Реферат: Прецизионные координатные системы с линейными шаговыми двигателями

где R₀ и R₁ – соответственно постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей магнитного сопротивления.

Тяговое усилие всего ЛШД определяется как

, (5)

где , (6)

тяговое усилие модулей А,

(7)

тяговое усилие модулей В,

R_m – внутреннее магнитное сопротивление постоянных магнитов,

F_A и F_B – соответственно М.Д.С. обмоток управления модулями А и В.

F_m – М.Д.С. постоянных магнитов.

Тяговое усилие ЛШД обратно пропорционально постоянной составляющей магнитного сопротивления воздушного зазора под полюсами электромагнитных модулей.

Уменьшить зазор меньше 10-15 мкм затруднительно по технологическим соображениям. С другой стороны тяговое усилие пропорционально глубине модуляции магнитного сопротивления зубчатой структурой полюсов, т.е. отношению . Отношение резко возрастает при уменьшении τ_z , типичная зависимость показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Модуляция зубчатой структурой магнитного сопротивления воздушного зазора.

Это обстоятельство наряду с технологическими сложностями изготовления зубчатых структур с малым зубцовым делением обусловлено тем фактом, что ЛШД изготавливается с τ_z =0,2-1мм при воздушном зазоре δ=10-20мкм.

При четырехкратной дискретной разнополярной коммутации обмоток модулей А и В, якорь перемещается с шагом равным τ_z /4, что в линейных размерах соответствует 0,05-0,25 мм. Для большинства прецизионных координатных систем такая дискретность недостаточна.

Снижение величины единичного шага добивается способами управления, использующими электрическое дробление основного шага ЛШД.

Если формировать МДС обмоток модулей по синусоидальному закону ; , то зависимость тягового синхронизирующего усилия представляется в виде:

. (8)

Характеристика синхронизирующего усилия имеет синусоидальную форму и в отсутствии внешней силы сопротивления по координате Х якорь ЛШД фиксируется в позиции установленной управляющими фазами токов .

Таким образом на протяжении зубцового деления можно иметь в пределе любое число статически устойчивых положений якоря, задаваемых текущим значением аргумента управляющих синус-косинусных токов фаз.

Обычно управляющие токи фаз ЛШД формируются с использованием цифровой техники при конечном сочетании уровней токов в фазах, что обеспечивает ряд дискретных позиций якоря в пределах зубцового деления. Синус-косинусные функции токов фаз получаются квантованными во времени.

Особенностью ЛШД на аэростатических опорах является отсутствие внешнего демпфирования нагрузки. Поэтому возникает проблема с остановом двигателя в заданной позиции.

Для ее решения устанавливается еще пара блоков работающих с противоположным тяговым усилием.

Современные координатные столы для МЭ могут быть охарактеризованы следующими параметрами:

· При дискретности перемещения 10 мкм максимальная скорость перемещения достигает 500 мм/с при максимальном ускорении до 40 м/с² . При дискретности перемещения 1 мкм максимальная скорость достигает 150 мм/c при наибольшем ускорении до 20 м/с² .

Преимущества:

1. Отсутствие механических контактов.

2. Высокие точности позиционирования.

3. Высокое быстродействие.

4. Простота управления.

5. Отсутствие механических направляющих.