高精度定位平台环境微扰动机理与主动补偿方法研究

为满足纳米光刻、微电子工程及微系统制造等新兴领域对相关设备高精度定位的要求，本课题从分析温度和振动的产生入手，研究温度与振动对高精度定位平台耦合扰动机理及控制方法。首先建立电机在不同运行状态时，高精度定位平台温度分布的数学模型及其热-结构耦合变形模型，揭示高精度定位平台热变形与电机运动参数的关系。研究热模态下高精度定位平台振动模型，在此基础上建立高精度定位平台振动位移与电机电磁力波动的关系模型。为减少温度和振动耦合引起的高精度定位平台误差，提出误差主动补偿机制和控制方法，开展高精度定位平台在环境微扰动下的相关实验研究。本课题的研究成果将为定位平台实现高精度定位提供理论基础和方法，对促进我国高精密定位技术等相关领域的研究和发展具有重要的理论及现实意义。

温度和振动是影响定位平台定位精度的主要因素，为了提高定位平台的精度，减小或消除热误差及振动的影响是主要途径。目前多数研究都集中在基于温度和振动的独立控制，而且是基于简单的补偿方法和模型，并不能反映温度和振动对定位平台精度的耦合影响。提出了一种基于灰色系统理论的方法对温度测点进行了优化。基于优化的测点，利用多元线性回归建模法、BP神经网络建模法及RBF神经网络建模法建立了定位平台的温度分布模型、热变形模型，得到温度分布规律和热变形误差，利用BP神经网络方法建立了热刚度模型，分析刚度随温度变化的规律。针对温度和振动的耦合影响建立了定位平台三个方向的振动模型，研究热-结构耦合状态下定位平台的动态特性。基于定位平台的三个方向的振动模型设计了压电陶瓷驱动的柔性铰链机构，进行了动态建模和控制方法的研究，实现了环境微扰动下误差主动补偿。搭建了定位平台误差补偿实验系统，并进行相应的实验，实验表明，综合考虑温度和振动的耦合影响可进一步提高定位平台的精度。