一種適用于ic裝備工件定位運動臺的仿真系統及其建模方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于仿真系統建模技術領域，更具體地，涉及一種適用于IC裝備工件定位運動臺的仿真系統及其建模方法。
【背景技術】
[0002]IC裝備工件定位運動臺是一種超精密機械結構，其主要由氣體軸承實現支承和導向，由直線電機直接驅動，結構上具有無機械接觸特點，能夠在行程范圍內實現微阻力的精確定位運動。IC裝備工件定位運動臺涉及機械、氣壓、電磁、電控等多個學科領域，整個運動臺的動力學特性為多個領域交互作用結果。
[0003]目前，關于IC裝備工件定位運動臺的設計研宄過程中，主要是分別對多體動力學、氣壓軸承、電磁驅動等領域單獨進行仿真分析。例如，采用FLUENT、Phoenics、CFX、Star-cd等軟件對氣壓軸承進行流體力學建模仿真分析，采用ANSYS等軟件對電磁驅動元件進行有限元建模仿真分析，采用ADAMS等軟件對運動塊進行多剛體建模仿真分析。在進行單學科領域或部件級建模仿真時，只注重研宄該學科領域或部件自身的細節問題，忽略了部件之間的交互耦合作用因素，這就使得所建立的運動臺模型不能準確反映完整系統行為特征，也無法發揮建模仿真方法在運動臺設計研宄中的作用和意義。此外，一些基于多種建模軟件接口的聯合仿真方法，雖然實現了 IC裝備工件定位運動臺中少數幾個學科領域或部件之間的共同求解計算，但由于受限于軟件接口功能，以及建模仿真操作過程對開發人員要求非常高，因此，也不利于用戶很好的掌握和使用。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的上述缺點和/或改進需求，本發明提供了一種適用于IC裝備工件定位運動臺的仿真系統及其建模方法，其中從具體仿真對象的整體結構和框架設計出發，實現了 IC裝備工件定位運動臺的可視化、層次化、參數化、多領域統一建模，建立了可準確反映完整系統行為特征的仿真模型。對由多學科領域構成的復雜的相互作用和影響的運動臺進行整體性能研宄，從而避免了復雜的聯合建模與仿真，減少了循環設計和試驗次數，為IC裝備工件定位運動臺系統的設計及部件結構的改進提供了有力支撐。此外，本發明還通過對各個部件設置統一的輸入和輸出接口，使得同一領域內的部件可以有效的對接，適用于不同型號規格的IC裝備工件定位運動臺的仿真建模，適用性強，操作簡便。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種適用于IC裝備工件定位運動臺的仿真系統建模方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:該方法包括如下步驟:
[0006](I)構建部件級多領域模型庫:對所述IC裝備工件定位運動臺的整個系統結構進行模塊化逐層級分解，以分解出組成該系統的所有基礎部件；基于Modleica基礎元件模型庫分別建立與上述基礎部件相對應的部件模型；將獲得的所述部件模型進行分類，由此形成氣壓模型庫、電磁模型庫、機械模型庫和電子模型庫；
[0007](2)構建功能模塊級模型庫:選用步驟⑴中所述的氣壓模型庫、電磁模型庫、機械模型庫和電子模型庫中的部件模型進行可視化組合建模，從而構建獲得氣體軸承模型、直線電機模型、承載機構模型和直線電機驅動器模型；
[0008](3)構建系統級模型:依據所述IC裝備工件定位運動臺的系統結構，選用步驟(2)中所述氣體軸承模型、直線電機模型、承載機構模型和直線電機驅動器模型構建獲得系統級模型；
[0009](4)構建運動臺仿真系統:對步驟(3)構建的所述系統級模型進行檢查，檢查無誤后進行模型參數設定，獲得IC裝備工件定位運動臺仿真系統，以此方式，實現整個IC裝備工件定位運動臺仿真系統的建模。
[0010]進一步優選的，所述氣壓模型庫中優選包含氣室部件模型、氣壓管路部件模型、三通管路部件模型、節流孔部件模型、氣浮腔部件模型和環境氣壓部件模型。
[0011]進一步優選的，所述電磁模型庫中優選包含線圈部件模型、動極部件模型和定極部件模型。
