超精密氣浮定位工作臺技:氣浮系統(tǒng)動力學(xué)與控制

本書可作為數(shù)字制造設(shè)備、精密加工設(shè)備、精密測量儀器、生物醫(yī)藥裝備等行業(yè)科研技術(shù)人員的參考書，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材。

0 緒論

0.1 超精密氣浮定位工作臺簡介

0.2 超精密定位工作臺的發(fā)展概況0.2.1 超精密定位工作臺的發(fā)展過程

0.2.2 國外超精密定位工作臺技術(shù)的現(xiàn)狀

0.2.3 國內(nèi)超精密定位工作臺技術(shù)的現(xiàn)狀

0.3 超精密定位工作臺的關(guān)鍵技術(shù)

0.3.1 定位工作臺的直線導(dǎo)向技術(shù)

0.3.2 定位工作臺的控制技術(shù)

0.3.3 定位工作臺的驅(qū)動技術(shù)

0.3.4 定位工作臺的測量技術(shù)

0.3.5 定位工作臺的材料

0.4 本書的研究目的和主要內(nèi)容

0.4.1 本書的研究目的

0.4.2 本書的主要內(nèi)容

1 永磁同步直線電動機(jī)的基本原理及其控制

1.1 永磁同步直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1.1 基本結(jié)構(gòu)

1.1.2 工作原理

1.2 直線電動機(jī)的建模與分析

1.2.1 永磁同步直線電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型

1.2.2 永磁同步直線電動機(jī)中的磁場

1.2.3 永磁同步直線電動機(jī)的電磁參數(shù)

1.2.4 永磁同步直線電動機(jī)的d-a印軸模型和推力

1.3 交流永磁同步直線電動機(jī)的控制

1.3.1 傳統(tǒng)控制策略

1.3.2 現(xiàn)代控制策略

1.3.3 智能控制策略

1.4 本章小結(jié)

2 氣浮軸承模型及有限元分析法

2.1 靜壓氣浮支承潤滑系統(tǒng)概述

2.1.1 靜壓氣浮支承潤滑系統(tǒng)的組成

2.1.2 靜壓氣浮軸承的節(jié)流形式

2.1.3 靜壓氣浮軸承的節(jié)流原理

2.1.4 氣浮導(dǎo)軌的類型

2.2 氣浮軸承潤滑問題的描述

2.2.1 小孔流量節(jié)流公式

2.2.2 雷諾方程式

2.2.3 氣浮軸承潤滑問題的變分表示法

2.3 用有限元法解氣浮軸承的靜壓潤滑問題

2.3.1 有限元的劃分與插值函數(shù)

2.3.2 氣浮軸承潤滑方程的有限元法

2.3.3 有限元的計(jì)算過程

2.4 氣浮軸承的靜壓潤滑穩(wěn)定性

2.4.1 影響氣浮軸承穩(wěn)定性的因素

2.4.2 提高氣浮軸承穩(wěn)定性的措施

2.5 本章小結(jié)

3 氣浮軸承動力學(xué)建模與參數(shù)辨識

3.1 氣浮軸承的主要性能參數(shù)

3.1.1 氣浮軸承的靜態(tài)特性及主要參數(shù)

3.1.2 氣浮軸承的動態(tài)特性及主要參數(shù)

3.2 氣浮軸承性能參數(shù)的仿真計(jì)算與辨識

3.2.1 氣浮軸承性能參數(shù)的辨識方法

3.2.2 矩形氣浮軸承的特性及主要參數(shù)辨識

3.2.3 環(huán)形氣浮軸承的特性及主要參數(shù)辨識

3.3 氣浮軸承參數(shù)的實(shí)驗(yàn)辨識方法

3.3.1 靜態(tài)測試方法

3.3.2 動態(tài)測試方法

3.4 本章小結(jié)

4 氣浮軸承動力學(xué)性能參數(shù)分析

4.1 結(jié)構(gòu)形狀對性能參數(shù)的影響

4.1.1 分析方法

4.1.2 仿真模型

4.1.3 有限元計(jì)算結(jié)果與分析比較

4.1.4 結(jié)構(gòu)形狀與性能參數(shù)之間的關(guān)系

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對性能參數(shù)的影響

4.2.1 節(jié)流孔直徑的影響

4.2.2 節(jié)流孔高度的影響

4.2.3 壓力腔高度的影響

4.2.4 壓力腔寬度的影響

4.2.5 壓力腔長度的影響

4.2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與性能參數(shù)之間的關(guān)系

4.3 工藝參數(shù)對性能參數(shù)的影響

4.3.1 氣膜厚度的影響

4.3.2 供氣壓力的影響

4.3.3 工藝參數(shù)與性能參數(shù)之間的關(guān)系

4.4 本章小結(jié)

5 超精密氣浮定位工作臺動力學(xué)特性研究

5.1 氣浮定位工作臺的數(shù)學(xué)模型

5.1.1 氣浮定位工作臺的結(jié)構(gòu)

