超精密气浮定位工作台技:气浮系统动力学与控制

本书可作为数字制造设备、精密加工设备、精密测量仪器、生物医药装备等行业科研技术人员的参考书，也可作为高等院校相关专业的研究生教材。

0 绪论

0.1 超精密气浮定位工作台简介

0.2 超精密定位工作台的发展概况0.2.1 超精密定位工作台的发展过程

0.2.2 国外超精密定位工作台技术的现状

0.2.3 国内超精密定位工作台技术的现状

0.3 超精密定位工作台的关键技术

0.3.1 定位工作台的直线导向技术

0.3.2 定位工作台的控制技术

0.3.3 定位工作台的驱动技术

0.3.4 定位工作台的测量技术

0.3.5 定位工作台的材料

0.4 本书的研究目的和主要内容

0.4.1 本书的研究目的

0.4.2 本书的主要内容

1 永磁同步直线电动机的基本原理及其控制

1.1 永磁同步直线电动机的结构和工作原理

1.1.1 基本结构

1.1.2 工作原理

1.2 直线电动机的建模与分析

1.2.1 永磁同步直线电动机的数学模型

1.2.2 永磁同步直线电动机中的磁场

1.2.3 永磁同步直线电动机的电磁参数

1.2.4 永磁同步直线电动机的d-a印轴模型和推力

1.3 交流永磁同步直线电动机的控制

1.3.1 传统控制策略

1.3.2 现代控制策略

1.3.3 智能控制策略

1.4 本章小结

2 气浮轴承模型及有限元分析法

2.1 静压气浮支承润滑系统概述

2.1.1 静压气浮支承润滑系统的组成

2.1.2 静压气浮轴承的节流形式

2.1.3 静压气浮轴承的节流原理

2.1.4 气浮导轨的类型

2.2 气浮轴承润滑问题的描述

2.2.1 小孔流量节流公式

2.2.2 雷诺方程式

2.2.3 气浮轴承润滑问题的变分表示法

2.3 用有限元法解气浮轴承的静压润滑问题

2.3.1 有限元的划分与插值函数

2.3.2 气浮轴承润滑方程的有限元法

2.3.3 有限元的计算过程

2.4 气浮轴承的静压润滑稳定性

2.4.1 影响气浮轴承稳定性的因素

2.4.2 提高气浮轴承稳定性的措施

2.5 本章小结

3 气浮轴承动力学建模与参数辨识

3.1 气浮轴承的主要性能参数

3.1.1 气浮轴承的静态特性及主要参数

3.1.2 气浮轴承的动态特性及主要参数

3.2 气浮轴承性能参数的仿真计算与辨识

3.2.1 气浮轴承性能参数的辨识方法

3.2.2 矩形气浮轴承的特性及主要参数辨识

3.2.3 环形气浮轴承的特性及主要参数辨识

3.3 气浮轴承参数的实验辨识方法

3.3.1 静态测试方法

3.3.2 动态测试方法

3.4 本章小结

4 气浮轴承动力学性能参数分析

4.1 结构形状对性能参数的影响

4.1.1 分析方法

4.1.2 仿真模型

4.1.3 有限元计算结果与分析比较

4.1.4 结构形状与性能参数之间的关系

4.2 结构设计对性能参数的影响

4.2.1 节流孔直径的影响

4.2.2 节流孔高度的影响

4.2.3 压力腔高度的影响

4.2.4 压力腔宽度的影响

4.2.5 压力腔长度的影响

4.2.6 结构设计参数与性能参数之间的关系

4.3 工艺参数对性能参数的影响

4.3.1 气膜厚度的影响

4.3.2 供气压力的影响

4.3.3 工艺参数与性能参数之间的关系

4.4 本章小结

5 超精密气浮定位工作台动力学特性研究

5.1 气浮定位工作台的数学模型

5.1.1 气浮定位工作台的结构

5.1.2 气浮定位工作台的动力学模型

5.2 动力学参数的求解

5.3 动态特性的仿真分析

5.3.1 系统幅值的仿真计算

5.3.2 固有频率的计算

5.3.3 外力对定位工作台动态特性的影响

5.3.4 刚度对定位工作台动态特性的影响

5.4 超精密气浮定位工作台动态参数的实验研究

