微制造平台隔振控制理论及应用研究.pdf

浙江大学硕士学位论文全文摘要本学位论文结合国家自然科学基金项目“精密装置仿生隔振系统理论及基础技术研究”( N o ．5 0 0 7 5 0 7 8 ) ，从理论分析和实验研究两方面，对S M R 模型的功率传递特性、微制造隔振平台控制理论和主动振动控制技术进行了深入、系统的研究自从2 0 世纪8 0 年代以来，微机电系统( M E M s ) 技术是一个迅速发展的新兴的科学技术领域微机电系统研究的涉及微机械学、微电子学、微光学、流体力学、自动控制、物理、化学、生物学以及材料科学等学科，是一个多学科交叉的、高技术的边缘学科，越来越被世人所重视微机电系统一般是由若干毫米级、微米级甚至纳米级的光、机、电器件组成的因此，对于这些微机电系统器件的制造技术提出了很高的要求，在制造、测量这些微小器件时，需要一个非常稳定的精密的操作平台，包括深入研究并解决微制造平台隔振控制理论和基础技术本论文在分析大量国内外相关方面的论文，基于S M R 模型的功率流传递分析方法t 对微制造隔振平台控制系统进行了仿真研究仿真研究表明：该方法可以降低微制造平台的设计复杂度，且保证微制造平台的较好的隔振性能同时，研究表明：主、被动控制技术相结合的控制系统的性能比只有主动控制或者只有被动控制的控制系统要好。

