前言

隨著科技不斷的進步，精密運動控制技術廣泛地運用在工業上。因此對 平台的精密度需求不斷的提升，例如在半導體設備檢測上、工業機器處理工 具或是生物科學等應用等等….，因此所需的高精密度、快速驅動與低摩擦 力之機械裝置，因此高精密定位的技術，在量測儀器與機械加工機上扮演著 重要的地位。 [1-5]。

圖 1-1 X、Y 與θ的三維定位平台[1]

平台中定位技術在製造產業上為重要技術之一，所謂定位(Positioning) 係指空間上某一點靜止點運動位移到另一靜止點之動作。其基本運動型態有 三： (1)物體驅動到所定位置，直到在所定精度內停止的間歇運動； (2)物 體啟動到某速度，直到在所在精度內等速移行的運動； (3)物體密切追隨空 間、時間變化之目標的運動。而定位精度的優劣可由準確性(Accuracy)與精

確性(Precision)這兩項性能規格看出[6]，準確性係表示實際量測值與目標值 之間的差異程度；精確性係指對同一待測物做重複量測，得到量測值之間的 差異程度。若兩項性能達到一定的程度，就是所謂超精密定位。

定位平台就是可以使物體跟著所預期的路徑移動，依次達到定位精度要 求的裝置；在運動行程方面主要分為短行程與長行程，其中壓電致動器為短 行程所最常用的驅動器，而雖然具有體積小與高精密性等優點，但存在的非 線性磁滯現象，在定位度上會產生較大的誤差。在長行程上主要是以滾珠導 螺桿與線性馬達為主要應用，在滾珠螺桿上主要是搭配步進馬達來做定位控 制；由於滾珠導螺桿有背隙的問題，對定位精度上產生嚴重的干擾。為了提 升精密度需求，線性馬達逐漸被工業界拿來應用，以減少定位誤差改善精密 定位的性能。[7-8]

圖 1-2 雙軸 XY 壓電致動器[7]

圖 1-3 雙軸 XY 運動機械平台[8]

由於工業界的需求量，近年來使得線性馬達不斷的變化，依照各所需求 的、生產品質，又可分為許多種類；而最常見可分為平板式線性馬達、U 型 板線性馬達與管型線性馬達(Servotube Actuator)；其中平板式具有較大的驅 動速度、較低驅動推力。如果需要較大的承載力，管型線性馬達由於磁力線 的分布，因此具有較大與較穩定的推力，並且在動子與定子間的摩擦力影響 是最小的，因配合實驗需求，本研究對管型線性馬達作家以探討，管型線性 馬達受磁力分布較均勻，而 U 性線性馬達受到的磁力分布在二側，至於平 板型的線馬單方向受磁力分布。

在摩擦力的部分，精密定位平台上一直被視為很重要的課題；由於物體 間的相對運動，產生了非線性的摩擦力，精密定位的誤差影響甚大。如驅動 機台在啟動時會因摩擦力產生一個 delay 的問題。為了提升摩擦力影響的定 位精度，在機械方面上提升機構系統的精度、配合著滾珠滑軌與高精密的潤 滑油來減少摩擦力的產生；另外方面藉由控制法則來提升定位精度，藉由設

計出控制器來對做補償，以降低摩擦力與機台震動等干擾。在控制器設計 上，傳統 PID 控制器藉由調整比例增益、積分值與微分值來做控制，配合著 初始補償與回授補償來達到降低外部干擾。所以本篇提出使用 PID 控制器，

來對管型線性馬達做分析；並且模擬定位誤差追蹤。