CN104834321A - 高加速气悬浮系统的精确定位控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高加速气悬浮系统的精确定位控制器及其控制方法涉及用于IC封装、激光加工和光学检测设备应用的定位控制设备及控制方法，包括控制操作系统、运动控制卡、直线电机驱动系统和精密气悬浮平台，所述的直线电机驱动系统包括有直线电机、位置传感器和驱动器，该直线电机驱动系统设在精密气悬浮平台上，控制精密气悬浮平台的位移功能；所述的操作系统通过运动控制卡与直线电机驱动系统相互连接建立双向数据传送，形成人机对话控制定位控制器。本发明应用在IC制造、激光加工、光学检测与加工、生物制造与微机电等领域具有广泛应用前景，具有更高的精密性，可提高先进制造业的技术含量。
Description
技术领域
本发明涉及用于IC封装、激光加工和光学检测设备应用的定位控制设备及控制方法，具体涉及于一种高加速气悬浮系统的精确定位控制器及其控制方法。
背景技术
精密制造业的持续发展离不开先进的制造工艺、技术和装备，而我国的精密制造设备发展相对滞后于先进制造业整体发展，更明显落后于国际先进水平，究其原因，最为关键的是缺少拥有自主知识产权的核心部件与技术。高加速精密系统和控制技术就是精密制造设备的关键部件与核心技术之一，直接影响装备的工作效率和最终的产品品质，它的突破将为先进封装设备、激光加工和光学检测设备的攻关和产业化奠定基础，提升我国封装设备产业的自主创新能力。目前的IC封装、激光加工和光学检测等设备的定位控制是由电动机构驱动伺服电机进行控制，其控制性能不稳定，定位精度偏差大，且操作复杂、成本高。
发明内容
本发明的目的是，为了解决现有IC封装、激光加工和光学检测设备应用的定位控制设备及控制方法具有上述的不足之处，提供一种高加速气悬浮系统的精确定位控制器及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
高加速气悬浮系统的精确定位控制器，包括控制操作系统、运动控制卡、直线电机驱动系统和精密气悬浮平台，所述的直线电机驱动系统包括有直线电机、位置传感器和驱动器，该直线电机驱动系统设在精密气悬浮平台上，控制精密气悬浮平台的位移功能；所述的操作系统通过运动控制卡与直线电机驱动系统相互连接建立双向数据传送，形成人机对话控制定位控制器。
进一步的，所述操作系统包括有人机交互界面、数据图形显示、运动轨迹规划和抑振算法多种控制应用程序模块。
进一步的，所述直线电机驱动系统还包括有一光电反馈装置，操作系统通过光电反馈装置对控制直线电机驱动系统的工作状态反馈至操作系统。
进一步的，所述运动控制卡为带具有数据通信交互处理模块、模糊控制模块、定时数据采样模块、系统状态监测模块、干扰观测计算模块和中断响应处理模块的控制芯片。
进一步的，所述直线电机为伺服电机；位置传感器为精密光栅尺。
一种高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，该控制方法为：
一、通过位置传感器实时检测精密气悬浮平台的具体位置，并选定一运动轨迹的起点；
二、在操作系统的人机交互界面上，编写、选定或修改控制参数进行操作直线电机驱动系统控制精密气悬浮平台的运动轨迹，该控制参数通过运动控制卡传送至直线电机驱动系统；
三、精密气悬浮平台的运动轨迹状态通过光电反馈装置反馈至操作系统；
四、操作系统接收方法三反馈的工作状态，在人机交互界面进行控制直线电机驱动系统，并通过编写或修改直线电机驱动系统的直线电机、位置传感器和驱动器各种数据参数进行调整控制状态的运动轨迹；
五、运动控制卡与直线电机驱动系统建立双向数据传送，利用直线电机驱动系统的位置传感器和光电反馈装置实时观测消除干扰、传递位置、加速度、速度和电流多种信息，实现直线电机驱动系统的数据传输，并处理错误信息。
进一步的，所述人机交互界面实时显示运动轨迹、加速度和速度图形信息。
进一步的，所述精密气悬浮平台的运动轨迹通过模糊控制规则和定时数据采样方式进行计算，当所述精确定位控制器处于待机状态时，可通过模糊控制规则以及部分控制参数修改，达到纠偏功能。
进一步的，所述光电反馈装置在系统状态监测中，采用干扰观测计算和中断响应处理方式进行控制。
进一步的，所述操作系统通过人机交互界面操作和运动控制卡传送数据信息进行控制直线电机驱动系统，当精密气悬浮平台按照一定的轨迹反复运动时，由运动控制卡独立控制直线电机驱动系统实现控制精密气悬浮平台的工作状态。
本发明的有益效果：
