高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于IC封裝、激光加工和光學檢測設備應用的定位控制設備及控制方法，具體涉及于一種高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]精密制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展離不開先進的制造工藝、技術和裝備，而我國的精密制造設備發(fā)展相對滯后于先進制造業(yè)整體發(fā)展，更明顯落后于國際先進水平，宄其原因，最為關鍵的是缺少擁有自主知識產(chǎn)權的核心部件與技術。高加速精密系統(tǒng)和控制技術就是精密制造設備的關鍵部件與核心技術之一，直接影響裝備的工作效率和最終的產(chǎn)品品質(zhì)，它的突破將為先進封裝設備、激光加工和光學檢測設備的攻關和產(chǎn)業(yè)化奠定基礎，提升我國封裝設備產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力。目前的IC封裝、激光加工和光學檢測等設備的定位控制是由電動機構(gòu)驅(qū)動伺服電機進行控制，其控制性能不穩(wěn)定，定位精度偏差大，且操作復雜、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，為了解決現(xiàn)有IC封裝、激光加工和光學檢測設備應用的定位控制設備及控制方法具有上述的不足之處，提供一種高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn):
[0005]高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器，包括控制操作系統(tǒng)、運動控制卡、直線電機驅(qū)動系統(tǒng)和精密氣懸浮平臺，所述的直線電機驅(qū)動系統(tǒng)包括有直線電機、位置傳感器和驅(qū)動器，該直線電機驅(qū)動系統(tǒng)設在精密氣懸浮平臺上，控制精密氣懸浮平臺的位移功能；所述的操作系統(tǒng)通過運動控制卡與直線電機驅(qū)動系統(tǒng)相互連接建立雙向數(shù)據(jù)傳送，形成人機對話控制定位控制器。
[0006]進一步的，所述操作系統(tǒng)包括有人機交互界面、數(shù)據(jù)圖形顯示、運動軌跡規(guī)劃和抑振算法多種控制應用程序模塊。
[0007]進一步的，所述直線電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括有一光電反饋裝置，操作系統(tǒng)通過光電反饋裝置對控制直線電機驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)反饋至操作系統(tǒng)。
[0008]進一步的，所述運動控制卡為帶具有數(shù)據(jù)通信交互處理模塊、模糊控制模塊、定時數(shù)據(jù)采樣模塊、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊、干擾觀測計算模塊和中斷響應處理模塊的控制芯片。
[0009]進一步的，所述直線電機為伺服電機；位置傳感器為精密光柵尺。
[0010]一種高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器控制方法，該控制方法為:
[0011]一、通過位置傳感器實時檢測精密氣懸浮平臺的具體位置，并選定一運動軌跡的起點；
[0012]二、在操作系統(tǒng)的人機交互界面上，編寫、選定或修改控制參數(shù)進行操作直線電機驅(qū)動系統(tǒng)控制精密氣懸浮平臺的運動軌跡，該控制參數(shù)通過運動控制卡傳送至直線電機驅(qū)動系統(tǒng)；
[0013]三、精密氣懸浮平臺的運動軌跡狀態(tài)通過光電反饋裝置反饋至操作系統(tǒng)；
[0014]四、操作系統(tǒng)接收方法三反饋的工作狀態(tài)，在人機交互界面進行控制直線電機驅(qū)動系統(tǒng)，并通過編寫或修改直線電機驅(qū)動系統(tǒng)的直線電機、位置傳感器和驅(qū)動器各種數(shù)據(jù)參數(shù)進行調(diào)整控制狀態(tài)的運動軌跡；
[0015]五、運動控制卡與直線電機驅(qū)動系統(tǒng)建立雙向數(shù)據(jù)傳送，利用直線電機驅(qū)動系統(tǒng)的位置傳感器和光電反饋裝置實時觀測消除干擾、傳遞位置、加速度、速度和電流多種信息，實現(xiàn)直線電機驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，并處理錯誤信息。
[0016]進一步的，所述人機交互界面實時顯示運動軌跡、加速度和速度圖形信息。
[0017]進一步的，所述精密氣懸浮平臺的運動軌跡通過模糊控制規(guī)則和定時數(shù)據(jù)采樣方式進行計算，當所述精確定位控制器處于待機狀態(tài)時，可通過模糊控制規(guī)則以及部分控制參數(shù)修改，達到糾偏功能。
[0018]進一步的，所述光電反饋裝置在系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測中，采用干擾觀測計算和中斷響應處理方式進行控制。
