本发明专利技术提供了一种柔性双边驱动设备的位置控制装置，包括：测量传感器、位置控制单元、及执行单元，通过测量传感器的测量实际位置，经过位置控制单元的转换及补偿，最后由执行单元将修正后的位置传回设备。可以有效的提高系统的同步能力，提高抗干扰性；能减小或者消除干扰带来的伺服误差；能够实现多自由度系统的精密定位，能够在一个周期内的加速减速时减少稳定时间从而增加生产能力；能够极大的改善非线性阻尼调节，减小柔性体在运动过程中的热耗散，提高柔性体的抗疲劳能力，进而提高寿命。另本发明专利技术提供的一种应用这样的位置控制装置的柔性双边驱动设备，能够实现工件台的减振和精确的位置补偿。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柔性双边驱动设备的位置控制技术，特别是一种柔性双边驱动设备的位置控制装置、应用该位置控制装置的柔性双边驱动设备、及相关参数的整定方法。
技术介绍
光刻设备是一种将掩模图形应用到目标硅片上的机器。现有技术中的光刻装置， 主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，通过将全部掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域；另一类是扫描光刻装置，通过在扫描方向投影光场的正向或者反向扫描移动将所述的掩模成像于硅片上。在光刻装置中，工件台和掩模台在以纳米级精度进行步进和扫描运动。随着产率要求的提高，需要更高的速度和加速度水平，在加速和减速阶段，伺服运动激发了所述台的动态特性，高加速度与高位置精度是两个相反的过程。一方面，所述的运动台子(工件台和掩模台)需要被设计构造以获得高刚度，以避免运动台的共振模态出现或被激发，或者采用柔性技术进行结构设计，利用柔性减震获得更低的振动水平。另一方面，激发的振动必须在成像工作之前的一段稳定时间内抑制到需求范围内。美国专利US6635887公开了一种柔性双边驱动工件台装置。该装置中横梁导轨通过两个柔性块分别连接两侧的直线电机动子。直线电机的不同步运动，依靠柔性块的变形和低模态来实现垂直转动(Rz)方向的精密补偿。但该文献没有考虑非线性控制的问题。中国专利CN1973250A公开了一种定位控制装置。该装置应用于基于重心解耦双边驱动工件台三自由度同步运动控制。这种定位装置使用线性控制器去调节精密工件台的平面三自由度运动。各个轴通过位置闭环来进行精密定位。这种技术缺点在于没有考虑非线性结构动态特性，不能对非线性干扰产生同步误差进行精确地补偿。蒋丽忠于2007年5月发表的《作大范围运动柔性结构的耦合动力学》，研究了对于大范围运动柔性结构耦合动力学特性，明确指出所述的柔性体运动系统是一个时变、高度非线性的复杂系统，并提出了柔性运动系统的根据参数摄动方法求解系统模态特性的摄动理论。但是，该文献仍然没有解决柔性体结构运动中非线性结构阻尼特性的问题。贾银刚于2004年12月发表的《分数阶控制系统与控制器设计》，研究了分数阶控制系统与控制器设计基本数学方法，并介绍了控制器从连续系统到离散系统设计的方法原理，对分数阶系统的解析包括解析法、数值法、滤波器算法等。但研究仍以低阶系统为主。有鉴于此，如何提供一种柔性双边驱动设备的位置控制装置，来综合解决上述技术问题已成为业界亟待解决的技术问题