1、本发明包括控制操作系统、运动控制卡、直线电机驱动系统和精密气悬浮平台，所述的直线电机驱动系统包括有直线电机、位置传感器和驱动器，该直线电机驱动系统设在精密气悬浮平台上，控制精密气悬浮平台的位移；所述的操作系统通过运动控制卡与直线电机驱动系统相互连接建立双向数据传送，形成人机对话控制定位控制器。由此，本发明与传统的定位控制系统相比较，具有更高的精密性，可提高先进制造业的技术含量，应用在IC制造、激光加工、光学检测与加工、生物制造与微机电等领域具有广泛应用前景。
2、本发明采用直线电机驱动系统控制精密气悬浮平台，使其控制器能在度时间达到指定速度，加速度高达3g～5g；并且位置传感器采用精密光栅尺，分辨率达到0.05um定位精度高，系最终定位精度，高达3um。
3、本发明采用精密气悬浮平台，相比传动的运动平台具有非接触式运动和表面误差均化作用能提升设备整体精度，具有近零摩擦的气浮支撑结构易于实现高速度高精度运动，无磨损和无污染特点适用于洁净要求苛刻的工作环境等优势，控制器采用人机交互界面，操作简单、方便，且成本低，相比于昂贵的国外进口精密控制器价格更具优势。
4、本发明运动控制卡与线电机驱动系统的位置传感器、驱动器和光电反馈装置建立双向数据传送进行操作，实现轨迹规划、抑振算法实现；按照命令执行控制算法，同时向驱动器发送运动命令，最终实现运动控制效果，使本发明的高加速气悬浮系统的精确定位控制更加精确，定位性能更加稳定。
附图说明
图1为本发明系统构示意图。
图2为本发明的原理方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1和图2所示的高加速气悬浮系统的精确定位控制器，包括控制操作系统1、运动控制卡2、直线电机驱动系统3和精密气悬浮平台4，所述的直线电机驱动系统3包括有直线电机31、位置传感器32和驱动器33，直线电机驱动系统3数据信号输出/输入接口通过一控制器转换接板与远动控制卡2数据信号输出/输入接口相接，该直线电机驱动系统3设在精密气悬浮平台4上，控制精密气悬浮平台4的位移功能；所述的操作系统1通过运动控制卡2与直线电机驱动系统3相互连接建立双向数据传送，形成人机对话控制定位控制器。
实施例中，所述操作系统1包括有人机交互界面11、数据图形显示12、运动轨迹规划13和抑振算法14多种控制应用程序模块。所述直线电机驱动系统3还包括有一光电反馈装置34，操作系统1通过光电反馈装置34对控制直线电机驱动系统3的工作状态反馈至操作系统1。所述直线电机31为伺服电机；位置传感器32为精密光栅尺。所述运动控制卡2为带具有数据通信交互处理模块21、模糊控制模块22、定时数据采样模块23、系统状态监测模块24、干扰观测计算模块25和中断响应处理模块26的控制芯片。
操作时，通过操作系统1的人机界面进行操作控制运动控制卡2，运动控制卡2通过直线电机驱动系统3驱动精密气悬浮平台4，实现精密气悬浮平台4的运动轨迹进行控制，控制时，由驱动器33带动直线电机31，利用位置传感器32控制精密气悬浮平台4位移进行工作，达到精确定位的功能。该定位控制器在一定时间达到指定速度，加速度高达3g～5g；并且位置传感器采用精密光栅尺，分辨率达到0.05um定位精度高，系最终定位精度高达3um。
一种高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，该控制方法为：
一、通过位置传感器32实时检测精密气悬浮平台4的具体位置，并选定一运动轨迹的起点，即在使用时，位置传感器32可选定一位置作为精密气悬浮平台4运动轨迹的起点，具体是通过运动控制卡控制直线电机驱动系统3的驱动器33和直线电机31，带动精密气悬浮平台4移动；
二、在操作系统1的人机交互界面11上，编写、选定或修改控制参数进行操作直线电机驱动系统3控制精密气悬浮平台4的运动轨迹，该控制参数通过运动控制卡2传送至直线电机驱动系统3，编写控制参数一般是在对精密气悬浮平台4新的运动轨迹进行设置；选定控制参数为对已设定精密气悬浮平台4的运动轨迹进行选用；修改控制参数为对已设定精密气悬浮平台4的运动轨迹实施进行中需要进行调整而作出的数据修改。
三、精密气悬浮平台4的运动轨迹状态通过光电反馈装置34反馈至操作系统1，反馈的数据传动至操作系统后，再由操作系统进行检测计算，实现检测精密气悬浮平台4的运动轨迹是否符合要求或作出修改调整。
四、操作系统1接收方法三反馈的工作状态，在人机交互界面11进行控制直线电机驱动系统3，并通过编写或修改直线电机驱动系统3的直线电机31、位置传感器32和驱动器33各种数据参数进行调整控制状态的运动轨迹；
五、运动控制卡2与直线电机驱动系统3建立双向数据传送，利用直线电机驱动系统3的位置传感器32和光电反馈装置34实时观测消除干扰、传递位置、加速度、速度和电流多种信息，实现直线电机驱动系统3的数据传输，并处理错误信息。
进一步的，所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法中：
