范光照臺灣大學：機械工程學研究所吳龍朋Wu, Long-PongLong-PongWu2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61486現在的精密量測平台常利用氣浮軸承達到減低摩擦力的功效，而其推進系統以馬達帶動，如三次元量測儀。其缺點為整體架構大而繁雜，且成本高昂。因此如何利用氣浮軸承本身的氣壓作推動力，並測試其可行性為本論文之主要研究方向。 在本研究中，主要探討結合下噴式及斜噴式氣壓變化之方式作為氣浮軸承及其推進系統，利用比例伺服閥直接針對氣壓作PID調控，並利用雷射干涉儀做位置迴饋感測，可達到自走式氣浮軸承定位平台的功能。 本論文之工作平台可工作範圍為0~220（mm），經過PID控制器的操作控制之後，定位控制可以達到約20µm左右的精度；由此可以觀察到，氣浮軸承利用本身的供氣壓力，即可以取代額外的推進系統，且結合PID控制，可以使氣浮軸承平台做位移上的控制操作，證明了此種推進系統的作動平台是可行性的。Air bearing linear stage is a common equipment for precision measurement due to its low friction advantage. It, however, needs a driver, such as the motor, to move. The system is complicate and high cost. How to use the air bearing’s pressure to move and test it’s feasibility study is the main goal of this research. In this research, the main focus is to investigate the combination of downward air pressure and variable tilted air pressure for supporting and moving power of the stage. With the proportional valve and PID controller to control the stage motion, and the laser interferometer to feedback the position, it attained autonomous air bearing stage. The designed autonomous air bearing stage has the stroke of 0~200(mm). When controlled by PID controller, the average positioning error is around 20µm. It can be observed that air bearing uses it own supplied air pressure can replace the additional driving components. When using a PID controller and a feedback laser interferometer, it can control the air bearing to move to the desired location. This research demonstrates that the air bearing stage can be moved by its own air pressure at a tilted angle.口試委員會審定書 I 誌謝 II 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 圖 表 目 錄 VIII 符號目錄 XII 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2文獻回顧 1 1-2-1學術論文方面文獻 1 1-2-2學位論文方面文獻 5 1-3研究目的與內容 6 第二章 氣浮軸承簡介 8 2-1氣浮軸承的基本種類及定義 8 2-2氣體靜壓軸承工作原理以及節流部的種類與特性 9 2-3氣浮軸承與傳統軸承之優缺點比較 11 2-4氣浮軸承的不安定現象 13 2-4-1氣鎚 13 2-4-2同步振動與晃轉不安定 13 第三章 氣浮軸承噴氣孔之設計與分析 16 3-1簡介 16 3-2孔口氣流特性介紹 16 3-3文獻分析b（臨界壓力比）、C（傳導值）值 18 3-4斜向噴氣孔設計理論分析 21 3-5垂直噴氣孔設計理論分析 23 3-6平台運動理論分析 23 第四章 氣浮軸承構造 27 4-1一般氣浮軸承基本架構 27 4-2本論文之氣浮軸承構造 29 4-3放電加工部分 33 4-3-1放電加工機台介紹 33 4-3-2放電加工鑽孔 34 第五章 氣浮軸承之控制與測試 42 5-1實驗架構 42 5-1-1 位移控制硬體方塊圖 42 5-1-2 DAQ、電源供應器、比例伺服閥和氣壓閥 42 5-1-3 雷射都卜勒測距儀 46 5-1-3-1雷射都卜勒效應的位移量測儀 46 5-1-3-2雷射量測的誤差來源 48 5-2 PID控制器 49 5-2-1 PID控制器說明 49 5-2-2 PID控制器設計 52 5-3實驗數據 53 5-3-1 PID參數， 之尋找 56 5-3-2 PID參數， 之尋找 58 5-3-3 PID參數， 之尋找 60 5-3-4 PID控制針對不同位移之測試 62 5-3-4-1 位移50（mm）之測試 62 5-3-4-2 位移100（mm）之測試 63 5-3-4-3 位移150（mm）之測試 65 5-3-4-4 位移200（mm）之測試 65 5-3-5 PID控制針對不同載重量之測試 66 5-3-5-1 載重量903（g）之測試 66 5-3-5-2 載重量2623（g）之測試 66 5-3-5-3 載重量4113（g）之測試 67 5-3-6 位移重複性之測試 68 第六章 結論與討論 69 6-1結論與討論 69 6-2未來發展方向 70 參考文獻 71 附錄A 73 A-1初始設計之流量分析 73 A-2氣浮軸承之初始設計 79 A-3系統控制 89 A-4結果討論 903245021 bytesapplication/pdfen-US氣浮軸承移動平台自走PID控制air bearingmoving stageautonomousPID controlthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61486/1/ntu-96-R93522716-1.pdf