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Nanoscale Motion Control with a Compact Minimum-Actuator Magnetic Levitator / Gu, Jie in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 433-442 p. Titre : Nanoscale Motion Control with a Compact Minimum-Actuator Magnetic Levitator Titre original : Commande de Mouvement de Nanoscale avec un Déclencheur Minimum Compact Levitator Magnétique Type de document : texte imprimé Auteurs : Gu, Jie, Auteur ; Kim, Won-Jong, Auteur ; Verma, Shobhit Article en page(s) : 433-442 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Nanoscale  motion  control  Real  time  control  6-DOF  motion  Noise  propagation  and  analysis  Precision  magnetic  levitation  Commande  de  mouvement  de  Nanoscale  Commande  en  temps  réel  Mouvement  6-DOF  Propagation  et  analyse  de  bruit  Lévitation  magnétique  de  précision Index. décimale : 620.1/389 Résumé : This paper presents a novel magnetically levitated (maglev) stage developed to meet the ever increasing precise positioning requirements in nanotechnology. THis magnetic levitator has 6 independent linear actuators necessary ans sufficient to generate all 6 degree of freedom (6-DOF) motions. This minimum actuator design concept led to a compact, 200g lightweight moving part and the power consumption less than of a watt, thereby reducing the thermal expansion error drastically. The analysis and sizing of the magnetic linear actuators and the working principal of the maglev stage are presented. We designed and implemented stabilizing controller for 6-DOF motion control with the dynamic model based on the actuatot analysis. Test results showed nanoscale step responses in all sis axes with 2 nm rms horizontal position noise. A noise propagation model and analysis identified the capacitance sensor noise and the floor vibration as the dominant noise sources in the vertical and horizontal dynamics, respectively. A comparison of noise performances with controller closed at 25, 65, and 90 Hz crossover frequencies illustrated how the selection of the control bandwidth should be made for nanopositionning. Experimental results including a 250µm step response, sinusoidal and square-wave trajectories, and spherical motion generation demonstrated the three-dimensional (3D) nanoscale motion control capability of this minimum actuator magnetic levitator. Potential applications of this maglev stage include manufacture of nanoscale structures, atomic level manipulation, assembly and packaging of microparts, vibration isolation for delicate instruments, and seismic motion detection. Cet article présente un roman par magnétisme a fait de la lévitation étape (de maglev) développée pour répondre aux exigences de positionnement précises toujours croissantes dans le nanotechnology. Ce levitator magnétique a l'american national standard nécessaire indépendant de 6 déclencheurs linéaires suffisamment pour produire de chacun des 6 degrés de mouvements de la liberté (6-DOF). Ce concept de construction minimum de déclencheur mené à un contrat, à une pièce 200g mobile légère et à la puissance d'énergie moins que de watt, réduisant de ce fait l'erreur de dilatation thermique rigoureusement. L'analyse et le classement par taille des déclencheurs linéaires magnétiques et du principal de fonctionnement de l'étape de maglev sont présentés. Nous avons conçu et avons mis en application le contrôleur stabilisant pour la commande du mouvement 6-DOF avec le modèle dynamique basé sur l'analyse d'actuatot. Les résultats d'essai ont montré des réponses d'étape de nanoscale dans des toutes les haches de sis avec le bruit horizontal de position de 2 nm RMS. Un modèle et une analyse de propagation de bruit ont identifié le bruit de sonde de capacité et la vibration de plancher comme sources de bruit dominantes dans la dynamique verticale et horizontale, respectivement. Une comparaison des exécutions de bruit avec le contrôleur s'est fermée aux fréquences de croisement de 25, 65, et 90 hertz illustrées comment le choix de la largeur de bande de commande devrait être fait pour nanopositionning. Les résultats comprenant une réponse d'étape de 250µm, sinusoïdale expérimentaux et place-ondulent la trajectoire, et la génération sphérique de mouvement a démontré les possibilités tridimensionnelles de commande de mouvement du nanoscale (3D) de ce levitator magnétique de déclencheur minimum. Les applications potentielles de cette étape de maglev incluent la fabrication des structures de nanoscale, manipulation de niveau atomique, ensemble et empaquetage des microparts, isolement