定位平台整體架構

經由前面章節架構分析，我們設計知單軸之線性定位平台如圖 3-5 所 示，平台架構為 530mm x 95mm x 10mm 大小的平台，其中平台機構設計上 分為 4 個部分，分別為底台、定子支撐架、馬達動子連結器與光學尺讀投連 結器，圖 3-6 為設計出管型線性平台的組合圖。

圖 3-5 一維管型線性定位平台爆炸圖

圖 3-6 一維管型線性定位平台之組合圖

在線性滑軌部分，主要是使用上銀科技的 MGN 系列的線性滑軌如圖 3-7、3-8 所示，其主要的優點為體積小、輕量化，特別適合小型化設備使用。

滑塊、滑軌材質提供不鏽鋼及合金鋼兩種。不鏽鋼材質之線性滑軌，包含滑 塊、滑軌及其它金屬配件如鋼珠、保持器等，皆使用不鏽鋼材質，具備防鏽 的特性。 採用哥德型四點接觸設計，可承受各方向負荷，具備剛性強，精 度高等特性。 有鋼珠保持器設計，在精度允許下具備互換性。

圖 3.7 MGN 型線性滑軌產品圖

圖 3.8 MGN 型線性滑軌結構示意圖

第四章 系統模型推導與控制器設計

根據前面章節對系統的敘述與基本原理之推導後，我們將對系統做推力 分析，依所得到管型線性馬達的推力方程式，在對系統做整體模型的推導；

在控制器方面，主要是以 PID 控制器架構與適應滑動模型控制來做定位分 析；圖 4-1 為本研究的系統方塊圖，此系統主要分為軟體與硬體兩大部分。

圖 4-1 系統方塊圖

4.1 管型線性馬達之推力分析

在第二章節的地方有對磁推力做基本介紹，因此本章節主要對磁推力做 更進一步分析與探討，由於不同線性馬達，具有不同的磁力線分布；接下來 我們對管型線性馬達的磁路作分析，在導體上當線圈通以電流，會產生磁通 量Φ，其中 Φ 的大小與磁場密度和磁場強度來決定，圖 4-2 為管型線性馬達 的剖面示意圖。

在導體上當線圈通以電流，會產生磁通量 Φ，其中 Φ 的大小與磁場密 度和磁場強度來決定，由於線性馬達的結構，動子與定子間會產生氣隙；其 氣隙也會改變磁場的大小，式子(4-1)為基本的磁通密度表示式；其中 µ₀ 為 真空傳導係數、µr為相對傳導係數、H 為氣隙的磁場強度、M 為磁鐵本身的 磁通密度。[19]

圖 4-2管型馬達內部示意圖

面積為定值；然後假設Φn改寫成式子(4-6)

 

的表示式，如(4-13)所示：

特)與機械功率 P=F(牛頓)*V(每秒多少公尺)，二式做化減得到推力與電流相

圖 4-4 管型線性馬達推力以 Frobenious 級數表式的呈現效果

圖 4-5 改善後的管型線性馬達推力圖

為了改善頓動現象的干擾，我們嘗試將定子磁石的圓柱半徑與動子氣 隙間距做比例上的調整，使電磁力的磁通密度可以較均勻的分布，如此可

改善頓動漣漪對於管型線性馬達推力的干擾，增加線性馬達的線性表現，

因此馬達在控制上的精準度也相對提升；如圖 4-5 所示，已經可以明顯的 看到，峰對峰值的頓動漣漪碎振現象已經明顯的改善。

由式子(4-15)，我可以藉由原廠給的參數反推推力 F 與電流 i 之間的 關係，由反電動勢做單一時間的積分運算，求得磁通的的大小，其中在 mn部分上，磁極間距為 25.6 mm、n 為 100 與 Z 為 1 秒 40mm 的間距，經 由上述參數我們求得推力與電流之間的常數，如下圖 4-6 所示。

圖 4-6 管型線性馬達推力與電流關係圖