CN112610604A - 一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：在整个有效行程范围内，不同位置所需要的校准力是不同的，通过逐点测量误差及刚度，采用一定的力‑位移转换算法，实现误差补偿；在大幅度降低制造难度的前提下，减少误差及提高刚度。

Description

一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法
技术领域
本发明涉及气磁混合支承，具体涉及一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法。
背景技术
在超精密机床、计量仪器和大科学装置用精密姿态调整机构等超精密工程应用领域，需要用到超精密气体静压支承。为实现超高精度控制需求，目前，工程实施过程中，有3种技术可实现。
1)气体静压支承技术
采用超精密气体静压支承技术，可实现超高精度控制需求，在加工制造上，需要将轴承、导轨等气体静压支承功能部件研磨到极高的精度。
2)气体流量闭环控制气体静压支承技术
在气体静压支承的基础上，增加节流控制和位置反馈模块，通过闭环控制，实现超高精度控制需求。其具体原理为，通过位移传感器检测径向位移，并分离出气体静压支承误差，根据一定的控制算法生成控制信号，经过放大器放大后，送给控制阀，调节节流孔节流作用，改变气体压场分布，从而控制气膜合力的大小和方向，提高气体静压支承精度。
3)电磁力闭环控制气体静压支承技术
在气体静压支承基础上，增加电磁支承和位置反馈模块，通过闭环控制，实现超高精度控制需求。其具体原理为，通过位移传感器检测位移量(回转运动的径向位移、轴向位移，直线运动的法向位移)，并分离出误差，根据一定的控制算法生成控制信号，经过放大器放大后，送给电磁支承，闭环调节电磁支承对转子或导轨的电磁吸力，提高气体静压支承精度。
要实现超高精度控制需求，对于无主动控制的超精密气体静压支承，要求极高的研磨精度，制造成本极高且极难实现；对于采用闭环主动控制(节流控制或电磁力控制)的超精密气体静压支承，需要反馈系统，并对位移信号进行处理，不仅系统结构复杂，控制也复杂，可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，目的在于提供一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，解决非主动控制型气体静压支承的加工制造难度高、闭环主动控制型气体静压支承结构及其控制复杂且可靠性低的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
进一步的，根据各个位置的误差及刚度，采用力-位移转换算法，控制器输出相应的电磁力，实现误差补偿。
进一步的，具体步骤包括静态校准：驱动支承到各个位置，保持静止状态；逐点测量气浮支承刚度；逐点测量误差；根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
进一步的，具体步骤包括动态校准：逐点测量气浮支承刚度；驱动支承连续运动；连续测量各个位置的误差；根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
进一步的，具体步骤包括：
1)静态校准；
a.驱动支承到各个位置，保持静止状态；b.逐点测量气浮支承刚度；c.逐点测量误差；d.根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准；
2)动态校准
e.驱动支承连续运动；f.连续测量各个位置的误差；g.根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
进一步的，所述的支承为转台或导轨。
进一步的，所述的误差为回转误差、直线度误差、轴摆误差中的至少一种。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、在整个有效行程范围内，不同位置所需要的校准力是不同的，通过逐点测量误差及刚度，采用一定的力-位移转换算法，实现误差补偿；
2、在大幅度降低制造难度的前提下，减少误差及提高刚度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明刚度曲线测量示意图
图2是本发明误差曲线测量示意图。
图3是经过开环控制后的误差曲线校准图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，具体为气磁混合支承开环控制方法，依次进行静态校准和动态校准，包括如下步骤：
1)静态校准
a.驱动转台或导轨到各个位置，保持静止状态；
b.逐点测量气浮支承刚度，多点拟合平滑刚度曲线，如图1所示；
c.逐点测量回转误差、直线度误差、轴摆误差中的至少一种，多点拟合平滑误差曲线，如图2所示；
d.根据各个位置的回转误差、直线度误差、轴摆误差及刚度，采用力-位移转换算法，控制器输出相应的电磁力，逐点对回转误差、直线度误差、轴摆误差进行校准，通过电磁力校准误差，误差大幅度降低，形成波动平缓的误差曲线，如图3所示。
2)动态校准
e.驱动转台或导轨连续运动；
f.连续测量各个位置的回转误差、直线度误差、轴摆误差中的至少一种；
g.根据各个位置的回转误差、直线度误差、轴摆误差及刚度，采用力-位移转换算法，控制器输出相应的电磁力，逐点对回转误差、直线度误差、轴摆误差进行校准。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于：根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
2.根据权利要求1所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于：根据各个位置的误差及刚度，采用力-位移转换算法，控制器输出相应的电磁力，实现误差补偿。
3.根据权利要求1所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于，具体步骤包括静态校准：驱动支承到各个位置，保持静止状态；逐点测量气浮支承刚度；逐点测量误差；根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
4.根据权利要求1所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于，具体步骤包括动态校准：逐点测量气浮支承刚度；驱动支承连续运动；连续测量各个位置的误差；根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
5.根据权利要求1所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于，具体步骤包括：
1)静态校准；
a.驱动支承到各个位置，保持静止状态；
b.逐点测量气浮支承刚度；
c.逐点测量误差；
d.根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准；
2)动态校准
e.驱动支承连续运动；
f.连续测量各个位置的误差；
g.根据各个位置的误差及刚度，控制器输出相应的电磁力，逐点对误差进行校准。
6.根据权利要求3、4或5所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于：所述的支承为转台或导轨。
7.根据权利要求1～5任一所述的基于电磁力调节的气磁混合支承误差补偿方法，其特征在于：所述的误差为回转误差、直线度误差、轴摆误差中的至少一种。
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