de vibration pour les instruments sensibles, et détection séismique de mouvement. En ligne : wjkim@mengr.tamu.edu [article] Nanoscale Motion Control with a Compact Minimum-Actuator Magnetic Levitator = Commande de Mouvement de Nanoscale avec un Déclencheur Minimum Compact Levitator Magnétique [texte imprimé] / Gu, Jie, Auteur ; Kim, Won-Jong, Auteur ; Verma, Shobhit . - 433-442 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 433-442 p. Mots-clés : Nanoscale  motion  control  Real  time  control  6-DOF  motion  Noise  propagation  and  analysis  Precision  magnetic  levitation  Commande  de  mouvement  de  Nanoscale  Commande  en  temps  réel  Mouvement  6-DOF  Propagation  et  analyse  de  bruit  Lévitation  magnétique  de  précision Index. décimale : 620.1/389 Résumé : This paper presents a novel magnetically levitated (maglev) stage developed to meet the ever increasing precise positioning requirements in nanotechnology. THis magnetic levitator has 6 independent linear actuators necessary ans sufficient to generate all 6 degree of freedom (6-DOF) motions. This minimum actuator design concept led to a compact, 200g lightweight moving part and the power consumption less than of a watt, thereby reducing the thermal expansion error drastically. The analysis and sizing of the magnetic linear actuators and the working principal of the maglev stage are presented. We designed and implemented stabilizing controller for 6-DOF motion control with the dynamic model based on the actuatot analysis. Test results showed nanoscale step responses in all sis axes with 2 nm rms horizontal position noise. A noise propagation model and analysis identified the capacitance sensor noise and the floor vibration as the dominant noise sources in the vertical and horizontal dynamics, respectively. A comparison of noise performances with controller closed at 25, 65, and 90 Hz crossover frequencies illustrated how the selection of the control bandwidth should be made for nanopositionning. Experimental results including a 250µm step response, sinusoidal and square-wave trajectories, and spherical motion generation demonstrated the three-dimensional (3D) nanoscale motion control capability of this minimum actuator magnetic levitator. Potential applications of this maglev stage include manufacture of nanoscale structures, atomic level manipulation, assembly and packaging of microparts, vibration isolation for delicate instruments, and seismic motion detection. Cet article présente un roman par magnétisme a fait de la lévitation étape (de maglev) développée pour répondre aux exigences de positionnement précises toujours croissantes dans le nanotechnology. Ce levitator magnétique a l'american national standard nécessaire indépendant de 6 déclencheurs linéaires suffisamment pour produire de chacun des 6 degrés de mouvements de la liberté (6-DOF). Ce concept de construction minimum de déclencheur mené à un contrat, à une pièce 200g mobile légère et à la puissance d'énergie moins que de watt, réduisant de ce fait l'erreur de dilatation thermique rigoureusement. L'analyse et le classement par taille des déclencheurs linéaires magnétiques et du principal de fonctionnement de l'étape de maglev sont présentés. Nous avons conçu et avons mis en application le contrôleur stabilisant pour la commande du mouvement 6-DOF avec le modèle dynamique basé sur l'analyse d'actuatot. Les résultats d'essai ont montré des réponses d'étape de nanoscale dans des toutes les haches de sis avec le bruit horizontal de position de 2 nm RMS. Un modèle et une analyse de propagation de bruit ont identifié le bruit de sonde de capacité et la vibration de plancher comme sources de bruit dominantes dans la dynamique verticale et horizontale, respectivement. Une comparaison des exécutions de bruit avec le contrôleur s'est fermée aux fréquences de croisement de 25, 65, et 90 hertz illustrées comment le choix de la largeur de bande de commande devrait être fait pour nanopositionning. Les résultats comprenant une réponse d'étape de 250µm, sinusoïdale expérimentaux et place-ondulent la trajectoire, et la génération sphérique de mouvement a démontré les possibilités tridimensionnelles de commande de mouvement du nanoscale (3D) de ce levitator magnétique de déclencheur minimum. Les applications potentielles de cette étape de maglev incluent la fabrication des structures de nanoscale, manipulation de niveau atomique, ensemble et empaquetage des microparts, isolement de vibration pour les instruments sensibles, et détection séismique de mouvement. En ligne : wjkim@mengr.tamu.edu