综合了S M R 模型的的功率流传递特性研究和啄木鸟头部的隔振机理和生理结构的研究，再结合仿生学的原理设计了微制造隔振平台作者建立了相关的数学模型及动力学方程作者利用M A T L A B 对隔振控制算法进行了仿真研究，比较了无隔振控制、被动隔振控制和主动隔振控制方法之间的差剐实验研究表明主动隔振控告4 在低频阶段相对其他方法有明显的效果，与本文理论分析基本吻合关键字：微制造隔振平台仿生学S M R主动隔振控制P l塑堑奎堂堡圭堂些丝苎A b s t r a c tT 1 1 i st b e s i si ss u p p o r t e db yt h eN a t i o n a IN a m r a Ia n ds c i e n c eF o u n d a t i o nT h en u m b e ro ft h ef u n di sN o5 0 0 7 5 0 7 8T i f f sP r o j e c tn M n ei s “B a s i ct e c h n i q u er e s e a r c ha n dV i b r a t i o ni s o l a t i o nT h e o r yw i t hb i o n i cm e c h a n i s mf o rd e v i c e so fh i g hp r e c i s i o n ”T h i st h e s i si sm a i n l yi nt w oa s p e c t s ：t h e o r e t i c a la a a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ．I ti sc o m p o s e do ft h ec h a r a c t e r i s t i co fp o w e rt r a n s m i s s i o nb a s e do nt h eS M Rm o d e l ，c o n t r o lt h e o r yo f v i b r a t i o ni s o t a t i o nf o rM i c r o - m a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m ．M E M St e c h n o l o g yi san e w l yf a s td e v e l o p i n ga r e ai nt h el a s t2 0y e a r sI ti sh i g h - t e c hi n t e r d i s c i p l i n a r ya n dc o v e r sm i c r o - m e c h a n i c s ，m i c r o - e l e c t r o n i c s ，m i c r o —o p t i c s ，f l u i dm e c h n a n i c s ，a u t o m a t i cc o n t r 0 1 ．p h y s i c s ，c h e m i s t r y , v i o l o g y , a n dm a t e r i a ls c i e n c e ，e t cA n di th a sb e e na t t r a c t i n gm u c ha t t e n t i o na r o u n dt h ew o r l dU s u a l l yt h ed i m e n s i o no f t h i ss y s t e mi so n l ys e v e r a lm i c r o n s ，e v e nj u s ts o m en a n o m e t e r sA n di ti su s a l l yc o m p o s e do fo p t i c a l ，m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i cp a a sT h e r e f o r , t h ed e m a n d sf o rl n a n u f a c m r i n gs u c hM E M Sd e v i c e sa r ev e r yc r i t i c a l ．D r u i n gt h em a n u f a c t u r i n go rm a s r u i n gs u c hd e v i c e s ，w en e e dav e r ys t a b l ew o r k i n gp l a t f o r m ，t h a ti s ，m a k i n gad e e p e rr e s e a r c ho nt h eb a s i ct e c h n o l o g ya n dc e n t r e lt h e o r yo f v i b r m i o na n di s o l a t i o nf o rt h ep l a t f o r m ．A f t e rr e a d i n gm a n yr e l a t e dp a p e r s ，t h i st h e s i sf i r s t l yp r e s e n t sa Na n a l y s i sm e t h o do fp o w e rt r a n s m i s s i o na n dd o e ss o m es i m u l a t i o n sT h er e s u l t so ft i l es i m u l a t i o n ss h o wt h a tt h et h ea n a l y s i sm e t h o do fp o w e rt r a n s m i s s i o nc a nr e d u c et h ec o m p l e x i t yw h e nd e s i g n i n gt h ep l a t f o r ms t r u c t u r ea n dg u a r a n t e eag o o dv i b r a t i o ni s o l a t i o nc a p a b i l i t yo ft h em i c r o - m m m f a t c u r i n gp l a t f o r m ．M e a n w h i l e ，t h er e s e a r c ha l s os h o w st h a tas y s t e mw i t ht h ea c t i v ec o n t r o lc o m b i n e dw i t hp a s s i v ec o n t r o li sb e t t e rt h a nt h o s es y s t e m sw i t ho n l ya c t i v ee l ’p a s s i v ec o n t r o lS y n t h e s i z i n gt h er e s u l t so ft i l er e s e a r c ho fp o w e rt r a n s m i s s i o no fS M Rm o d e l ，t h ev i b r a t i o ni s o l a t i o nm e c h a n i s ma n dt h es t r u c t u r eo faw o o d p e c k e r ’sh e a da n db i o n i cm e c h a n i s m ，w ed e s g nt h eM i c r o —M a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m ，T h e nw ee s t a b l i s hi t sm a t h e m a t i c a lm o d e l sa n dd y n a m i ce q u a t i o n sT h ea u t h o ru s e sM A T L A Bt os i m u l a t ec o n t r o la l g o r i t h m sf o rv i b r a t i o ni s o l a t i o na n dc o m p a r e st h ed i f f e r e n c e so f1 1 0 一c o n t r o l ：p a s s i v ec o n t r o la n da c t i v ec o n t r 0 1 ．T h ee x p e r i m e n tr e s u l t e ss h o wt h a ta c t i v ev i b r a t i o ni s o l a t i o nc o n t r o li sb e t t e rt h a no t h e rm e t h o d sa tt h el o wf r e q u e n c i e s ．A n dt h er e s u l t e sa r ev e r yc l o s et ot h et h e o r e r i c a la n a l y s i sK e yw o r d s ：M i c r o - m a n u f a c t u r i n gv i b r a t i o n - i s o l a t i n gp l a t f o r mb i o n i c sS M RA c t i v eV i b r a t i o nI s o l a t i o nC e n t r e l——一．．塑垩茎兰堡主兰垡笙奎．一第一章绪论1 ．1 课题的研究背景及研究意义随着人类文明的发展和科学技术的日新月异，人类逐步探索微观世界所必须的基本知识和物质手段，其中近年来出现的微米纳米测量技术、各种微细加工技术，特别是微机电系统( M i c r o ，E l e c t r o —M e c h a n i c a l ．S y s t e m ，M E M S ) ，就是一个例证。

在此基础上，1 9 5 8 年第一块集成电路的诞生，1 9 6 0 年硅平面工艺和外延技术的出现，1 9 8 1 年第一台扫描隧道显微镜( S T M ) 的发明。