5.1.2 氣浮定位工作臺的動力學(xué)模型

5.2 動力學(xué)參數(shù)的求解

5.3 動態(tài)特性的仿真分析

5.3.1 系統(tǒng)幅值的仿真計(jì)算

5.3.2 固有頻率的計(jì)算

5.3.3 外力對定位工作臺動態(tài)特性的影響

5.3.4 剛度對定位工作臺動態(tài)特性的影響

5.4 超精密氣浮定位工作臺動態(tài)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

5.4.1 非氣浮狀態(tài)下的動態(tài)特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

5.4.2 氣浮狀態(tài)下的動態(tài)特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

5.4.3 基座中心至氣浮軸承中心的傳遞函數(shù)分析

5.4.4 y向直線電動機(jī)的定子至動子的傳遞函數(shù)分析

5.4.5 頻率對剛度參數(shù)靈敏度的影響

5.4.6 直線電動機(jī)系統(tǒng)多參數(shù)靈敏度分析與優(yōu)化

5.5 本章小結(jié)

6 超精密氣浮定位工作臺定位精度研究

6.1 氣浮定位工作臺直線運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型

6.2 混合趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制模型的建立與仿真

6.2.1 滑動模態(tài)及滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本概念

6.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制仿真模型的建立

6.2.3 基于混合趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法

6.2.4混合趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法的仿真

6.3 定位工作臺輸出位移的仿真實(shí)驗(yàn)與精度分析

6.3.1 輸出位移的仿真實(shí)驗(yàn)

6.3.2 控制精度的分析

6.4 超精密氣浮定位工作臺的定位精度實(shí)驗(yàn)

6.4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及測量系統(tǒng)

6.4.2 水平直線度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

6.4.3 垂直直線度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

6.4.4 非氣浮狀態(tài)下的定位精度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

6.4.5 氣浮狀態(tài)下的定位精度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

6.5 本章小結(jié)

1. 節(jié)省投資

渦凹?xì)飧]有壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，因而設(shè)備投資少。

設(shè)備占地面積小，減少土建投資。Q=200m3/h的渦凹?xì)飧?CAF)設(shè)備占地面積僅為36.15m2。

2. 運(yùn)行費(fèi)用低廉

該系統(tǒng)因沒有壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，從而節(jié)省電耗。Q=200m3/h的渦凹?xì)飧?CAF)系統(tǒng)能耗僅為5.435KW，而溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)能耗高達(dá)65KW。

渦凹?xì)飧?CAF)系統(tǒng)非常容易操作，根本沒有復(fù)雜的設(shè)備，因此人工操作及維修工作量極少，降低了人工費(fèi)及維修費(fèi)。

3. 處理效果顯著

石油類、固體懸浮物(SS)的去除率超過80%。

BOD及COD的去除率可達(dá)60%以上。而溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)對BOD及COD的去除率只能達(dá)35%左右。

能促進(jìn)硫化物的氧化，減少污水中的含硫量。

4. 操作簡單

本系統(tǒng)非常容易操作，沒有復(fù)雜的設(shè)備;整個系統(tǒng)僅由兩個機(jī)械部分組成，不像溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)包括了壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等許多必需設(shè)備。

(1) 節(jié)省投資

渦凹?xì)飧]有壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，因而設(shè)備投資少。

設(shè)備占地面積小，減少土建投資。Q=200m3/h的渦凹?xì)飧?CAF)設(shè)備占地面積僅為36.15m2。

(2) 運(yùn)行費(fèi)用低廉

該系統(tǒng)因沒有壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，從而節(jié)省電耗。Q=200m3/h的渦凹?xì)飧?CAF)系統(tǒng)能耗僅為5.435KW，而溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)能耗高達(dá)65KW。

渦凹?xì)飧?CAF)系統(tǒng)非常容易操作，根本沒有復(fù)雜的設(shè)備，因此人工操作及維修工作量極少，降低了人工費(fèi)及維修費(fèi)。

(3) 處理效果顯著

石油類、固體懸浮物(SS)的去除率超過80%。BOD及COD的去除率可達(dá)60%以上。而溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)對BOD及COD的去除率只能達(dá)35%左右。能促進(jìn)硫化物的氧化，減少污水中的含硫量。

(4) 操作簡單

本系統(tǒng)非常容易操作，沒有復(fù)雜的設(shè)備;整個系統(tǒng)僅由兩個機(jī)械部分組成，不像溶氣氣浮(DAF)系統(tǒng)包括了壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等許多必需設(shè)備。

渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)

針對不同的廢水、油脂去除率95%以上，大部分固體懸浮物亦被去除，并且在加入合適的絮凝劑和混合劑，可使COD及BOD在此預(yù)處理階段去除60%以上。渦凹?xì)飧∈且豁?xiàng)優(yōu)良的污水處理技術(shù)，設(shè)計(jì)合理，操作方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。渦凹曝氣機(jī)將"微氣泡"直接注入污水中而不需要事先進(jìn)行溶氣，然后通過散氣葉輪把"微氣泡"均勻的分布于污水中，所以整個運(yùn)行過程不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象。