В.П. Михайлов, А.М. Базиненков - Исследование параметров механизмов микро- и наноперемещений (1053467), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Исследование динамических параметров МР- или ЭР-привода: постояннойвремени,устойчивости,величиныперерегулирования.Экспериментальныеисследования динамических параметров ЭР-привода проводятся на стенде, описанномвыше и представленном на рис. 8.В ходе экспериментов должны быть решены следующие основные задачи:1). Подготовка экспериментального стенда к работе, которая производится вследующем порядке:-Ознакомиться с инструкцией по технике безопасности при работе наэкспериментальном стенде.-Проверить подключение датчиков положения, давления и температуры кблоку АЦП/ЦАП.-Запустить ПО LabView и программу управления стендом.-Определить файл для записи экспериментальных данных (текстовый *.lvm).-Проверить заполнение полостей гидроцилиндра МРЖ или ЭРЖ с объемнойконцентрацией частиц jv=0,20.2). Измерение скорости перемещений штока:-Включить компрессор и создать давление в его ресивере 5-6 атм.-Выключить компрессор.-Произвести включение экспериментального стенда согласно инструкции.

Навход пневматического распределителя 14 при помощи газового редуктора 15 подать поддавлением сжатый воздух.-Провести термостабилизацию МРЖ или ЭРЖ до температуры t = 30 оС.-Произвести измерение положения штока при помощи ультразвуковогодатчика и расчет скорости перемещения штока u при фиксированном значенииуправляющегонапряжения.Фиксированныезначенияуправляющегонапряженияустанавливаются в диапазоне 0...1,0 кВ с шагом 0,2 кВ.-Значения положения, скорости штока и управляющего напряженияпередаются через АЦП на управляющую ЭВМ и сохраняются (рис.

11, 12).После этого графически определить устойчивость поддержания скорости штока,постоянную времени ТП и величину перерегулирования sm. Устойчивость в данном случаеопределяется колебательностью переходного процесса, т.е. числом колебаний в течениевремени ТП.

Для переходного процесса перемещения привода на рис. 11 и 12колебательность системы равна единице.Рис. 11.График перемещения привода с ЭРЖ и нулевой разностью потенциалов междуобкладками дросселя (входное давление – 3 атм.)Рис. 12.График перемещения привода с ЭРЖ и разностью потенциалов между обкладкамидросселя U=280 В (входное давление – 3 атм.)-Величина перерегулирования может быть рассчитана как:sm = ([Ymax-Y(¥)] /Y(¥))×100 %,(5)где Ymax, Y(¥) – максимальное и установившееся значение скорости.Таблица 8Результаты определения эквивалентной динамической вязкости ЭРЖQ, м3/с ×10-5DР, Н/м2 ×105U, кВmэкв., Па∙с0,51,0…2,53,0Вопросы для самоконтроля и подготовки к защите лабораторной работы №11.Назовите различия между МР- и ЭР-эффектами.2.Назовите химический состав, назначение составляющих и размеры частицдисперсной фазы МРЖ и ЭРЖ?3.Что такое эквивалентная динамическая вязкость МРЖ или ЭРЖ?4.Как качественно зависит эквивалентная вязкость МРЖ от размера частиц дисперснойфазы и их объемной концентрации?5.Структура частиц МРЖ и ЭРЖ.

Для чего нужны поверхностно-активные вещества?6.Каковы основные динамические параметры привода, работающего в режиместабилизации скорости?7.Как определяется расход рабочей жидкости через зазор МР- или ЭР-дросселя?8.Как определяется эквивалентная динамическая вязкость МРЖ или ЭРЖ дляполученных значений падения давления DP и расхода Q?9.Что такое постоянная времени, величина перерегулирования и устойчивость припереходном процессе в приводе?10.Какое максимальное увеличение объекта возможно получить на при помощисистемы видеорегистрации микроскопа?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРЕЦИЗИОННОГОПРИВОДАОсобенности механизмов точных перемещенийТребования по точности перемещения в нанодиапазоне предъявляются коборудованию для микролитографии, нанолокальной обработки, для адаптивной оптики,зондовой микроскопии (СТМ и АСМ), юстировки оптоволоконных систем.Среди требований к механизмам точных перемещений следует выделить кромедопустимой погрешности позиционирования объекта механизмом (может достигать 1 нм),еще и диапазон перемещений объекта (до 500 мм), нагрузочную способность механизмаили максимальную массу перемещаемого объекта (до 100 кг), постоянную времени –характеристику быстродействия механизма (до 1 мс).Специфическойособенностьюмеханизмов,осуществляющихперемещениеизделий в вакууме или другой чистой технологической среде (например, в оборудованиидля микролитографии, в СТМ, АСМ и др.) является существование в их кинематическихцепях дополнительных, необычных для общего машиностроения элементов:· герметизаторов,уменьшающихжесткостьмеханизмаисоздающихдополнительные возмущающие воздействия, приводящие к появлениюспецифических составляющих его погрешности;· устройств для обезгаживания;· отверстий и пазов для удаления газов.Следует отметить, что в ряде случаев вклад этих новых элементов в формированиепогрешностей перемещений может на один-два порядка превышать составляющиепогрешностей, связанные с неточностью изготовления элементов механизма.Другоеотличиемеханизмовпрецизионныхперемещений,работающихввакуумной среде, от традиционных механизмов общего машиностроения, заключается, содной стороны, в отсутствии значительных сил сопротивления, с другой – в появлениинестабильных сил внешнего «сухого» трения, сил от перепада атмосферного давления,сил от деформации герметизаторов, увеличении упругой составляющей погрешностиперемещения вследствие длинной кинематической цепи.Следует, однако, отметить, что некоторые типы механизмов (пьезоэлектрические,реологические, магнитострикционные и др.) позволяют исключить пары внешнего тренияв вакууме и увеличить жесткость кинематической цепи.В современном технологическом и исследовательском оборудовании используютсяразличныетипыпредварительноеустройствпрецизионныхдлинноходовоеперемещений,перемещениеобъектов,обеспечивающихтакикакюстировочныеперемещение с погрешностью в субмикронном или нанометрическом диапазоне.Предварительные перемещения изделий и инструментов осуществляются, какправило,припомощисистемэлектромеханического,пневматическогоилигидравлического типа.

