Obtaining Higher Accuracy for Machine Tools by Nonlinear Disturbance Observer

利用非线性扰动观测器获得更高的机床精度

• 批准号: 12650129
• 负责人: OTSUKA Jiro
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: Shizuoka Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12650129/
• 关键词: Disturbance observer; Ultraprecision positioning; Nanometer positioning; Circular error; Blush model; 高精度化; 非線形外乱オブザーバ; 象現突起; 1nm分解能; フィードバック制御; PI-D制御

(1) A Positioning device using a DC servomotor and ball screw with 1 nm positioning resolutions is manufactured. As a result of 100μm stroke step response by PID control, a deviation error of 3.1 nm and a dispersion error of 2.2 nm are obtained, considering the nonlinear spring behavior of all rolling elements on the device.(2) After the nonlinear spring behavior of all rolling elements on the above positioning device is measured by a newly-developed method, the friction model can be obtained by the application of a blush model of the sliding elements.(3) On the XY table driven by the linear motor, the trajectory contouring of circular interpolations at the quadrant changes is analyzed by use of the above friction model for the linear ball guideways.(4) The nonlinear disturbance observer using the above friction model is newly developed. The method of the feedback system using the observer is theoretically effective. But its practical effect cannot be made sure by the experiment because of lack of time.

(1)研制了一种使用直流电驱动器和滚珠丝杠的定位装置，其定位分辨率为1 nm。采用PID控制实现100μm行程阶跃响应，考虑到装置上所有滚动体的非线性弹性行为，获得了3.1nm的偏移误差和2.2nm的色散误差。(2)在用新开发的方法测量了上述定位装置上所有滚动元件的非线性弹簧特性之后，可以通过应用滑动元件的Blush模型来获得摩擦模型。(3)在直线电机驱动的XY工作台上，利用上述直线滚珠导轨的摩擦力模型，分析了圆弧插补在象限变化处的轨迹轮廓。(4)利用上述摩擦模型的非线性扰动观测器是新开发的。该方法在理论上是有效的。但由于时间的限制，其实际效果还不能通过实验来确定。

项目成果

大塚二郎: "ナノテクノロジと超精密位置決め"2002年度精密工学会春季大会シンポジウム資料. 1-5 (2002)

大冢次郎：“纳米技术与超精密定位”2002年精密工程学会春季会议研讨会资料1-5（2002）。

Jiro Otsuka: "Nanotechnology and Ultraprecision (in Japanese)"Symposium of Spring meet of JSPE 2002. 1-5 (2002)

大冢二郎：“纳米技术与超精密（日语）”JSPE 2002年春季会议研讨会。1-5（2002）

大塚二郎: "ITの次はナノテクノロジー"静岡理工科大学紀要. 7-16 (2001)

大冢次郎：“仅次于 IT 的是纳米技术”静冈科学技术研究所公报 7-16 (2001)。

精密工学会 超精密位置決め専門委員会(大塚二郎編集長): "次世代精密位置決め技術"フジ・テクノシステム. 650 (2001)

日本精密工程学会超精密定位专家委员会（大冢次郎，主编）：《下一代精密定位技术》Fuji Techno System（2001）。

Jiro Otsuka, Yasuji Oohashi and Sadaji Hayama: "Present and Future of Precision ane Ultraprecision Positioning (in Japanese)"J. Japan Society for Precision Engineering. Vol. 67, No. 2. 173-178 (2001)

Jiro Otsuka、Yasuji Oohashi 和 Sadaji Hayama：“精密和超精密定位的现在和未来（日语）”J.