光刻机工作台运动控制中的若干关键问题

100 nm步进扫描投影光刻机是我国攻关研究的主流机型,工作台是实现其超精密性能的核心子系统。光刻机工作台采用粗、微复合的运动结构,其同步最大运动平均误差(5 nm)和同步最大运动标准偏差(12 nm)等性能指标对运动控制系统提出严苛要求。分析硅片台与掩模台的结构特点,提出了运动控制系统中保证精度实现的组成单元,分别论述轨迹规划、测量系统、控制策略单元等的工作机理与实现特点;为进一步提高运动控制精度,分析工作台可能受到的扰动因素,提出相应的补偿控制策略,探讨运动控制中各环节的参数校准策略。综合论述步进扫描投影型光刻机工作台运动控制中的关键问题,并提出相应的实现与解决方法,可为实际光刻设备超高精度的实现提供指导。     

基于实时以太网的多轴运动控制网络的研究

在现代机械制造中,多轴运动控制的应用已经非常广泛,为了有效协调同步各个轴的运动过程,实现高精度的多轴运动控制,一个实时高效的数字通信网络是必不可少的。本文首先介绍了网络化多轴运动系统模型,然后通过分析多轴运动系统对网络通信的需求,提出了一种基于实时以太网的多轴运动控制网络的模型。     

主从分布式多轴控制系统同步采样机制研究

为满足多轴位控系统对各协调联动轴位置信号的同步采样精度需求,在主从分布式多轴运动控制系统架构下,提出采用FPGA实现基于自定义总线的"同步锁存、顺序读取"采样机制。在自主研发的主从分布式多轴运动控制系统实验平台上进行多轴位置信号同步采样实验。实验结果表明,所提出的同步采样机制可以有效减小顺序采样延时导致的编码器信号计数偏差;在八轴运动控制系统中各个运动轴接收到同步锁存信号的时延不确定性小于15 ns;在对1 MHz以内的光电编码器信号同步采样时两轴间的计数误差稳定在1个脉冲之内。由此验证所提出的多轴同步采样机制能满足位置信号的同步采样要求,保证在轴数增加的情况下不会对同步采样精度产生过多影响。     

PLCopen轴组运动功能块的研究与实现

针对PLCopen单轴及主/从结构多轴功能块无法实现复杂多维运动控制的问题,对PLCopen轴组功能块的执行方式和参数保存及传递方法进行了研究,提出了结构体队列法,设计并实现了PLCopen轴组功能块,完成了多轴协调运动控制。首先采用基于信息队列的方法实现了PLCopen标准定义功能块中Buffer Mode功能,能够完成多种模式下的运动控制。然后采用建立结构体的方法实现了运动参数的保存及传递。最后,基于工控机+PMAC运动控制卡为架构的硬件平台,以调用轴组直线运动功能块为例,对轴组功能块功能进行了实验验证。实验结果表明,轴组功能块运行正确,能够完成多种模式的运动控制,实现多轴协调运动,满足对于复杂多维运动的实际需求。     

光刻机工作台超精密运动与同步控制

以同步扫描的运动性能为目标,研究针对步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动与同步控制策略.结合工作台的结构特点,提出一种粗、微复合运动控制方法,即:微动台纳米级微动,粗动台微米级跟随运动;以硅片台、掩模台的三阶轨迹规划与轨迹重叠为基础,进行扫描过程中的同步状态规划;为实现纳米级的同步运动精度,进行硅片台与掩模台的动态特性比较,在此基础上提出工作台交叉反馈的同步控制策略,使掩模台实时跟踪硅片台的运动趋势,并设计同步误差模型进行运动性能评估.该方法已在100nm步进扫描投影光刻机中得到实际应用,并取得良好效果.     

无轴单张纸输纸机同步控制系统研究

多轴协调控制是运动控制系统中的重要技术,多轴运动控制系统的性能优劣取决于协调控制策略.无轴单张纸输纸机要求保证各驱动轴之间的运动保持严格的同步,解决输纸机各运动轴速度和相位的同步控制问题,也就是解决多轴运动同步问题.介绍了多轴运动控制系统中采用的一种滑模变结构控制策略,并把该策略应用于无轴单张纸输纸机.仿真试验结果表明,滑模变结构控制能够提高多轴控制系统的稳定性和自适应能力,满足系统响应速度和控制精度的要求.     

