本发明专利技术公开了一种大行程高分辨率驱动器系统，其由机械驱动部分、数据采集部分和计算机控制部分三部分组成，机械驱动部分包括伺服电机等元件，伺服电机与电机支座固定，伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆相连接，滚珠丝杆穿过轴承座，丝杆螺母与螺母套的一端固定在一起，螺母套的另一端与角板固定在一起，角板固定在滑台组件上面，角板的一侧安装有顶杆，伺服电机的旋转运动能够最终转换为顶杆的直线运动；数据采集部分包括相互连接的双频激光干涉仪和数据采集卡AD口，计算机控制部分包括相互连接的工业计算机和数据采集卡DA口。本发明专利技术移动范围较大，通过初步搭建的实验平台已经能够实现100nm的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种驱动器系统，尤其是涉及一种基大行程高分辨率驱动器系统。
技术介绍
在天文物理和高能激光脉冲等研宄领域，大口径光栅的需求量越来越高。然而，利 用光栅刻划机或全息法都很难获得大口径的衍射光栅。目前采用拼接方式将两块或者以上 的小光栅来组成大光栅，并通过机械调整方法减少彼此间的位相差，已成为国内外获取大 口径光栅的重要方法。而在此过程中，如何提高驱动调整的定位精度，使得微调时的驱动的 分辨率能够达到20nm-100nm，同时调整范围能够达到毫米级，已成为其中一项的重要研宄 内容。 国内外针对大范围内高分辨率驱动器设计有很多，其中应用最多的是压电陶瓷加 滚珠丝杆的形式，但是由于压电陶瓷行程小且存在非线性、迟滞和蠕变，而需采用宏微两级 驱动方式，使得成本和控制难度大大增加；高精度的直线电机成本高，控制系统复杂；新型 的磁滞伸缩式驱动存在电磁泄露和发热等影响定位的因素存在。而在控制系统的设计中， 由于摩擦的存在，使得驱动器在宏动和微动领域存在明显的差异，新的控制理论如神经网 络和模糊控制，在解决实际问题时并没有表现出特别明显的优势。
技术实现思路
鉴于上述提到的问题，本专利技术提出了一种大行程高分辨率驱动器系统，其基于滚 珠丝杆加伺服电机并基于双频激光干涉仪进行精确的定位控制，用于实现大范围内的高精 度的驱动控制。 本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案如下：一种大行程高分辨率驱动器系 统，其特征在于，其由机械驱动部分、数据采集部分和计算机控制部分三部分组成，机械驱 动部分包括伺服电机、电机支座、联轴器、轴承座、滚珠丝杆、丝杆螺母、螺母套、角板、滑台 组件，伺服电机与电机支座固定，伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆相连接，滚珠丝 杆穿过轴承座，丝杆螺母与螺母套的一端固定在一起，螺母套的另一端与角板固定在一起， 角板固定在滑台组件上面，角板的一侧安装有顶杆，伺服电机的旋转运动能够最终转换为 顶杆的直线运动；数据采集部分包括相互连接的双频激光干涉仪和数据采集卡AD 口，计算 机控制部分包括相互连接的工业计算机和数据采集卡DA 口。 进一步地，所述数据采集部分采集到的模拟量信号，通过数据采集卡AD 口转换为 数字量输入到工业计算机中，在工业计算机根据检测的位移量，再计算出伺服电机的控制 量大小，并通过数据采集卡DA 口完成伺服电机的输出控制。 进一步地，所述大行程高分辨率驱动器系统的数学模型通过系统辨识实验来获取 辨识的传递函数为如下式： 与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：一，本专利技术提出的驱动器的移动范 围能够到达1〇_，结合高精度传感器能够实现大行程中的精确定位。二，性价比高，运动刚 度较好。三，通过控制算法的优化，能够方便提高驱动的分辨率，而无需更改驱动器的硬件 结构。