光刻机步进扫描运动轨迹重叠规划算法

研究一种步进扫描投影光刻机的步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。根据给定的系统动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限为目标,建立步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的约束基准。依据该基准,分析步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的各种可能情形,推导在最大程度上缩短运动执行时间的轨迹拐点调整计算公式。以此为基础,提出步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。通过仿真计算验证算法的正确性与有效性。实际应用证明该算法能在保证运动精度基础上,极大地提高生产率。该算法已被100 nm步进扫描投影光刻机工作台超精密运动控制系统所采用。     

光刻机多项式扫描运动轨迹规划算法

针对于步进扫描投影光刻机提出了一种多项式扫描运动轨迹规划算法。为实现工程中特定的应用场景,在三阶扫描轨迹算法的基础上设计出多项式扫描运动轨迹规划算法。多项式扫描运动轨迹速度曲线段采用贝塞尔曲线原理实现。根据给定的动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限且多项式运动轨迹加、减速段与速度曲线段位移、速度衔接要求,建立多项式扫描运动轨迹规划的约束基准。依据该基准,推导出多项式扫描运动加、减速段轨迹拐点公式。由三阶步进运动辅助完成轨迹位移衔接。最后仿真实验证明了该算法的可行性与合理性。     

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.     

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。     

高精密运动平台的重复控制

为给步进扫描光刻机的设计研究提供理论指导,解决光刻机工作台宏动平台的控制问题,建立了步进扫描光刻机模拟减振试验平台宏动定位系统工作台伺服系统的数学模型,并根据该系统重复运动的特点,提出一种基于重复控制补偿的PID控制方式.运用MATLAB软件进行仿真试验,仿真结果表明与普通PID控制相比,基于重复控制补偿的PID控制器可以有效地减小跟踪误差,因而可以使系统有更好的控制效果.     

步进扫描光刻机硅片台连续扫描时间优化算法

为减少步进扫描光刻机连续曝光扫描运动的扫描过渡时间(扫描时间和步进时间),将硅片台扫描方向曝光扫描运动分解为逻辑步进运动和逻辑扫描运动,提出扫描和步进运动时间重叠的轨迹规划算法(时间重叠算法)处理连续曝光扫描运动。在不破坏运动约束条件下(恒速运动要求以及速度、加速度边界限制),根据时间重叠算法重新计算并推导不同扫描运动路径下连续扫描运动过程的步进和扫描运动转折点。经理论分析和硅片曝光场连续曝光实例计算表明：基于时间重叠算法的轨迹规划可获得时间优化的硅片台连续曝光扫描,比传统扫描方法减少曝光扫描运动过程中的无效率时间,提高步进扫描光刻机生产率,为步进扫描光刻机工程实践提供理论基础。     

超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略.在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度-加速度基准、位移-加速度基准和位移-速度基准,依据该基准与系统约束,提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法,并给出时间优化的轨迹规划算法.考虑算法离散实现时的精度损失,提出一种轨迹规划内部整数积分策略,避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败.此外,提出一种基于位置修正因子的补偿方法,克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差.实例证明提出算法的有效性和可靠性.该算法已成功应用于半导体加工装备研发中.     

针对多轴精密同步运动控制的并行计算架构设计

针对光刻机工作台精密同步运动的需求,提出了一种适用于多轴精密同步运动控制的并行计算架构。介绍了运动控制系统的层次结构,自行定义内部总线协议,实现7块控制板卡间高性能数据传输,具有稳定的高带宽和纳秒级的传输延迟误差;根据工作台同步运动特征,设计并行计算周期规划和同步机制,实现分布式运行的多轴运动控制算法的严格同步。实验结果证明了并行计算架构的有效性。     

超精密点对点运动4阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化超精密点对点运动的4阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。然后以系统动力学为基础，考虑运动轨迹的全过程，提出了一种通过预处理以获得时间优化的4阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法，有效补偿了该算法在计算机离散实现时所带来的精度损失。通过实例验证了所提算法的有效性和可靠性。     

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化的超精密点对点运动3阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有可实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。后以系统动力学限制为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的3阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了算法计算机离散实现时所带来的精度损失。实例证明了本文提出算法的有效性和可靠性。该算法也成功应用于纳米级精度的半导体加工装备的研发中。     

精密转台S曲线轨迹规划及高精度控制

为提升精密转台的轨迹运动精度,本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面,推导了S曲线轨迹规划方程,并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法,从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令;运动控制方面,在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿,以此改善转台的伺服性能,提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后,对两部分算法进行综合,给出了具体实现步骤,并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明:相比于传统控制方法,采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%,稳态精度提升99.75%,从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。     

基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。     

High-precision tracking differentiator via generalized discrete-time optimal control

An enhanced discrete-time tracking differentiator (TD) with high precision based on discrete-time optimal control (DTOC) law is proposed. This law takes the form of state feedback for a double-integral system that adopts the Isochronic Region approach. There, the control signal sequence is determined by a linearized criterion based on the position of the initial state point on the phase plane. The proposed control law can be easily extended to the TD design problem by combining the first-state variable of the double-integral system with the desired trajectory. To improve the precision of the discretization model, we introduced a zero-order hold on the control signal. We also discuss the general form of DTOC law by analysing the relationship between boundary transformations and boundary characteristic points. After comparing the simulation results from three different TDs, we determined that this new TD achieves better performance and higher precision in signal-tracking filtering and differentiation acquisition than do existing TDs. Also the comparisons of the computational complexities between the proposed DTOC law and normal one are demonstrated. For confirmation of its utility, we processed raw phasor measurement units data via the proposed TD. In the absence of complex power system modelling and historical data, it was verified that the proposed TD is suitable for applications of real-time synchrophasor estimations, especially when the states are corrupted by noise.     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

国产MCT8000运动控制器的轨迹规划系统

高速度、高精度、高效率和高可靠性现代数控高性能化的4项的关键指标。针对国产MCT8000运动控制卡开发了一种集加减速控制、快速插补运算了一体的轨迹规划系统。本文介绍了该系统运动轨迹规划方案和实现方法,并提供了这种方案的应用实例。     

二平动自由度高速并联机械手轨迹规划与运动控制

研究一种二平动自由度高速轻型并联机械手的运动控制技术。针对快速抓放操作的需要,给出了机械手在操作空间的轨迹规划方式和关节空间的精插补策略,理论上保证了机械手的速度和轨迹精度,并通过实验获得了机械手的位置和速度及其误差跟随曲线,结果证明该方式可靠有效。     

液压挖掘机器人轨迹跟踪控制综合策略方案研究

针对液压挖掘机器人工作装置和液压系统高度非线性,单一的控制策略不能实现有效精确控制的特点。提出了挖掘机器人轨迹跟踪控制的综合策略。在传统的轨迹规划器中,加入了轨迹优化模块;在关节伺服控制中,采用了基于规则的智能PID控制策略;在泵控制中,采用了改进的负流量节能控制技术。实验结果证实了这种方案的有效性,可以在很大程度上提高挖掘机器人的轨迹跟踪精度,使操作更加平稳。