在光学实验、精密制造、工业自动化等领域，电动位移台是实现高精度运动控制的核心设备。其诸多的参数指标共同保证了运行的精度和稳定性， 本文将系统解析各项关键参数，帮助大家快速理解其中的技术内涵，精准匹配实验需求，选择合适设备 。

电动位移台是一种 通过电机驱动实现精确位移的装置 ， 由位移台本体、驱动电机和控制器三部分组成。驱动电机类型通常包括步进电机、伺服电机、直线电机和压电驱动器。

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度（称为 “步距角”）或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

按照步进电机内部线圈组数的不同，可以分为两相、三相、五相步进电机。相数越高，其步距角也就越小，一般两相步进电机的步距角为 0.9 ° /1.8 ° （半步工作时为 0.9° 、整步工作时为  1.8 ° ，如果电机上只有一个值，说明这个值是整步时的步距角 ） 、三 相步进电机的 步距角 为 1.2° 、五相步进电机的 步距角 为 0.72 ° 。

除了增加步进电机的相数，还可以通过使用步进电机细分驱动器来提高控制精度，它可以将步距角细分为更小的角度，并且能够使电机运行得更加平稳，减少震动和噪音。

伺服电机是通过反馈控制系统来实现精确控制和定位的。伺服电机的系统结构包括一个电机、编码器和反馈控制器。编码器会实时监测电机转子的位置，并将数据反馈给控制器。控制器根据所需位置和实际位置之间的差异来调整电机的转速和力矩输出，以确保精确的运动控制。

伺服电机具有较为平滑和稳定的转矩输出特性。通过闭环控制系统，伺服电机可以在整个速度范围内提供稳定的转矩输出。这使得伺服电机适用于需要高速运行、高加速 / 减速性能以及精确定位的应用。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。与传统的旋转电机通过丝杆、皮带、链条等传动机构将旋转运动转换为直线运动不同，直线电机直接产生驱动力进行直线运动，避免了中间传动环节带来的误差、磨损、间隙和弹性变形等问题。

直线电机的工作原理基于电磁感应定律，当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。

压电驱动器是利用压电材料逆压电效应（横向效应和纵向效应），将电能转变为机械能或机械运动的器件。压电驱动控制的原理如图 所示。

当压电体受到外电场作用时， 电极会在压电陶瓷片上产生电荷，由于压电陶瓷的逆压电效应，导致压电陶瓷片发生变形，从而直接产生机械运动 。这种机械运动可用 在精密定位平台和超精密加工的直接输出上。另一种压电驱动控制原理 基于压电元件的逆压 电效应，激励定子弹性体作微幅振动，利用摩擦耦合原理，通过微小步距重复累积的方式实现将定子的微幅振动转化为动子的宏观运动 。

与其他类型的驱动方式相比，压电驱动最大的特点是能实现纳米量级的位移。同时，压电驱动具有体积小、刚度大、位移分辨率及定位精度高、线性好、频率响应高、不发热、断电自锁、无电磁干扰、环境适应性好、易于控制等优势，在超精密驱动领域得以广泛应用。

精度是 指 绝对精度， 电动位移台实际 移动 位置与 目标 位置之间的最大偏差 ，称为电动位移台的精度 。

单向定位精度是指电动位移台在单一运动方向上，从起始位置 移动到 目标位置时实际位移与理论位移之间的最大偏差 。

测试方法： 从原点开始单向移动，在全行程内选取 5~10 个点，测量 移动到 各点的实际位移与理论值的偏差，取最大正偏差与最小负偏差之差作为单向定位精度 。

重复定位精度指 电动位移台 在 同一方向 多次到达同一 目标 位置时的最大位置偏差 。

测试方法：电动位移台沿同一方向重复移动到单一目标位置 5 ~10 次，记录每次实际停止位置，取最大值与最小值的差值作为重复定位精度 。测试时沿同一方向运动可以避免空回误差对结果造成影响。

