宏宏复合微纳运动系统的工作原理及特点

1.宏宏复合微纳运动系统工作原理

宏宏复合微纳运动系统包含丝杠电机驱动和螺母电机驱动两个宏观的运动伺服系统，图7-4所示为宏宏复合微纳运动系统的控制原理图。两个宏动伺服系统包括：丝杠电机伺服驱动系统和螺母电机伺服驱动系统、差动位置比较器和位置反馈模块。两个伺服电机驱动系统中均包含速度控制电路、位置控制电路、电流控制电路。

图7-4宏宏复合微纳运动系统控制原理图(www.xing528.com)

在丝杠电机和螺母电机伺服驱动系统中，通过控制器给定位置信号xt1、xt2，位置信号经位置调节器转化成速度信号，速度信号经速度调节器转化成电流信号，电流信号经过PWM逆变器控制电机转动，电机通过编码器再将电机位置和转速分别反馈给位置调节器和速度调节器，使构成差动合成的两个宏动转角位移实现闭环控制。工作台需要的高分辨率的极低速运动位移xt=xt1-xt2，可以任意分配一组位置信号解xt1、xt2，进而推演出丝杠电机和螺母电机各自差动角位移信号θ=θ1-θ2。工作台经光栅尺将位置信号反馈后和xt作比较，将误差Δxt=xt-xt'反馈给丝杠电机控制器，对丝杠电机进行运动调整，最终形成工作台低速微纳运动的全闭环控制。

值得注意的是，虽然两个宏动位置信号xt1、xt2有无限组解，但运动控制器分配的两个宏动伺服电机的转速需高于其各自独立驱动的低速临界爬行转速，且宏动系统积累的动能足以克服工作台低速工作时其与导轨间非线性摩擦造成的负载波动影响。

2.宏宏复合微纳运动系统运动控制特点

笔者提出的宏宏复合微纳运动系统构成的单自由度或多自由度运动平台，突出特点在于实现大行程高精度微纳运动控制，但实际使用时在CNC控制器的控制下可以具有多种工作方式：可以“差动”复合驱动，实现高精度的微纳进给控制；可以“和动”复合驱动，实现高速快进控制；还可以由丝杠电机或螺母电机各自单驱及其组合驱动，实现进给控制。也就是说，这种运动系统具有丝杠单独驱动、螺母单独驱动、丝杠螺母“差动”双驱动、丝杠螺母“和动”双驱动，以及“单动+双动”伺服驱动等多种工作方式，且不同驱动工作方式具有不同的工作性能，可满足不同场合的工作需求。