高精密工作台伺服驱动环节.docx

高精密工作台伺服驱动环节随着社会的发展信息的存储量越来越大光盘存储技术也在不断飞速发展因而对母盘制造精度提出了更高的要求。目前光盘国家工程研究中心利用高速数字信号处理器(DSP)采用数字闭环控制原理和传统伺服电机驱动方式实现了高精度工作台的连续大行程运动。其微位移定位精度为±50nm宏位移定位精度优于±150nm可以满足母盘刻录直线进给工作台的连续变速和±50nm控制精度的要求。在此基础上本文研究并设计了工作台的模拟驱动环节以提高控制系统低速响应的稳定性和快速性。1系统总体结构母盘刻录系统直线进给工作台的底座固定在隔振大理石台上底座上安装了带高精度滚珠的V型槽作为运动导轨。工作台经蜗轮蜗杆和小螺距精密丝杠两级减速通过直流伺服电机进行驱动。母盘刻录系统采用恒线速刻录方式聚焦光斑相对于母盘的理想运动是沿着以母盘圆心为中心的等线距阿基米德螺旋线以恒定线速度由内向外运动的该运动由母盘的高速转动和刻录光学头的径向直线进给合成得到。该精密工作台用于母盘刻录的正常工作速度约为30μm/s采用上述大减速比的机械传动系统不可避免地存在传动误差。因此要实现精密定位必须采用全闭环控制系统直接检测工作台位置并针对位置误差进行伺服控制。工作台的控制系统总体结构如图1所示。2模拟驱动环节的建模2.1直流电机模型工作台驱动电机采用上海电机厂生产的直流力矩测速电机组45L-CZ001。若忽略电枢电感和粘性阻尼系数则以电枢电压Ua(s)为输入、转速Ω(s)为输出的直流电机的传递函数为:F(s)=Ω(s)/ua(s)=(1/ke)/[(tms+1)(tes+1)]≈(1/ke)/tms+1其中Ke为电动机反电动势系数其单位为V·s;Tm为电机的机械时间常数;Te为电机的电气时间常数其值很小可忽略因此直流电机可以被简化为一阶系统。图5实际pi校正环节电机机械时间常数的测定可以通过给电机加一个7V阶跃电压然后用示波器测定响应到达稳定值0.632时所用的时间而近似得到如图2所示。得机械时间常数Tm=0.06s。开环情况下输入电压经过线性功放后直接驱动电机用转速表HT-331测量对应转速可以得到放大倍数。测得的数据列于表1中。