基于PMAC控制器的纳米定位系统接口电路

研究了基于可编程多轴控制器运动控制卡的宏微两级精密定位控制系统，介绍了如何通过该控制卡的电路设计以达到对工作台的纳米级定位，并由实验验证了系统的可靠性。研究表明，该系统工作台的定位精度高。     

拉弯机控制系统及其多轴同步运动控制算法

针对汽车零部件的复杂拉弯工艺需求,以稳定可靠、多轴同步运动和末端速度均匀可控为目标,采用工控机和运动控制卡设计了一种双六轴的伺服拉弯机控制系统。系统软件依据MVC设计模式进行设计开发,系统硬件以运动控制卡为核心,通过EtherCAT总线对电机进行实时控制。将虚拟主轴策略引入多轴同步运动控制算法,并通过运动仿真与试验验证了控制系统的可行性。     

锌空燃料电池极片生产线多轴控制系统的研究

介绍了以三台伺服电机为执行元件的干嵌法锌空燃料电池生产线运动控制系统。系统采用PC和运动控制卡作为上位控制多个伺服电机的运动,搭建了多轴控制系统的硬件平台。根据工艺要求进行了硬件的选型,确定伺服电机的控制方式和参数设置,建立伺服驱动器和控制卡之间的连接。Visual C++编写基于PID控制的普通运动控制卡的动态链接库,使运动控制系统能够实现精确的同步运动;以LabVIEW为开发平台,设计基于虚拟仪器的控制系统,通过调用VC编写的动态链接库实现多轴同步控制功能及实时状态监测。     

基于CAN总线的多轴同步运动控制系统

针对工业上现代机电设备广泛采用的主从式同步运动控制器不能解决任意轴负载变化对同步性能的干扰等问题。在CAN总线基础上,采用虚轴法的同步控制策略,设计了一个网络化、开放式的多轴同步运动控制系统。使用专用运动控制芯片LM628作为电机的运动控制器,简化了系统的软硬件设计。实验结果证明该方法可解决多电机在运动中出现负载扰动时如何保持同步的问题。     

基于高速光纤链路的同步测控机制

针对光刻机工作台多维纳米级同步运动,提出一种基于光纤链路的同步测控机制,实现了针对各运动轴控制指令执行和传感数据采集的严格同步;为每个运动控制器与其测控单元之间设计了独占的高速数据通道,确保测控的实时性;设计了基于内部总线的同步周期触发,定义了一致的传感器、执行器单元执行时序,以及精确光纤链路数据传输模型,确保测控的高同步性。实验结果表明,该测控机制的总体输出延迟小于0.65μs,同步误差小于20ns,若提高光纤链路速率,能进一步提升同步测控性能。     

同步带传动机械手的建模与振动控制研究

为了实现硅片在测试过程中的自动传输,设计了一种同步带传动的机械手.由于同步带的柔性,在运动的过程中不可避免的带来振动.为了得到平稳的运动,建立了同步带传动机械手的数学模型,从机械设计和控制算法两方面来抑制机械手的振动,并通过计算机仿真进行了验证.     

基于时钟同步的网络化运动控制策略研究

网络化运动控制系统(Networked Motion Control Systems，NMCS)是运动控制器与数字智能驱动器通过串行通信网络相连的控制系统。NMCS需要通过控制网络在控制器和各个运动部件之间高频率、低延迟和实时地交换控制和传感数据，以保证控制的高速度和高精度。串行控制网络本质上是有限带宽和异步的，这是网络化控制应用所面临的主要障碍。在中国国家自然科学基金重点项目《网络环境下的数字制造理论与关键技术》资助下，提出基于预测控制和网络时钟同步解决方案。 讨论网络同步在多轴协调运动控制中的作用，提出一种基于网络时钟同步的分布式插补方法。通过分析网络延迟对单轴跟踪控制性能的影响，提出基于时间戳和预测控制的补偿方法。对固定网络延迟，采用Smith预估器加以补偿，并应用零相位误差跟踪控制和Youla参数化改善其动态特性和鲁棒性。对随机时变网络延迟，采用广义预测控制算法和报文缓冲机制加以补偿。仿真和实验结果证明算法的有效性。     

双缸同步运动控制算法研究

阐述了双缸同步运动的控制算法,说明了双缸同步控制系统的基本工作原理,设计了双缸同步运动液压控制系统,对同步控制回路及手动应急回路做了说明。对双缸同步运动控制系统进行了动态仿真,分析了影响系统同步性能的因素。     

