[发明专利]大行程高分辨率驱动器系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

在天文物理和高能激光脉冲等研究领域，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究内容。

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。

发明内容

鉴于上述提到的问题，本发明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。

本发明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：

G(s)=X(s)U(s)=247.6s(s+120.5).]]>

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，本发明提出的驱动器的移动范围能够到达10mm，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是本发明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20μm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

本发明具体实施结合附图说明如下：