[0012]進一步優選的，所述機械模型庫中優選包含滑塊部件模型、橫梁部件模型、導軌部件模型以及Y方向直線電機多體近似模型。
[0013]進一步優選的，所述電子模型庫中優選包含換向模塊模型以及電流/電壓調節模塊豐吳型。
[0014]進一步優選的，對于同一類型結構的不同規格的IC裝備工件定位運動臺，在已構建的所述功能模塊級模型庫的基礎上，通過Modelica模型的參數化復用特性，采用繼承原有所述功能模塊級模型庫的方式進一步擴展得到新的功能模塊級模型庫；然后再組合上述新的功能模塊級模型庫，從而實現新規格的IC裝備工件定位運動臺仿真系統的建模。
[0015]進一步優選的，被劃分在同一模型庫中的部件均設置有相同的接口，該接口包括輸入接口和輸出接口，并且前一部件的輸出接口和后一部件的輸入接口相連。
[0016]按照本發明的另一個方面，提出了一種適用于IC裝備工件定位運動臺的仿真系統，其特征在于，該系統包括部件級多領域模型庫、功能模塊級模型庫、系統級模型、模型編譯及仿真模塊，其中:
[0017]該部件級多領域模型庫通過將部件模型以學科領域進行分類獲得，其包括氣壓模型庫、電磁模型庫、機械模型庫和電子模型庫；
[0018]該功能模塊級模型庫包括氣體軸承模型、直線電機模型、承載機構模型和直線電機驅動器模型；
[0019]該系統級模型根據所述氣體軸承模型、直線電機模型、承載機構模型和直線電機驅動器模型進行組合構建；
[0020]該模型編譯及仿真模塊，首先用于對所述系統級模型進行檢查，然后用于對上述檢查無誤后的系統級模型進行編譯及仿真建模，由此獲得IC裝備工件定位運動臺的仿真系統。
[0021]進一步優選的，該仿真系統還包括輸出模塊，用于輸出仿真結果，其包括曲線顯示和3D動畫演示。
[0022]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0023]1.本發明改變了目前仿真過程中只重視具體模型編程實現，而忽略對具體仿真對象模型整體結構和框架設計的問題；基于具體仿真對象的整體結構，采用可視化、層次化、參數化、多領域統一建模方式，實現了 IC裝備工件定位運動臺仿真系統的建模，對由多學科領域構成的復雜的相互作用和相互影響的運動臺進行整體性能研宄，避免了復雜的聯合建模與仿真，減少了循環設計和試驗次數，為運動臺系統設計及部件結構改進提供了支持工具。
[0024]2.本發明有效的解決了 IC裝備工件定位運動臺中氣壓、機械、電磁、控制等多領域耦合的問題，極大的提高了建模效率，并且本發明借助于多領域統一的建模仿真環境，使用戶可以基于近乎于物理結構的系統模型進行系統的仿真分析，為構建IC裝備工件定位運動臺的建模仿真系統提供了有力支撐。
[0025]3.由于IC裝備工件定位運動臺設計中最為關鍵的部分是保證支撐臺能夠平穩的運動，因此需避免因氣體軸承輸出氣體壓力的變化而導致支撐臺出現繞X軸或Y軸或Z軸做旋轉運動，本發明構建的適用于IC裝備工件定位運動臺的仿真系統可有效的對上述的一切情況進行仿真和分析，用戶可以通過仿真結果直觀明了的查看一些重要設計參數，本發明適用性強，可適用于不同型號規格的氣浮IC裝備工件定位運動臺的研宄與設計使用。
【附圖說明】
[0026]圖1是IC裝備工件定位運動臺的結構圖；
[0027]圖2是單孔圓形氣體軸承結構；
[0028]圖3是各功能模塊模型之間的連接關系圖；
[0029]圖4是IC裝備工件定位運動臺的仿真系統示意圖；
[0030]圖5是模塊化逐層級分解流程圖；
[0031]圖6是部件模型建模過程及模型檢查流程圖；
[0032]圖7是系統級模型建模流程圖；
[0033]圖8是IC裝備工件定位運動臺仿真系統的建模流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0035]本發明系統是在MWorks建模仿真環境下，根據IC裝備工件定位運動臺的物理結構，分別構建運動臺各個學科領域模型庫，包括其相關部件模型庫，再通過模塊化和層次化建模方式，由