分辨率是一个理论值，是指电动位移台接到一个脉冲时的移动量。以步进电动位移台为例，分辨率和电机的步距角和细分驱动器相关，通过增加细分数，计算出的分辨率可以非常小，但是不一定具有实际意义，因为理论 分辨率 并不代表 位移台的 实际精度 ，步进电机 真正 “ 锁定 ” 的只有整步或半步 ，细分越细，电机 “定位力”越弱，很容易被外部负载、摩擦、弹性变形所干扰，产生误差。所以虽然细分提高了控制精度，但没有提高力学定位精度。

最小可移动增量代表了电动位移台的微步能力，也可以称为最小有效移动量、最小步长等，是指在脉冲尽可能少的情况下，实际运行的位置和理论位置偏差不超过误差允许范围时的最小移动量。

电动位移台的负载是指 位移台面的中央可承受的、可以以最 高 速度驱动的 最大 重量 。根据位移台工作时的放置方向可以区分为水平负载和垂直负载，由于位移台的驱动形式和结构设计，垂直负载一般会比水平负载弱很多。

在位移台的使用过程中 要明确实际 的 负载情况，包括负载的重量、形状、重心位置等。 对于形状不规则或重心偏移的负载，要评估其对位移台的扭矩影响，避免因扭矩过大导致位移台运行不稳定。

速度 指位移台在单位时间内能够移动的距离 ；加速度 表示位移台速度变化的快慢程度 。

速度和加速度参数决定了位移台在工作过程中的运动效率和动态性能，对于需要快速定位和频繁启停的应用场景尤为重要。

开环与闭环控制的本质区别在于反馈机制的有无。

控制器发出指令脉冲，经驱动器转换为电机可接收的信号，电机再带动丝杆等传动机构使台面运动，其运动关系由电机的步距角、传动机构的传动比等决定，运动完成后系统不会对实际位移进行检测和反馈，无法自动修正误差。

在开环电动位移台的基础上，增加了位置检测反馈装置，如光栅尺、编码器等。电机带动台面移动的同时，位置检测反馈装置实时监测台面的实际位移，并将信号反馈给控制器，控制器根据反馈信号与目标指令的差值进行调整，直至实际位移达到目标 位置。

回程间隙也称空回、空行程，是指电动位移台向某个方向移动一定距离后再回位时产生的间隙。当位移台的运动方向发生改变时，由于传动部件之间的间隙，如丝杆与螺母之间的间隙，会导致位移台在反向运动时，电机已经转动了一定角度，而工作台实际并未发生位移，这个过程中产生的位移差即为回程间隙。回程间隙的存在会影响位移台的定位精度和重复性，尤其是在需要高精度双向定位的应用场景。

电动位移台的非轴向误差是指与约束的自由度方向相关的误差 。 主要由 机械结构的制造精度和装配精度、负载的影响和 温度变化引起的材料热胀冷缩 所引起。

垂直方向 的 平行度也称 平直度 ， 指位移台在垂直于运动方向上的直线运动误差 。 理想情况下，位移台应沿直线运动，但由于机械结构的限制，实际运动轨迹可能会在垂直方向上产生偏差，这种偏差就称为平直度误差。

水平方向 的直线度是指位移台在水平方向上的直线运动误差。实际运动轨迹与理想直线之间的偏差称为直线度误差 。

θ _z 方向的偏摆（ Yaw ）：是指位移台在 θ _z方向上的角度偏差。

θ _y 方向的俯仰（ Pitch ）：是指位移台在 θ _y方向上的角度偏差。

θ _x 方向的转动（ Roll ）：是指位移台在 θ _x方向上的角度偏差。

跳动是一种尺寸规范，用于定义曲面相对于基准移动时的运动误差。

轴向跳动又称端面跳动，指旋转位移台台面绕轴线旋转一周（ 360° ）时， 台面垂直方向（轴向） 的位置变化最大值。 主要来自于 旋转台面的平面度偏差和装配同轴度误差。

径向跳动 指旋转 位移台 台面绕轴线旋转一周时 ，   台面水平方向（径向）   的位置变化最大值。 该偏差主要来自 旋转轴系的圆度、轴承间隙以及传动部件的几何精度 误差 。

参考文献：
[1]肖晓兰,林健鑫,区楚塬,等.压电驱动在超精密加工领域的应用现状与发展趋势综述[J].机电工程技术,2024,53(07):34-40.