人机交互界面11实时显示运动轨迹、加速度和速度图形信息，操作人可直观的查看控制器的工作状态，便于监测及改变控制参数。
所述精密气悬浮平台4的运动轨迹通过模糊控制规则和定时数据采样方式进行计算，当所述精确定位控制器处于待机状态时，可通过模糊控制规则以及部分控制参数修改，达到纠偏功能。
所述光电反馈装置34在系统状态监测中，采用干扰观测计算和中断响应处理方式进行控制。
所述操作系统1通过人机交互界面11操作和运动控制卡2传送数据信息进行控制直线电机驱动系统3，当精密气悬浮平台4按照一定的轨迹反复运动时，由运动控制卡2独立控制直线电机驱动系统3实现控制精密气悬浮平台4的工作状态。
Claims (10)
1.高加速气悬浮系统的精确定位控制器，其特征是：包括控制操作系统(1)、运动控制卡(2)、直线电机驱动系统(3)和精密气悬浮平台(4)，所述的直线电机驱动系统(3)包括有直线电机(31)、位置传感器(32)和驱动器(33)，该直线电机驱动系统(3)设在精密气悬浮平台(4)上，控制精密气悬浮平台(4)的位移功能；所述的操作系统(1)通过运动控制卡(2)与直线电机驱动系统(3)相互连接建立双向数据传送，形成人机对话控制定位控制器。
2.根据权利要求1所述的高加速气悬浮系统的精确定位控制器，其特征是：所述操作系统(1)包括有人机交互界面(11)、数据图形显示(12)、运动轨迹规划(13)和抑振算法(14)多种控制应用程序模块。
3.根据权利要求1所述的高加速气悬浮系统的精确定位控制器，其特征是：所述直线电机驱动系统(3)还包括有一光电反馈装置(34)，操作系统(1)通过光电反馈装置(34)对控制直线电机驱动系统(3)的工作状态反馈至操作系统(1)。
4.根据权利要求1所述的高加速气悬浮系统的精确定位控制器，其特征是：所述运动控制卡(2)为带具有数据通信交互处理模块(21)、模糊控制模块(22)、定时数据采样模块(23)、系统状态监测模块(24)、干扰观测计算模块(25)和中断响应处理模块(26)的控制芯片。
5.根据权利要求1所述的高加速气悬浮系统的精确定位控制器，其特征是：所述直线电机(31)为伺服电机；位置传感器(32)为精密光栅尺。
6.一种权利要求1-5任一所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，其特征是：该控制方法为：
一、通过位置传感器(32)实时检测精密气悬浮平台(4)的具体位置，并选定一运动轨迹的起点；
二、在操作系统(1)的人机交互界面(11)上，编写、选定或修改控制参数进行操作直线电机驱动系统(3)控制精密气悬浮平台(4)的运动轨迹，该控制参数通过运动控制卡(2)传送至直线电机驱动系统(3)；
三、精密气悬浮平台(4)的运动轨迹状态通过光电反馈装置(34)反馈至操作系统(1)；
四、操作系统(1)接收方法三反馈的工作状态，在人机交互界面(11)进行控制直线电机驱动系统(3)，并通过编写或修改直线电机驱动系统(3)的直线电机(31)、位置传感器(32)和驱动器(33)各种数据参数进行调整控制状态的运动轨迹；
五、运动控制卡(2)与直线电机驱动系统(3)建立双向数据传送，利用直线电机驱动系统(3)的位置传感器(32)和光电反馈装置(34)实时观测消除干扰、传递位置、加速度、速度和电流多种信息，实现直线电机驱动系统(3)的数据传输，并处理错误信息。
7.根据权利要求6所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，其特征是：所述人机交互界面(11)实时显示运动轨迹、加速度和速度图形信息。
8.根据权利要求6所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，其特征是：所述精密气悬浮平台(4)的运动轨迹通过模糊控制规则和定时数据采样方式进行计算，当所述精确定位控制器处于待机状态时，可通过模糊控制规则以及部分控制参数修改，达到纠偏功能。
9.根据权利要求6所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，其特征是：所述光电反馈装置(34)在系统状态监测中，采用干扰观测计算和中断响应处理方式进行控制。
10.根据权利要求6所述高加速气悬浮系统的精确定位控制器控制方法，其特征是：所述操作系统(1)通过人机交互界面(11)操作和运动控制卡(2)传送数据信息进行控制直线电机驱动系统(3)，当精密气悬浮平台(4)按照一定的轨迹反复运动时，由运动控制卡(2)独立控制直线电机驱动系统(3)实现控制精密气悬浮平台(4)的工作状态。
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