The invention discloses a detailed scheme design method and system of a dynamic driven ultra-precision motion system. The method of the present invention proposes that in any specific design stage, from the overall situation of the system, the dynamic modeling, simulation and analysis of the system scheme are carried out for the design and modification of the system scheme and/or key components, and the design process is driven by the analysis results; the modeling and imitation of the key components, subsystems and/or system scheme are carried out. True and analytical operations can be controlled and guided by corresponding processes to obtain the support of design data and tools. Using model templates, dynamic characteristics analysis and equivalent modeling of key components and/or subsystems can be completed. The system of the present invention provides tool support for the above methods, including process control and data manager, system model assembly platform, system model simulator, post-processing analysis tool set, case data management center, template management center, template generator, simulation test management center and solver.
【技术实现步骤摘要】
一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法与系统
本专利技术属于超精密运动系统设计领域，更具体地，涉及一种超精密运动系统方案的整机机电模型建模分析方法与系统实现。
技术介绍
制造装备、精密加工机床、生物医疗仪器中，超精密运动系统需要同时满足大行程、高速度、高加速度、亚微米甚至纳米级定位精度等极端运动性能要求，设计难度大，造价昂贵。如图1所示，超精密运动系统的传统设计方法包括方案概算、组件设计和系统设计三个阶段。设计者先根据运动范围和精度对概念方案进行静态估算；然后依据设计手册或参考实例，完成主要组件的设计和选型，并对组件自身的力学性能进行校核；最后进行系统设计，并通过试制、测试、改进设计来获得满足性能要求的系统详细方案。由于传统设计方法在组件设计阶段对组件的动态特性及其对系统的影响考虑不足，并缺乏对系统详细方案综合性能的全面、准确的评估，往往导致系统设计不达标，需要反复进行组件或者系统的设计修改，甚至需要多次进行物理样机的改装或重制，不仅研发周期过长，而且研发成本也居高不下。然而，超精密运动系统中应用了柔性结构件、浮动支承、直接驱动装置、高性能隔振器、高精度位...
【技术保护点】
1.一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法，其特征在于，包括概念设计阶段以及组件和系统设计阶段，在任意具体阶段中，超精密运动系统的动力学特性都必须满足相应的设计要求，其中：在概念设计阶段，对超精密运动系统的结构方案进行动力学特性分析，并对分析结果进行判定，只有分析结果满足超精密运动系统的设计要求时，才能进行组件和系统设计；在组件和系统设计阶段，针对超精密运动系统中每个或每组关键组件和/或系统方案的设计与修改，都需要及时对该关键组件和系统方案进行相应的动力学建模、仿真与分析，并对分析结果进行判定，若分析结果不满足超精密运动系统的设计要求，则修改该关键组件和/或系统方案...
【技术特征摘要】
1.一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法，其特征在于，包括概念设计阶段以及组件和系统设计阶段，在任意具体阶段中，超精密运动系统的动力学特性都必须满足相应的设计要求，其中：在概念设计阶段，对超精密运动系统的结构方案进行动力学特性分析，并对分析结果进行判定，只有分析结果满足超精密运动系统的设计要求时，才能进行组件和系统设计；在组件和系统设计阶段，针对超精密运动系统中每个或每组关键组件和/或系统方案的设计与修改，都需要及时对该关键组件和系统方案进行相应的动力学建模、仿真与分析，并对分析结果进行判定，若分析结果不满足超精密运动系统的设计要求，则修改该关键组件和/或系统方案的设计，并重新进行判定；当且仅当当前关键组件和系统方案的判定结果同时符合要求时，进入下一关键组件的设计阶段，直至完成整个系统方案及所有关键组件的设计，最终获得详细方案。2.如权利要求1所述的一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据超精密运动系统设计任务目标，参考已有的系统详细方案设计实例，完成概念设计，调用相应的模型模板，输入设计参数，得到超精密运动系统的结构方案模型，并进行动力学特性分析；若分析结果不满足超精密运动系统的设计要求，则对超精密运动系统的结构方案模型进行相应修改；(2)从超精密运动系统的结构方案中选定一个或一组关键组件或子系统，参考或重用已有的关键组件或子系统设计实例，完成关键组件或子系统的特征设计，选用相应的模型模板，输入关键组件或子系统的类型、工况参数、结构特征参数、性能特性数据，生成关键组件或子系统的等效模型；若无法直接确定性能特性数据，则可提供流程指南，引导用户按照特定的步骤，根据输入的关键组件或子系统的工况参数和结构特征参数，调用相应的参数化分析功能，进行动态特性分析，获得性能特性数据；(3)向步骤(1)生成的超精密运动系统的结构方案模型中导入步骤(2)生成的所有的关键组件和/或子系统等效模型，替换、修改以及细化结构方案模型中对应的部分，并补充创建所需的基础组件模型；定义各关键组件等效模型、子系统等效模型和/或基础组件模型间的关系，组装得到系统方案模型；(4)根据超精密运动系统的设计工况和性能要求，以及当前所处的超精密运动系统设计流程阶段，选择对应的超精密运动系统性能测试的仿真流程，对系统详细方案模型进行仿真试验，输出仿真计算原始结果；(5)基于仿真计算原始结果，根据所选择的超精密运动系统性能测试的仿真流程，分析相应的系统详细方案动力学特性和动态性能特征；(6)如果步骤(5)的分析结果不满足超精密运动系统的设计要求，返回步骤(1)修改超精密运动系统的概念设计，和/或返回步骤(2)，对超精密运动系统的关键组件和/或子系统的特征设计进行相应修改；如果步骤(5)的分析结果满足超精密运动系统的设计要求，则重复步骤(2)～(5)，直至完成所有关键组件和/或子系统的特征设计，得到完整的系统详细方案；(7)重复步骤(2)～(6)，对超精密运动系统及其关键组件和/或子系统的工况参数和结构特征参数进行进一步的细化、补充和完善，直至获得能用于进行零部件详细设计的系统详细方案。3.如权利要求2所述的一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法，其特征在于，预先设计整个流程的控制引导方案以及相关设计资料和相应工具，在步骤(1)～(6)中，根据当前所处的超精密运动系统设计流程阶段，设计者在进行关键组件、子系统和/或系统方案的建模、仿真、分析操作时，可获得对应的流程的控制引导，以及相关设计资料和相应工具的支持。4.如权利要求1～3所述的一种动力学驱动的超精密运动系统详细方案设计方法，其特征在于，关键组件包括气浮支承、运动导轨、驱动电机、减振装置、柔性机构、测量装置以及运动控制模块；子系统包括由各关键组件按照预定的组合关系组合形成的具有特定功能的系统以及其硬件的空间架构；模型模板以超精密运动系统及其关键组件、子系统和/或系统详细方案的设计特征和性能特性为输入，用于自动生成关键组件、子系统和/或系统详细方案的等效模型；关键组件、子系统的模型模板还针对性能特性无法直接确定的情况，提供流程引导，根据工况参数和结构特征参数，调用相应的参数化分析功能，用于自动分析关键组件、子系统设计实例的性能特性。...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗欣，梁承元，袁方，李雪平，姜伟，曾理湛，陈学东，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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