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微米精度伺服氣壓壓床及 奈米定位平台之設計與控制 第九組 管玟森 謝其峰 報告內容 簡介 伺服氣壓壓床設計與設計 桌上型伺服氣壓壓床與系統動作原理 氣壓缸伺服定位之控制器設計 氣壓缸摩擦力非線性曲線 黏滯滑動現象 模糊控制器 速度補償訊號 實驗結果 結論 簡介 主要是運用氣壓伺服控制的技術，來設計一高精度之氣壓壓床及定位平台， 以PC-BASE的控制方式， 來控制壓床平台來達到微米及奈米等級的定位精度。壓床定位精度可達 2 um 以內，氣壓定位平台其定位精度可達 20 nm 。 國際間對於研究氣壓缸伺服定位控制的一些專家學者使用了適應性控制、或模糊控制或位神經控制等控制方法，外加速度，加速度或壓力等複雜的訊號補償方式來控制伺服氣缸已達到定位的功能。 伺服氣壓壓床設計與設計 靠著定位栓撞擊氣缸壁來定位，定位栓螺桿位置來調整氣缸壓接深度。 靠著氣缸內部活塞與外部磁力近接開關的感應來定位，由磁力近接開關的位置來調整氣缸壓接深度，定位方式因氣壓的時變非線性特性造成感應時間差不易掌控。 使用光電開關之定位方法，靠著沖頭位置與外部光電開關的感應來定位，定位精度僅 1 mm 。 桌上型伺服氣壓壓床與系統動作原理 氣壓缸伺服定位之控制器設計 氣壓缸摩擦力非線性曲線 黏滯滑動現象 氣壓缸由靜止到作動時，摩擦力急遽下降，彷彿對系統產生正力回授，使氣壓缸向前急衝，造成氣壓缸產生黏滯滑動現象，且當最大淨摩擦與最小動摩擦的差值△F越大時，氣壓缸黏滯滑動現象就越嚴重。 模糊控制器 傳統模糊控制器基本架構，分四個部份模糊化介面，決策邏輯知識庫及解模糊化介面。 決策邏輯採用Mamdani的最大-最小演算規則及重心法來解模糊化。 速度補償訊號 克服非線性動摩擦力，消除氣壓系統黏滯滑動現象，於模糊控制訊號中補償速度補償訊號，當氣壓缸速度很低，靜摩擦力到最小動摩擦力間小降的差值是造成氣壓系統黏滯滑動現象之主因，差值越大，表示正向推力越大，氣壓缸越難控制，若能減少差值，甚至消除差值，伺服氣壓系統就能進行精準微調動作。 實驗結果(壓床定位) 無負載下垂直氣壓缸定位控制 實驗結果(精密定位平台) 長行程定位控制 結論 設計之伺服氣壓控制器，不僅能克服氣壓缸所受之非線性黏滯摩擦力所產生之滑動現象，可以大大提升氣壓伺服定位精度，應用於半導體工作，自動化生產，印刷雕刻，及LCD設備等高精度3C產業加工上。 改善氣壓壓床之定位精度，使定位精度於50KG負荷內達5um以內，作為未來同屬加工性質的資料電子零件之精密沖壓成型之伺服精密定位控制的依據。 伺服氣壓精密定位平台，無論是長行程或是短行程之定位控制，其定位精度可達20nm 。 * * 有負載下垂直氣壓缸定位控制 微行程定位控制