[0019]進一步的，所述操作系統(tǒng)通過人機交互界面操作和運動控制卡傳送數(shù)據(jù)信息進行控制直線電機驅(qū)動系統(tǒng)，當精密氣懸浮平臺按照一定的軌跡反復運動時，由運動控制卡獨立控制直線電機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)控制精密氣懸浮平臺的工作狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1、本發(fā)明包括控制操作系統(tǒng)、運動控制卡、直線電機驅(qū)動系統(tǒng)和精密氣懸浮平臺，所述的直線電機驅(qū)動系統(tǒng)包括有直線電機、位置傳感器和驅(qū)動器，該直線電機驅(qū)動系統(tǒng)設在精密氣懸浮平臺上，控制精密氣懸浮平臺的位移；所述的操作系統(tǒng)通過運動控制卡與直線電機驅(qū)動系統(tǒng)相互連接建立雙向數(shù)據(jù)傳送，形成人機對話控制定位控制器。由此，本發(fā)明與傳統(tǒng)的定位控制系統(tǒng)相比較，具有更高的精密性，可提高先進制造業(yè)的技術含量，應用在IC制造、激光加工、光學檢測與加工、生物制造與微機電等領域具有廣泛應用前景。
[0022]2、本發(fā)明采用直線電機驅(qū)動系統(tǒng)控制精密氣懸浮平臺，使其控制器能在度時間達到指定速度，加速度高達3g?5g ;并且位置傳感器采用精密光柵尺，分辨率達到0.05um定位精度高，系最終定位精度，高達3um。
[0023]3、本發(fā)明采用精密氣懸浮平臺，相比傳動的運動平臺具有非接觸式運動和表面誤差均化作用能提升設備整體精度，具有近零摩擦的氣浮支撐結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)高速度高精度運動，無磨損和無污染特點適用于潔凈要求苛刻的工作環(huán)境等優(yōu)勢，控制器采用人機交互界面，操作簡單、方便，且成本低，相比于昂貴的國外進口精密控制器價格更具優(yōu)勢。
[0024]4、本發(fā)明運動控制卡與線電機驅(qū)動系統(tǒng)的位置傳感器、驅(qū)動器和光電反饋裝置建立雙向數(shù)據(jù)傳送進行操作，實現(xiàn)軌跡規(guī)劃、抑振算法實現(xiàn)；按照命令執(zhí)行控制算法，同時向驅(qū)動器發(fā)送運動命令，最終實現(xiàn)運動控制效果，使本發(fā)明的高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制更加精確，定位性能更加穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的原理方框圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]參照圖1和圖2所示的高加速氣懸浮系統(tǒng)的精確定位控制器，包括控制操作系統(tǒng)1、運動控制卡2、直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3和精密氣懸浮平臺4，所述的直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3包括有直線電機31、位置傳感器32和驅(qū)動器33，直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3數(shù)據(jù)信號輸出/輸入接口通過一控制器轉(zhuǎn)換接板與遠動控制卡2數(shù)據(jù)信號輸出/輸入接口相接，該直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3設在精密氣懸浮平臺4上，控制精密氣懸浮平臺4的位移功能；所述的操作系統(tǒng)I通過運動控制卡2與直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3相互連接建立雙向數(shù)據(jù)傳送，形成人機對話控制定位控制器。
[0029]實施例中，所述操作系統(tǒng)I包括有人機交互界面11、數(shù)據(jù)圖形顯示12、運動軌跡規(guī)劃13和抑振算法14多種控制應用程序模塊。所述直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3還包括有一光電反饋裝置34，操作系統(tǒng)I通過光電反饋裝置34對控制直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3的工作狀態(tài)反饋至操作系統(tǒng)I。所述直線電機31為伺服電機；位置傳感器32為精密光柵尺。所述運動控制卡2為帶具有數(shù)據(jù)通信交互處理模塊21、模糊控制模塊22、定時數(shù)據(jù)采樣模塊23、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊24、干擾觀測計算模塊25和中斷響應處理模塊26的控制芯片。
[0030]操作時，通過操作系統(tǒng)I的人機界面進行操作控制運動控制卡2，運動控制卡2通過直線電機驅(qū)動系統(tǒng)3驅(qū)動精密氣懸浮平臺4，實現(xiàn)精密氣懸浮平臺4的運動軌跡進行控制，控制時，由驅(qū)動器33帶動直線電機31，利用位置傳感器32控制精密氣懸浮平臺4位移進行工作，達到精確定位的功能。該定位控制器在一定時間達到指定速度，加速度高達