Окончательное сверхточное совмещение объектов производится, восновном пьезоэлектрическими и магнитострикционными устройствами.Погрешность позиционирования приводас разомкнутой и замкнутой системой управленияПривод технологического и исследовательского оборудования может работать вразличных режимах: в режиме позиционирования в заданную точку и в режименепрерывного перемещения по заданной траектории.Режимпозиционированияхарактерендляоборудованиямикролитографии(фотолитографии, рентгеновской, электронной, ионной).Режим непрерывного перемещения используется в адаптивной оптике дляюстировки зеркал телескопа, в сканирующей зондовой: туннельной и атомно-силовоймикроскопии, в оборудовании для микролитографии с непрерывным перемещениемкоординатного стола (например, в установках электронной литографии).Как известно [5], все системы управления приводами точного перемещениямогут быть разделены на две группы: разомкнутые, где двигателям задаетсяконтролируемое фиксированное перемещение, трансформируемое с помощью жесткой иточной кинематической цепи в заданное перемещение объекта, и замкнутые, гдеконтролируется непосредственно перемещение объекта, а сигнал обратной связикорректирует работу двигателя.Погрешность позиционирования формируется в замкнутых и разомкнутыхсистемах по-разному, поэтому важно оценить потенциальные возможности различныхсхем приводов.Для разомкнутой системы погрешность позиционированиязаписать как разность между ожидаемымdj Д ,которую можноjO и действительным j Д положениемперемещаемого объекта, складывается из следующих составляющих:df Д = fО -f Д = d В + d Н + d К + d Л + dС + d И ,(6)где dВ – ошибка, обусловленная воспроизведением задающего воздействия системыуправления;dН – ошибка, возникающая вследствие воздействия возмущающих сил илиначальных условий;dК – ошибка, связанная с кинематическими погрешностями привода;dЛ – ошибка, обусловленная люфтом;dС – ошибка, обусловленная наличием нагрузок и сил статического сопротивленияв приводе;dИ – инструментальная ошибка.В приводах с разомкнутой системой управления, положение выходного звена вкоторых не отслеживается датчиком, погрешность перемещения формируется врезультате суммирования различных составляющих погрешности во всех звеньяхпривода.В приводах с полностью замкнутой системой управления удается исключитьбольшую часть составляющих общей погрешности, вследствие чего эти системы широкоприменяются для технологических процессов, требующих субмикронной и нанометровойточности перемещения.Для замкнутых систем управления приводом, наиболее часто применяемых впрецизионном технологическом и исследовательском оборудовании, погрешностьперемещения может быть записана в общем виде [16]:df Д = d Н + d Л + dС + d И .(7)Как видно из сопоставления формул (6) и (7), замкнутый привод являетсяпотенциальноболееточным,чемразомкнутый,таккакпогрешностьегопозиционирования содержит меньшее число составляющих.Применение систем стабилизации температуры и систем вибрационной защитыпозволяет практически исключить погрешностьd Н , связанную с возмущающими силамии начальными условиями.Использование современных прецизионных систем измерения положения, вчастности, лазерных интерферометров, позволяет значительно уменьшить и сделатьпрактически незначимой погрешность dИ (dИ<10-2 мкм).В этом случае основной доминирующей погрешностью, определяющей точностьследящего привода с замкнутой системой управления, остается погрешность dС,обусловленная наличием нагрузок и сил статического сопротивления в приводе:df Д = dС .(8)Таким образом, погрешность позиционирования следящего привода можно свестипрактически к одной составляющей dС, которая определяется зоной нечувствительностиdТ следящей системы [7]:d С = 2dТ = 2 I тр / (k Д kУ ) ,(9)где dТ – зона нечувствительности следящей системы (рис.

Характеристики

Список файлов книги