[發明專利]柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置、及相關參數的整定方法

有效

• 申請號: 201010198488.5
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN102279529A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 吳立偉;陳銳;李志龍
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G05D3/12
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

1.一種柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，所述柔性雙邊驅動設備具有工件臺、縱向第一電機、縱向第二電機、及橫向電機，所述縱向第一電機和縱向第二電機能夠控制工件臺在縱向上的運動，而橫向電機能夠控制工件臺在橫向上的運動，其中，所述橫向和縱向在平面上正交，其特征在于，所述位置控制裝置包括：測量傳感器、位置控制單元、及執行單元，其中，所述測量傳感器與所述柔性雙邊驅動設備各電機的驅動軸連接，并測量得到各物理軸位置信號；所述位置控制單元將測量的各物理軸位置信號進行處理，形成基于工件臺質心的誤差信號，再將各基于工件臺質心的誤差信號轉化為物理軸執行信號；所述執行單元連接于所述位置控制單元，接收各物理軸控制信號并以此控制各驅動軸運動。

2.如權利要求1所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述位置控制單元包括：位置轉換矩陣、設定值發生器、求和比較器、位置控制器、增益轉換矩陣，其中，所述位置轉換矩陣與所述測量傳感器連接，將各物理軸位置信號轉換為邏輯軸位置信號；所述設定值發生器能夠針對縱向第一電機、縱向第二電機、及工件臺發出期望位置命令信號；所述求和比較器與所述位置轉換矩陣及設定值發生器連接，接收并比各較邏輯軸位置信號和各期望位置命令信號，產生基于質心的誤差信號；所述位置控制器與所述求和比較器連接，將各誤差信號調諧整定后得到邏輯軸控制力信號；所述增益轉換矩陣與所述位置控制器連接，將各邏輯軸控制力信號轉化為物理軸執行信號。

3.如權利要求1所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述位置控制單元包括垂直轉動方向的非線性控制器，用于調整垂直轉動方向上的位置信號。

4.如權利要求3所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述垂直轉動方向的非線性控制器包括：

比例增益，用于將控制偏差信號按照比例線性關系轉換為比例控制力信號；

積分增益，用于將控制偏差信號的累積偏差按照比例線性關系轉換為靜差調節力信號；

非線性積分器，用于將控制偏差信號的累積偏差按照非線性關系轉換為非線性靜差調節力信號；

非線性微分器，用于將控制偏差信號按照非線性關系轉換為非線性阻尼力信號；

求和器，用于疊加所述比例控制力信號、非線性靜差調節力信號至所述非線性阻尼力信號。

5.如權利要求4所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述非線性積分器的積分階數α調節靜差力的累積率，其典型應用范圍：α∈[0，2)；所述的非線性微分器的微分階數β調節非線性阻尼力的衰減率，其典型應用范圍：β∈[0，2)。

6.如權利要求1所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述位置控制單元包括橫、縱方向的線性控制器，用于調整縱向、橫向上的位置信號。

7.如權利要求2所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述期望位置命令信號包括期望位置信號和加速度信號。

8.如權利要求2或7所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述位置控制單元還包括：前饋增益模塊、及前饋求和器，所述前饋增益模塊與所述設定值發生器連接，將加速度信號轉化為前饋補償信號，并由與位置控制器連接的前饋求和器合并入邏輯軸控制力信號。

9.如權利要求1所述的柔性雙邊驅動設備的位置控制裝置，其特征在于，所述執行單元包括執行器、及物理軸驅動器，其中，所述執行器與位置控制單元連接，接收各物理軸執行信號，并分別發送給所述物理軸驅動器，并由物理軸驅動器分別控制各電機的驅動軸。

10.一種應用如權利要求1所述的位置控制裝置的柔性雙邊驅動設備，其特征在于，所述柔性雙邊驅動設備還包括：縱向光柵尺和橫向光柵尺，所述位置控制裝置能夠根據所述縱向光柵尺和橫向光柵尺測量得到的位置信號進行調諧和解耦，對應轉換為縱向第一、第二電機、及橫向電機的力輸出，且解耦之后力輸出能夠使得工件臺的質心在縱向、橫向、及垂直轉動方向的位置得到精確控制和定位。

11.一種應用在如權利要求1所述的位置控制裝置中的非線性控制器參數的協調整定方法，其特征在于包括步驟：

(1)確定垂直轉動軸控制頻域指標：帶寬、增益裕度、相位裕度；

(2)設定控制器參數K_p、f_i、f_d的初始值；

(3)根據最低相位裕度要求，修正參數f_i、f_d；

(4)根據最低幅值裕度要求，修正參數f_i、f_d；

(5)根據最低帶寬要求，修正參數K_p；

(6)判斷系統的開環傳函的裕度指標是否滿足系統需求，如果滿足進行第(7)步，如果不滿足，則返回第(3)步；

(7)根據最大相位裕度要求，修正參數階數α、β；

(8)根據最大幅值裕度要求，修正參數階數α、β；

(9)根據最大帶寬要求，修正參數階數α、β；

(10)判斷系統的開環傳函的裕度指標是否滿足系統需求，如果滿足則完成；如果不滿足，則返回第(7)步。