5.4.1 非气浮状态下的动态特性实验结果与分析

5.4.2 气浮状态下的动态特性实验结果与分析

5.4.3 基座中心至气浮轴承中心的传递函数分析

5.4.4 y向直线电动机的定子至动子的传递函数分析

5.4.5 频率对刚度参数灵敏度的影响

5.4.6 直线电动机系统多参数灵敏度分析与优化

5.5 本章小结

6 超精密气浮定位工作台定位精度研究

6.1 气浮定位工作台直线运动的数学模型

6.2 混合趋近律的滑模变结构控制模型的建立与仿真

6.2.1 滑动模态及滑模变结构控制的基本概念

6.2.2 滑模变结构控制仿真模型的建立

6.2.3 基于混合趋近律的滑模变结构控制方法

6.2.4混合趋近律的滑模变结构控制方法的仿真

6.3 定位工作台输出位移的仿真实验与精度分析

6.3.1 输出位移的仿真实验

6.3.2 控制精度的分析

6.4 超精密气浮定位工作台的定位精度实验

6.4.1 实验系统及测量系统

6.4.2 水平直线度的实验结果与分析

6.4.3 垂直直线度的实验结果与分析

6.4.4 非气浮状态下的定位精度实验结果与分析

6.4.5 气浮状态下的定位精度实验结果与分析

6.5 本章小结

1. 节省投资

涡凹气浮没有压力容器、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少。

设备占地面积小，减少土建投资。Q=200m3/h的涡凹气浮(CAF)设备占地面积仅为36.15m2。

2. 运行费用低廉

该系统因没有压力容器、空压机、循环泵等设备，从而节省电耗。Q=200m3/h的涡凹气浮(CAF)系统能耗仅为5.435KW，而溶气气浮(DAF)系统能耗高达65KW。

涡凹气浮(CAF)系统非常容易操作，根本没有复杂的设备，因此人工操作及维修工作量极少，降低了人工费及维修费。

3. 处理效果显著

石油类、固体悬浮物(SS)的去除率超过80%。

BOD及COD的去除率可达60%以上。而溶气气浮(DAF)系统对BOD及COD的去除率只能达35%左右。

能促进硫化物的氧化，减少污水中的含硫量。

4. 操作简单

本系统非常容易操作，没有复杂的设备;整个系统仅由两个机械部分组成，不像溶气气浮(DAF)系统包括了压力容器、空压机、循环泵等许多必需设备。

(1) 节省投资

涡凹气浮没有压力容器、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少。

设备占地面积小，减少土建投资。Q=200m3/h的涡凹气浮(CAF)设备占地面积仅为36.15m2。

(2) 运行费用低廉

该系统因没有压力容器、空压机、循环泵等设备，从而节省电耗。Q=200m3/h的涡凹气浮(CAF)系统能耗仅为5.435KW，而溶气气浮(DAF)系统能耗高达65KW。

涡凹气浮(CAF)系统非常容易操作，根本没有复杂的设备，因此人工操作及维修工作量极少，降低了人工费及维修费。

(3) 处理效果显著

石油类、固体悬浮物(SS)的去除率超过80%。BOD及COD的去除率可达60%以上。而溶气气浮(DAF)系统对BOD及COD的去除率只能达35%左右。能促进硫化物的氧化，减少污水中的含硫量。

(4) 操作简单

本系统非常容易操作，没有复杂的设备;整个系统仅由两个机械部分组成，不像溶气气浮(DAF)系统包括了压力容器、空压机、循环泵等许多必需设备。

涡凹气浮系统

针对不同的废水、油脂去除率95%以上，大部分固体悬浮物亦被去除，并且在加入合适的絮凝剂和混合剂，可使COD及BOD在此预处理阶段去除60%以上。涡凹气浮是一项优良的污水处理技术，设计合理，操作方便、运行经济。涡凹曝气机将"微气泡"直接注入污水中而不需要事先进行溶气，然后通过散气叶轮把"微气泡"均匀的分布于污水中，所以整个运行过程不会发生阻塞现象。