光刻机超精密运动台数据驱动MIMO定结构前馈控制

超精密多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)运动台是集成电路制造装备——光刻机的核心部件之一,其轨迹跟踪性能是保证光刻机产率和分辨率的关键。提出一种高效的数据驱动MIMO定结构前馈控制方法,有效补偿参考轨迹引入的伺服误差,降低各自由度间的耦合,从而提高光刻机超精密运动台对不同轨迹跟踪任务的适应性及跟踪性能。采用多项式对MIMO前馈控制器进行参数化,以保证前馈控制器的固有稳定性及其对变轨迹的鲁棒性。利用脉冲响应实验法无偏估计过程灵敏度函数矩阵的马尔可夫参数,进而建立高效的数据驱动参数优化算法,根据伺服系统的输入-输出数据迭代优化MIMO前馈控制器参数。所提方法无需对光刻机运动台建模,且每次迭代仅需一次轨迹跟踪实验。将所提方法应用于课题组自主研发的光刻机硅片台,2种参考轨迹的跟踪实验结果验证所提方法在有效提高轨迹跟踪性能的同时降低各自由度间的耦合。     

粘滑式压电驱动平台的复合控制

粘滑式压电驱动平台能实现高精度的大行程运动,它由微动台和滑块组成,而微动台的低阻尼振动限制了粘滑式压电驱动平台的运动速度。为了解决这一问题,提出了一种基于主动阻尼的复合控制策略(PI-DPF-FF)。首先,对输入的锯齿波信号进行滤波,使其更平滑。接着,采用时滞位置反馈控制器来主动提高微动台的阻尼,抑制振动。选用跟踪控制器和改进型零相位误差跟踪控制器来减小跟踪误差,提高跟踪带宽。最后,在粘滑式压电驱动平台的样机上对PI-DPF-FF控制器进行了验证。实验结果表明:与常规的比例积分控制器相比,PI-DPF-FF控制器将微动台跟踪带宽由32.7Hz提高到1 466.5 Hz。当系统输入占空比为0.2和频率为100 Hz的信号时,与常规的前馈控制器相比,PI-DPF-FF控制器将滑块角速度由3.52mrad/s提高到9.03mrad/s,平台运动速度有了明显的提高。     

新型三维微动台的设计与试验分析

研究设计一种新型的、以压电陶瓷为驱动器的三维微动台结构。该微动台以柔性铰链为弹性导轨实现了微定位。 分析所采用的直圆柔性铰链的参数变化对其造成的性能影响;提出一种新型柔性铰链结构,利用有限元分析软件AN SYS对这种新型结构进行理论分析和试验测试。试验表明:采用这种柔性铰链结构的微动台刚度比较小、运动耦合误差 小,定位精度优于±0.01μm。     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。     

基于数据驱动的自适应最优迭代学习控制研究

传统最优迭代学习控制(Traditional optimal iterative learning control,TOILC)可以有效提高伺服系统的跟踪性能,但系统在运行过程中可能存在参数摄动,其参数在不断地缓慢变化,导致TOILC收敛性变差,进而会使系统的跟踪性能严重恶化.因此,针对系统时变特性,将非参数模型辨识与...     

基于压电反馈驱动的液压柔性机械臂抑振方法

为了抑制大型双连杆液压柔性机械臂末端振动,以重载上、下料液压柔性机械手臂为研究对象,针对机械臂在运动过程中末端振动的现象,通过伺服液压系统-Euler Bernoulli梁模型、Lagrange方程和Jacobian矩阵,设计一种基于压电反馈驱动系统控制方法,利用机械臂末端搭载的压电敏感传输器、压电驱动器和反演控制设计方法,研究伺服液压缸运动振颤、液压缸与机械臂关节卡顿和机械臂杆件弹性振动对液压柔性机械臂末端振动的影响规律。仿真结果表明,该抑振控制方法稳定性较好,针对液压柔性机械臂能显著减小末端振动,缩短振动衰减时间,定位精度得到明显改善。     

混合驱动柔索并联机器人自适应迭代学习控制

以一种兼容混合驱动机构与柔索并联机构特点的新型混合驱动柔索并联机器人为研究对象,对其动力学建模及轨迹跟踪控制进行了研究;应用Lagrange方法建立了混合驱动柔索并联机器人系统的动力学模型;针对具有非线性、时变特性以及带有可重复时变干扰的混合驱动柔索并联机器人动态系统模型,设计了一种控制增益随迭代次数变化的自适应迭代学习控制策略,并采用Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性;数值仿真结果表明,在该控制器的作用下,混合驱动柔索并联机器人控制系统能够完成高精度跟踪期望轨迹,进一步验证了所建系统动态模型的正确性及控制策略的有效性。     

基于DSP的压电电机的驱动系统性能测试与分析

针对高端制造装备对大行程、高精度直线运动机构的广泛需求,研究集宏微运动于一体的新型直线压电电机,提出交流宏驱动和直流微驱动两种工作模式,建立集宏微两种驱动方式于一体的驱动系统。驱动系统输出两相交流电压,相位-90~90°、频率10~60kHz、电压幅值0~400V之间连续可调,输出直流电压在0~400V动态可调,实现了交直流电压无缝转换。系统以TI公司提供的DSP28335为主控芯片进行驱动控制,运放芯片PA85搭建线性直流式放大电路。同时,考虑受被控制对非线性、时变性和耦合性等因素的影响,通过采样电路对输出信号进行实时采样,采用模糊自适应增量式比例-积分-微分对控制系统修正调节。结果表明,经过模糊自适应修正后的驱动电路输出量得到明显改善,驱动系统输出信号的相位、频率控制精度分别为5°和0.5kHz,能够稳定地驱动直线和旋转压电电机,具有较好的通用性。     

基于机器视觉的宏/微双驱动与控制系统的研究

针对目前单一的驱动方式日益不能满足越来越多的微操作的要求;提出了利用步进电机和压电驱动器组成宏/微双驱动的微操作平台.步进电机实现大行程移动和定位,压电驱动器进行高精度定位误差补偿.同时为了解决宏/微双驱动两部分的协调控制问题,提出了利用全局机器视觉的协调控制方法,将末端执行器与目标点的距离作为控制阈值;如果当前距离大于设定的控制阈值,则启动宏动台进行驱动定位;否则启动压电驱动器进行定位误差补偿.试验结果表明:系统的定位速度快,定位精度为1μm,稳定定位时间小于40ms.