[發明專利]化學機械拋光傳輸機器人的非線性模糊結合遞歸控制系統

有效

• 申請號: 201210050606.7
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102540896A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 路新春;趙建偉;何永勇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及化學機械拋光技術領域，特別涉及一種化學機械拋光傳輸機器人的非線性模糊結合遞歸控制系統。

背景技術

由拋光機的要求，研發一種專用的傳輸機器人是必要的。國外公司和研究機構在傳輸機器人及其關鍵技術的研究與開發，取得了豐碩的成果，并形成了完整的產品體系。但國內傳輸機器人的研究和開發相比于國外較落后，在精密自動傳輸人系統方面的研究也很少。目前，應用在國內IC生產線上的自動傳輸人系統幾乎全部是從國外進口，而且國內的傳輸機器人在穩定性、可靠性和自動化程度上與國際水平有一定差距。

掌握核心技術，相關研究成果在實際生產制造中得以應用，實現傳輸機器人產品的自主化，以替代維護不便且價格貴的進口產品。相關技術還可移植到其他IC裝備中及設備間的晶元傳輸上，具有一定擴展性。IC設備中對機器人的控制精度要求非常高，由于傳輸機器人系統是高度非線性動態系統，加之摩擦、載荷變化及其他不確定干擾存在，使傳輸機器人系統的精確控制是一個難點。

經典控制理論在處理復雜系統時，具有一定局限性。現代控制理論可適用于多輸入多輸出、非線性、分布參數控制系統，而最優控制是現代控制理論的一個重要組成部分，其中線性二次型(linear?quadratic，LQ)優化控制間題是最優控制理論中的一類非常重要的優化控制問題。其中得到的最優控制解是狀態變量的線性函數，可構成反饋閉環，易于在工程上實現。LQ最優控制控制的對象是線性或可以線性化的系統，為了能更好的對非線性系統進行控制，并能得到更好的控制效果，可采用遞歸二次型最優控制方法進行控制。遞歸二次型最優控制方法即是在每個控制點上對系統進行實時線性化處理，再以LQ最優控制。

模糊控制是一種智能的控制方法，不依賴數學模型，而PID或LQ控制都是建立在數學模型基礎上的，都依賴數學模型。模糊控制具有很強魯棒性和穩定性，適用于難以建立數學模的復雜系統。

模糊控制算法是通過計算機完成人們用自然語言所描述的控制活動，模糊控制有許多良好的特征，它不需要事先知道對象的數學模型，具有系統響應快、超調小、過度過程時間短等優點。

模糊控制器的基本組成由3個功能模塊組成：輸入量得模糊化、模糊運算和模糊判斷輸出。通過模糊化、模糊推理和解模糊的過程，最終可以得到系統的模糊控制輸出表。

改進的模糊控制算法：模糊控制器與PID或LQ控制器相比具有調節速度快、魯棒性好等優點，但也有需要進一步改進和提高的地方。首先穩態精度欠佳是模糊控制的一個弱點，模糊控制與PID或LQ控制相結合是一種常用的方法。為了能更好對具有非線性的傳輸機器人系統進行控制，并能得到更好的控制效果，對傳輸機器人系統采用采用模糊結合遞歸LQ優化控制。

在系統啟動時，需要大的轉拒，若通過遞歸LQ控制需要計算得到，需要大量時間滯后并會控制時間也會加長，所以在初始間斷可以通過模糊控制方式，給系統加入一個大的啟動轉矩使系統快速有效地到達一個速度值，然后再用采用遞歸LQ控制，使系統更好的達到控制效果。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一，特別提出一種化學機械拋光傳輸機器人的非線性模糊結合遞歸控制系統，該系統可以縮短控制時間，提高系統的控制效果。

為達到上述目的，本發明的實施例提出一種化學機械拋光傳輸機器人非線性模糊結合遞歸控制系統，包括：上位機控制器、主控制器、運動控制器、檢測器、多個伺服驅動器、多個電機和編碼器，其中，所述檢測器，用于檢測傳輸機器人的工作狀態參數以生成檢測信息；所述上位機控制器，用于接收用戶輸入的操作指令；所述編碼器分別與所述運動控制器和多個所述電機相連，用于檢測所述傳輸機器人的當前運動位移和當前運動角度；所述主控制器分別于所述上位機控制器和所述運動控制器相連，用于根據所述操作指令和所述檢測器發送的檢測信息生成傳輸機器人的運動指令，并將所述運動指令發送給所述運動控制器，所述運動控制器，用于在所述傳輸機器人啟動時以模糊控制模式計算初始電機控制量，并在所述傳輸機器人平穩運行后以遞歸LQ優化控制模式計算電機控制量；多個所述伺服驅動器與所述運動控制器相連，其中，每個所述伺服驅動器用于根據所述初始電機控制量或所述電機控制量計算相應電機的控制轉矩；以及多個電機分別與所述多個伺服驅動器和所述傳輸機器人相連，其中，每個所述電機用于在相應的控制轉矩的控制下驅動所述傳輸機器人運動。