【附图说明】 图1是本专利技术大行程高分辨率驱动器系统的机械驱动部分的结构示意图。 图2是驱动器的理论数学模型的示意图。 图3是系统的整体控制示意图。 图4是设计的控制器的基本结构的示意图。 图5是驱动器的1mm阶跃响应实验结果的示意图。 图6是驱动器的20 ym阶跃响应结果的示意图。 图7是驱动器的100nm阶跃响应结果的示意图。【具体实施方式】 本专利技术具体实施结合【附图说明】如下： 本实施实例中的大行程高分辨率驱动器系统的结构参见图1。本专利技术大行程高分 辨率驱动器系统的机械驱动部分包括伺服电机1、电机支座2、联轴器3、轴承座4、滚珠丝杆 5、丝杆螺母6、螺母套7、角板8、滑台组件10,伺服电机1与电机支座2固定，伺服电机1的 输出轴通过联轴器3与滚珠丝杆5相连接，滚珠丝杆5穿过轴承座4,丝杆螺母6与螺母套 7的一端固定在一起，螺母套7的另一端与角板8固定在一起，而角板8固定在滑台组件10 上面，角板8的一侧安装有顶杆9,伺服电机的旋转运动能够最终转换为顶杆的直线运动。 滚珠丝杆的螺旋副组件通过角板安装于滑台组件，用于保证输出的直线导向作用，通过顶 杆实现最终的驱动运动。 本实施实例中的驱动器的理论数学模型如图2所示，其中输出控制电压V，转化为 伺服电机输出力矩T app，并驱动伺服电机转动，丝杆螺母副可以等效为一个弹簧阻尼系统， 最终伺服电机的转动通过丝杆螺母副转化驱动为顶杆的直线位移X。其中各参数代表的含 义为如表1所示： 表 1 本实例中的整体控制示意图如图3所示，本专利技术大行程高分辨率驱动器系统是由 机械驱动部分、数据采集部分和计算机控制部分三部分组成，数据采集部分包括相互连接 的双频激光干涉仪和数据采集卡AD 口，计算机控制部分包括相互连接的工业计算机和数 据采集卡DA 口，双频激光干涉仪固定在机械驱动部分的直线驱动方向上，其发射的激光束 通过安装在角板上的反射棱镜11返回，并与入射光束在分光镜上产生干涉条纹，并通过双 频激光干涉仪的模拟量输出口输出。其中为了实现驱动器末端的位置检测，使用具有纳米 级分辨率的双频激光干涉仪作为位置反馈环节，双频激光干涉仪发出的激光通过安装于驱 动器机械结构上的反射棱镜反射并形成干涉条纹，进而在内部处理器的作用下转换为模拟 量输出。数据采集部分采集到的模拟量信号，通过数据采集卡的AD通道（即数据采集卡AD 口）转换为数字量输入到工业计算机中，在工业计算机根据检测的位移量，再计算出伺服 电机的控制量大小，并通过数据采集卡的DA通道（即数据采集卡DA 口）完成伺服电机的 输出控制。 为了得到本发当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大行程高分辨率驱动器系统，其特征在于，其由机械驱动部分、数据采集部分和计算机控制部分三部分组成，机械驱动部分包括伺服电机、电机支座、联轴器、轴承座、滚珠丝杆、丝杆螺母、螺母套、角板、滑台组件，伺服电机与电机支座固定，伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆相连接，滚珠丝杆穿过轴承座，丝杆螺母与螺母套的一端固定在一起，螺母套的另一端与角板固定在一起，角板固定在滑台组件上面，角板的一侧安装有顶杆，伺服电机的旋转运动能够最终转换为顶杆的直线运动；数据采集部分包括相互连接的双频激光干涉仪和数据采集卡AD口，计算机控制部分包括相互连接的工业计算机和数据采集卡DA口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张东亚，钱晋武，章亚男，沈林勇，王成刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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