[发明专利]一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X-Y工作台及其控制方法

权利要求书

1.一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X-Y工作台，包括产品底座(1)、底盘卡座(2)、上轴承座1(3)、运动平台连接器1(4)、运动平台(5)、运动平台连接器2(6)、光栅位移传感器1(7)、套筒(8)、滑块1(9)、滑块2(10)、直线轴承底座(11)、上轴承座2(12)、光栅位移传感器2(13)、同轴集成式宏微复合驱动器(14)、前直线轴承(15)、后端盖(16)、微动磁轭筒(17)，其特征在于同轴集成式宏微复合驱动器(14)前端的6个螺纹孔(1401)与底座(1)的前端面6个环形通孔(101)通过螺栓相连接固定且保证装置在单个方向上的同轴度，底盘卡座(2)通过其上6个螺纹孔(201)与底座(1)上的6个螺纹孔(102)固定，底盘卡座(2)上方2个螺纹孔(202)与上轴承座1(3)的2个沉头螺钉(301)固定，运动平台(5)通过凹槽(501)与滑块1(9)连接，运动平台连接器1(4)上的卡扣(401)再扣在滑块1(9)上，滑块1(9)的支脚(901)卡扣在卡盘底座(2)的滑轨(203)上，起到固定、支撑、运动的作用，运动平台(5)通过凹槽(502)与滑块2(10)连接，滑块2(10)再通过两个支脚(1001)卡扣在底盘卡座(2)的滑轨(203)上，达到固定和运动的目的，运动平台(5)通过其上加工的倒T型凸台(503)与运动平台连接器2(6)上的凹槽(601)相连接，这样可以通过运动平台(5)在滑块1(9)和滑块2(10)上的滑动以及运动平台连接器2(6)在运动平台(5)上倒T型凸台(503)上的相对滑动，实现该装置在X-Y方向的运动，直线轴承底座(11)通过两个螺纹孔(1101)与产品底座(1)上的螺纹孔(103)通过螺钉连接，直线轴承底座(11)通过上部的两个螺纹孔(1102)与上轴承座2(12)的两个螺纹孔(1201)通过螺钉相连接，在运动平台(5)上安装了光栅位移传感器1(7)和光栅位移传感器2(13)。

2.根据权利要求1所述一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X-Y工作台，其特征在于：后端盖(16)的大端端口(1601)的6个螺纹孔(1602)与产品底座(1)前端的6个通孔(104)通过螺栓相连接，后端盖(16)的小端端口(1603)的6个螺纹孔(1604)与前直线轴承(15)的6个螺纹孔(1501)通过螺栓相连接，套筒(8)的大端端口(801)的6个螺纹孔(802)与微动磁轭筒(17)前端的6个螺纹孔(1701)通过螺栓相连接，套筒(8)的小端端口(803)插入前直线轴承(15)中心的通孔(1502)中，可以更好地保证该装置在单一方向上的同轴度。

3.一种面向高速精密定位的同轴集成式宏微复合驱动X-Y工作台的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：针对X-Y方向上宏动的大行程驱动，基于驱动装置宏动部分的动态特性，对每一个驱动方向设计出最佳的运动参数；

S2：得出X-Y每一个驱动方向的宏动线圈电流(I_macro)、速度(V_macro)和位置(X_macro)随着运动时间的变化曲线I_ma(t)、V_ma(t)和X_ma(t)；

S3：针对X-Y每一个驱动方向微动的高精度补偿，比较现代常用的非线性逆模型的建模算法，建立宏微复合驱动X-Y工作台的非线性逆模型；

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，实现宏动以及微动输出位移的驱动控制策略；

S5：根据驱动控制的需求，宏微复合驱动X-Y工作台提供电流源选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)，程序的运行载体采用高速数字信号处理器TMS320F28335芯片，编写并调试驱动控制策略的运行代码；

S6：用上位机的LabVIEW程序和TMS320F28335芯片的串行通信接口(SCIA)通过RS232串口线建立通信，TMS320F28335芯片上的串行通信接口(SCIB)通过RS232串口线给基于FPGA驱动电源发送指令控制基于FPGA驱动电源输出到宏微复合驱动X-Y工作台中的电流；

S7：通过两个光栅位移传感器实时监控宏微复合驱动X-Y工作台的实际位移X、Y，将实际位移X、Y与理想位移进行比较，并将位移反馈信号通过信号转换电路输出到TMS320F28335芯片的AD采样模块，在对输入到宏微复合驱动X-Y工作台的电流进行反馈调控，完成X-Y方向的宏微复合定位。