摘要
随着我国制造业的产业升级，先进制造业朝着高速、高效和高精度的方向发展，对先进制造装备和测量设备的性能要求也越来越高。气浮平台凭借无摩擦、高精度以及易实现高速运动等优点，在半导体检测、激光加工和精密测量等高新技术领域逐渐得到应用，而气浮平台控制系统对平台高速、高精度的运动和定位具有非常关键的作用，本文以三轴精密气浮平台控制系统为研究对象，围绕提高平台运动性能展开研究，主要研究内容如下： （1）针对气浮平台结构特点以及应用于精密测量和加工场合的需求，设计了控制系统软硬件平台。配置了控制系统硬件，设计了电控回路，并分模块设计了具有状态显示、运动控制、测量和运行G代码等功能的软件。 （2）建立了气浮平台数学模型并设计了合适的控制算法，仿真分析了控制算法的有效性。建立了X、Z轴运动学模型，设计了速度、加速度复合前馈控制算法，仿真表明该算法可有效减小跟踪误差；建立了Y轴动力学模型，设计了PID交叉耦合控制算法，仿真表明该算法能显著降低同步误差。 （3）对控制算法进行了实验研究，结果表明所设计的控制算法能有效改善三轴控制性能。X、Z轴采用速度、加速度复合前馈控制算法相较于传统三环控制提高了跟踪精度，Y轴采用PID交叉耦合控制算法相较于并行控制减小了同步误差。 （4）对平台性能进行了测试，并开展了精密测量和加工实验。对平台直线度和平面度误差进行了测试，测量了复眼微结构阵列三维面形，进行了刮削和铣削加工实验，实验结果表明所开发的控制系统可满足气浮平台在精密测量和加工领域的需求。
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