微透鏡陣列快刀伺服加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制研究

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1、密級：非密中圖分類號：TP23碩士學(xué)位論文微透鏡陣列快刀伺服加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制研究學(xué)位類型:學(xué)術(shù)型學(xué)位學(xué)科(專業(yè)學(xué)位類別):機(jī)械工程作者姓名:丁煥琪導(dǎo)師姓名及職稱:羅善明教授實(shí)踐導(dǎo)師姓名及職稱:學(xué)院名稱:機(jī)電工程學(xué)院論文提交日期:2015年5月24日微透鏡陣列快刀伺服加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制研究學(xué)位類型:學(xué)術(shù)型學(xué)位學(xué)科(專業(yè)學(xué)位類別):機(jī)械工程作者姓名:丁煥琪作者學(xué)號:12010301010導(dǎo)師姓名及職稱:羅善明教授實(shí)踐導(dǎo)師姓名及職稱:學(xué)院名稱:機(jī)電工程學(xué)院論文提交日期:2015年5月24日學(xué)位授予單位:湖南科技大學(xué)StudyonDe

2、signandControloftheFastToolServoforFabricatingMicrolensarraysTypeofDegree：AcademicTypeDegreeMechanicalEngineeringDiscipline(TypeofProfessionalDegree)：Candidate：DingHuanqiStudentNumber：12010301010SupervisorandProfessionalTitle：LuoShanmingProf.PracticeMentorandProfessi

3、onalTitle：School：CollegeofMechanicalandElectricalEngineeringDate：May.24.2015University：HunanUniversityofScienceandTechnology學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承

4、擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名:日期：年月日導(dǎo)師簽名:日期：年月日摘要微透鏡陣列是指由一系列尺寸在微米級的透鏡按一定的方式排列而成的一類光學(xué)元件。近年發(fā)展起來的快刀伺服加工技術(shù)，具有加工精度高、速度快等優(yōu)勢。不僅可

5、以直接制作微透鏡陣列，而且可以制作微透鏡陣列模芯，因此，快刀伺服加工微透鏡陣列技術(shù)就成為制作微透鏡陣列的關(guān)鍵技術(shù)。論文以典型的球面微透鏡陣列的快刀伺服加工為研究對象，研制一種采用音圈電機(jī)驅(qū)動的快刀伺服車削加工系統(tǒng)，規(guī)劃微透鏡陣列快刀伺服加工刀具路徑，搭建控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)穩(wěn)定性高、跟蹤性能好的基于干擾觀測器的離散滑?？刂破?。論文所做的工作如下：(1)快刀伺服加工平臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件選型。設(shè)計(jì)快刀伺服加工平臺及隔振系統(tǒng)，設(shè)計(jì)“氣浮軸承+無框電機(jī)”和“直線電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”分別為主軸運(yùn)動和X/Z直線運(yùn)動的結(jié)構(gòu)形式；選用行程大、精度高的

6、音圈電機(jī)作為快刀伺服裝置的驅(qū)動，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為“音圈電機(jī)+氣浮導(dǎo)軌”的高頻、高速運(yùn)動形式。(2)規(guī)劃并優(yōu)化快刀伺服加工微透鏡陣列刀具加工路徑。闡述刀具加工路徑規(guī)劃流程，計(jì)算刀具加工路徑；分析微透鏡陣列快刀伺服加工刀具路徑中的過渡區(qū)域分布規(guī)律及其對工件輪廓尺寸精度的影響；提出了一種過渡區(qū)域內(nèi)的刀具加工路徑優(yōu)化方法，并采用軟件對工件加工形貌進(jìn)行仿真分析。(3)控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)及相應(yīng)硬件選型。采用下位機(jī)運(yùn)動控制器配合上位機(jī)工控機(jī)的控制形式；選用UMAC控制器作為控制系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)并選定元件型號；針對微透鏡陣列加工系統(tǒng)，采用微

7、軟基礎(chǔ)類庫(MFC)完成上位機(jī)人機(jī)界面、路徑規(guī)劃、在線指令等模塊的設(shè)計(jì)。(4)快刀伺服裝置數(shù)學(xué)模型的建立及控制器的設(shè)計(jì)。在分析快刀伺服裝置電壓平衡和力平衡的基礎(chǔ)上，建立電壓與位移傳遞函數(shù)；采用MATLAB軟件，設(shè)計(jì)離散PID控制器，采用基于干擾觀測器的離散滑?？刂品椒ǎO(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器。在空載和不同負(fù)載情況下，分析運(yùn)動系統(tǒng)的位置跟蹤誤差、超調(diào)、欠調(diào)以及振蕩等現(xiàn)象。分析結(jié)果表明，基于干擾觀測器的離散滑?？刂破鳎谖恢酶櫺阅芎涂垢蓴_性能中表現(xiàn)較好，更適合用于快刀伺服裝置的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：快刀伺服;微透鏡陣列;滑模控制;路徑規(guī)劃-

8、i-ABSTRACTThemicrolensarraythatisakindofopticalelementswhicharecomposedbyaseriesofmicrolenswhatarearrangedinacertainorder.Thefastto