304与后直线轴承10上的螺纹孔1001固定；微动结构安装在内磁轭7内，包括导磁环8、输出杆11、输出轴套12、隔磁筒15、碟簧16、导磁块17、GMM棒18、微动线圈架19、微动磁轭套筒20、微动线圈21、后顶杆22，内磁轭7内安装着隔磁筒15来减小宏微磁路相互造成的干扰，隔磁筒15内嵌套着微动磁轭套筒20，微动磁轭套筒20内嵌套着形状为工字形的微动线圈架19，上面绕制着微动线圈21，GMM棒18两端分别联接了一个导磁块17，导磁块17呈有圆弧缺口的圆柱状，GMM棒18两端通过导磁块17和后顶杆22、输出杆11保持同轴联接，其中输出杆11的键轴1101嵌入导磁环8的阶梯孔801中，碟簧16安装在输出杆11的键轴1101和导磁环8之间用来吸收载荷，使运动更加平稳，后顶杆22通过后直线轴承10被引出，宏动线圈架6上的弧形缺口602、导磁环8上的通孔802、宏微结合架9上的弧形缺口903、微动线圈架19上的弧形缺口1901和微动磁轭套筒20上的通孔2001都是为了引出内部的控制线路；所述的控制方法包括以下步骤：S1：针对宏动的大行程驱动，基于宏动部分的动态特性，设计最佳运动参数；S2：得出理想的宏动线圈5电流Imacro、速度Vmacro和位置Xmacro随时间的变化曲线Imat、Vmat和Xmat；S3：针对微动的高精度补偿，采用非线性逆模型的建模算法，建立宏微复合驱动工作台3006的非线性逆模型；S4：结合现代控制理论和反馈控制策略，制定前馈-反馈控制系统框图，形成宏动和微动输出位移的驱动控制策略；S5：根据驱动控制要求，采用基于现场可编程门阵列FPGA开发的高效精密驱动电源，简称为基于FPGA驱动电源3005，为宏微复合驱动工作台3006提供电流源，采用高速数字信号处理器TMS320F28335芯片3003为程序运行载体，编写并调试驱动控制策略的运行代码；S6：用上位机3001的LabVIEW程序和TMS320F283353003芯片的串行通信接口SCIA3003a通过RS232串口线3002建立通信，TMS320F28335芯片3003上的串行通信接口SCIB3003b通过RS232串口线3004给基于FPGA驱动电源3005发送指令控制基于FPGA驱动电源3005输出到宏微复合驱动工作台3006中的电流；S7：通过光栅位移传感器29实时监控宏微复合驱动工作台3006的实际位移X，将实际位移与理想位移进行比较，并将位移反馈信号3007通过信号转换电路3008输出到TMS320F28335芯片3003的AD采样模块3003c，再对输入到宏微复合驱动工作台3006的电流进行反馈调控，完成宏微复合定位。

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