双轨迹同步控制快速涂胶系统的设计

针对鞋底、耳机塑料件、手机贴膜、皮革制品等涂胶工艺的效率低下,过于依赖手工操作等问题,将计算机控制技术和运动控制技术应用到涂胶工艺中。以鞋底后帮的轮廓涂胶为例,开展双轨迹同步控制坐标系的分析,建立电机与丝杆的传动之间、运动轴的进给与位置反馈检测之间的关系,提出双轨迹同步控制涂胶路径的方法。在平面轨迹的涂胶控制上对涂胶系统进行了评价,分别进行了多个产品的单轨迹和双轨迹的涂胶工序的对比试验。研究结果表明:这几个产品采用双轨迹涂胶系统的涂胶工时大约是单轨迹涂胶的1/2,双轨迹同步控制快速涂胶系统可有效地提高涂胶工艺的效率。     

铝箔复合机同步带失效分析及其对策

笔者通过对铝箔复合机同步带失效分析研究,构建了同步带传动剪切失效的运动方程,得出同步带剪切失效的主要因素.在理论研究的基础上,提出高速交变应力作用下同步带失效的对策方法.     

汽车金属带－行星齿轮无级变速传动系统同步点振动控制研究

在对原有系统结构加以改进和同步点速比变化率实施控制的基础上,建立了传动系统于混合无级变速、同步点转换和纯无级变速三种工况下的键合图仿真方程。仿真结果表明：新系统于同步点对车体的冲击度远小于标准规定的10m/s{sup}3。     

Research and Test of Three-Pulley Noncircular Synchronous PulleyTransmission Mechanism with Minimum Slack

The noncircular synchronous belt drive mechanism has demonstrated certain achievements and has been used in special fields.Research regarding noncircular synchronous belt drive mechanisms has focused on optimization desigr and kinematic analysis in China,whereas two pulley noncircular synchronous belt transmissions have been devel-oped overseas.However,owing to the noncircular characteristics of the belt pulley,the real-time variation in the belt length slack during the transmission of the noncircular synchronous belt is significant,resulting in high probabilities of skipping and vibration.In this study,a noncircular tensioning pulley is added to create a stable three-pulley non-circular synchronous belt driving mechanism and a good synchronous belt tensioning,with no skipping;hence,the non-uniform output characteristic of the driven pulley is consistent with the theoretical value.In the circular noncircu lar noncircular three-pulley noncircular synchronous belt mechanism,the pitch curve of the driving synchronous belt pulley is circular,whereas those of the driven synchronous belt and tensioning pulleys are noncircular.To minimize the slack of the belt length of the synchronous belt and the constraint of the concavity and circumference of the tensioning pulley,an automatic optimization model of the tensioning pulley pitch curve is established.The motion simulation,analysis,and optimization code for a three-belt-pulley noncircular synchronous belt drive mechanism is written,and the variation in belt length slack under different speed ratios is analyzed based on several examples.The testbed for a circular-noncircular-noncircular three-pulley noncircular synchronous belt transmission mechanism is developed.The test shows that the three-pulley noncircular synchronous belt drives well.This study proposes an automatic optimization algorithm for the tensioning pulley pitch curve of a noncircular synchronous belt transmis-sion mechanism;it yields a stable transmission of the noncircular synchronous belt transmission mechanism as well as non-uniform output characteristics.     

液压同步运动系统变结构控制设计

该文以一执行器的实际运动轨迹作为另一执行器的理想跟踪目标，针对实际液压系统非线性时变特点，对两执行器的同步误差采用变结构控制策略。研究和仿真表明：采用变结构控制的液压同步运动系统，不仅具有较强的鲁棒性，而且有良好的动态品质和同步精度。     

一种喷绘机控制系统的设计

针对喷绘机数据处理和传输的瓶颈问题,设计了一种基于FPGA和DSP的喷绘机控制系统,该控制系统采用USB2.0接口芯片CY7C68013A,实现高速数据传送。选用FPGA和DSP为核心控制部件,FPGA完成对CY7C68013A端口同步读写和对SDRAM的数据存取及动态刷新控制,DSP2812完成打印控制和X、Y向运动控制的功能。小车板FPGA实现了数据的接收和喷头数据的控制。论述了USB设备固件、驱动程序和应用程序的实现方法。研究结果表明,系统的模块化设计具有高度的集成度和灵活性,便于维护和功能扩充。