[發明專利]宏微雙機構伺服控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210162271.8
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102707577A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 陳興林;姜曉明;王程;劉楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G05D3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種宏微雙機構伺服控制系統及其控制方法，屬于精密伺服運動平臺建模與控制技術領域。

背景技術

隨著高科技產品性能的不斷提高，例如更快運行速度的處理器，更高存儲密度的硬盤，對產品的配套生產線提出了更高的要求，高精度、高效率的加工制造設備越來越受到重視。在半導體制造領域，光刻設備是其中最為關鍵的一個部分，它在很大程度上決定了集成芯片的性能，光刻設備要達到45nm甚至更高的生產節點，要求光刻設備的主要構成部分硅片臺和掩膜臺具有很高的定位和跟蹤精度。為保證光刻設備的工作效率，又要求硅片臺和掩膜臺具有非常短的調整時間。依靠提高機械結構的諧振頻率來達到想要的性能越來越困難，通常采用宏微雙機構伺服系統來達到精度和速度的雙重提高，由微動臺保證系統的精度和快速性，而由宏動臺保證系統的行程，這樣增加了系統的控制難度和復雜性。

在宏微雙機構系統中，微動臺的體積較小，行程短，質量較輕，適合設計具有高精度、高速度的控制系統。通常要求微動臺機械諧振做得高，由此導致機械加工難度增大。

當前，國內外對雙機構伺服系統的控制策略研究中，切實可行并在實際中應用的少之又少。經過對現有技術的文獻檢索發現，楊一博等在《粗精動超精密運動平臺系統建模與分析研究》中，建立了相應的部分模型，其中只包含對象部分，然而其模型是經過力學分析建立的等效模型，其中加入了一些質量的比例關系，稍顯繁瑣，物理意義不夠明確。

發明內容

本發明是為了解決在雙機構伺服系統的控制中，要求微動臺的機械諧振高，加工難度大并且不易控制的問題，提供一種宏微雙機構伺服控制系統及其控制方法。

本發明所述宏微雙機構伺服控制系統，它包括微動臺子控制系統和宏動臺子控制系統：

微動臺子控制系統為：將要跟蹤的軌跡R作為參考指令與微動臺的絕對位移y_w作差后輸入給第一存儲器Mem1，第一存儲器Mem1的輸出信號給學習算法器L，學習算法器L的輸出信號與第二存儲器Mem2的輸出信號相加后輸入給低通濾波器Q低通濾波器Q的輸出信號給第二存儲器Mem2，低通濾波器Q的輸出信號還與參考指令相加后再與微動臺的絕對位移y_w作差后輸入給微動臺位置控制器C₁，微動臺位置控制器C₁輸出的電流信號與微動電機M₁的工作電流信號作差后輸入給微動臺電流控制器C₂，微動臺電流控制器C₂輸出的電壓信號與微動臺電機反電動勢系數E₁單元輸出的電壓信號作差后輸入給微動電機M₁，微動電機M₁輸出驅動力給微動臺P_w，微動臺P_w在所述驅動力的作用下運動，采集微動臺P_w的速度信號給微動臺積分環節微動臺積分環節輸出微動臺的絕對位移y_w；

宏動臺子控制系統為：將零輸入指令作為宏動臺子控制系統的輸入，將零輸入指令與宏動臺和微動臺的相對位移y_r作差后，輸入給宏動臺位置控制器C₅，宏動臺位置控制器C₅輸出的速度信號加上前饋控制器C_FF輸出的速度信號后，再與采集獲得的宏動臺P_h的速度信號相減后輸入給宏動臺速度控制器C₃，宏動臺速度控制器C₃輸出的電流信號與宏動電機M₂的工作電流信號相減后，輸入給宏動臺電流控制器C₄，宏動臺電流控制器C₄輸出的電壓信號與宏動臺電機反電動勢系數E₂單元輸出的電壓信號作差后輸入給宏動電機M₂，宏動電機M₂輸出驅動力給宏動臺P_h，該宏動臺P_h所述驅動力與微動電機M₁輸出的驅動力的共同作用下產生運動，采集宏動臺P_h的速度信號給宏動臺積分環節宏動臺積分環節輸出宏動臺的絕對位移y_h；

宏動臺和微動臺的相對位移y_r由宏動臺的絕對位移y_h與微動臺的絕對位移y_w相減獲得；

前饋控制器C_FF的輸入端連接微動臺積分環節的輸出端；