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种柔性双边驱动设备的位置控制装置，能够有效的提高系统的同步能力，提高抗干扰性。本专利技术的目的是将提供一种针对多柔体结构应用非线性补偿的控制器装置，能减小或者消除干扰带来的伺服误差。本专利技术的目的是将提供一种针对多柔体结构应用非线性补偿的控制器装置，实现多自由度系统的精密定位，能够在一个周期内的加速减速时减少稳定时间从而增加生产能力。本专利技术的目的是将提供一种针对多柔体结构应用非线性补偿的控制器装置，能够极大的改善非线性阻尼调节，减小柔性体在运动过程中的热耗散，提高柔性体的抗疲劳能力，进而提高寿命。本专利技术的目的是将提供一种应用这样的位置控制装置的柔性双边驱动设备，实现工件台的减振和精确的位置补偿。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种柔性双边驱动设备的位置控制装置，所述柔性双边驱动设备具有工件台、纵向第一电机、纵向第二电机、及横向电机，所述纵向第一电机和纵向第二电机能够控制工件台在纵向上的运动，而横向电机能够控制工件台在横向上的运动，其中，所述横向和纵向在平面上正交，所述位置控制装置包括测量传感器、位置控制单元、及执行单元，其中，所述测量传感器与所述柔性双边驱动设备各电机的驱动轴连接，并测量得到各物理轴位置信号；所述位置控制单元将测量的各物理轴位置信号进行处理，形成基于质心的误差信号，再将各基于质心的误差信号转化为物理轴执行信号；所述执行单元连接于所述位置控制单元，接收各物理轴控制信号并以此控制各驱动轴运动。进一步的，所述位置控制单元包括位置转换矩阵、设定值发生器、求和比较器、位置控制器、增益转换矩阵，其中，所述位置转换矩阵与所述测量传感器连接，将各物理轴位置信号转换为逻辑轴位置信号；所述设定值发生器能够针对纵向第一电机、纵向第二电机、 及工件台发出期望位置命令信号；所述求和比较器与所述位置转换矩阵及设定值发生器连接，接收并比各较逻辑轴位置信号和各期望位置命令信号，产生基于质心的误差信号；所述位置控制器与所述求和比较器连接，将各误差信号调谐整定后得到逻辑轴控制力信号；所述增益转换矩阵与所述位置控制器连接，将各逻辑轴控制力信号转化为物理轴执行信号。其中，所述位置控制单元包括垂直转动方向的非线性控制器，用于调整垂直转动方向上的位置信号。在具体实施例中，所述垂直转动方向的非线性控制器包括比例增益，用于将控制偏差信号比例线性关系转换为比例控制力信号；积分增益，用于将控制偏差信号的累积偏差按照比例线性关系转换为静差调节力信号；非线性积分器，用于将控制偏差信号的累积偏差按照非线性关系转换为非线性静差调节力信号；非线性微分器，用于将控制偏差信号按照非线性关系转换为非线性阻尼力信号；求和器，用于叠加所述比例控制力信号、非线性静差调节力信号至所述非线性阻尼力信号。其中，所述非线性积分器的积分阶数α调节静差力的累积率，其典型应用范围 α e [0,2)；所述的非线性微分器的微分阶数β调节非线性阻尼力的衰减率，其典型应用范围β G [0，2)。本专利技术还提供了一种应用在上述位置控制装置中的非线性控制器参数的协调整定方法，其特征在于包括步骤(1)确定垂直转动轴控制频域指标带宽、增益裕度、相位裕度；(2)设定控制器参数Kp、fp fd的初始值；(3)根据最低相位裕度要求，修正参数&、fd ；(4)根据最低幅值裕度要求，修正参数&、fd ；(5)根据最低带宽要求，修正参数Kp ；(6)判断系统的开环传函的裕度指标是否满足系统需求，如果满足进行第(7)步， 如果不满足，则返回第(3)步；(7)根据最大相位裕度要求，修正参数阶数α、β ；(8)根据最大幅值裕度要求，修正参数阶数α、β ；(9)根据最大带宽要求，修正参数阶数α、β ；(10)判断系统的开环传函的裕度指标是否满足系统需求，如果满足则完成；如果不满足，则返回第(7)步。。本专利技术提供一种应用上述位置控制装置的柔性双边驱动设备，包括纵向光栅尺和横向光栅尺，所述位置控制装置能够根据所述纵向光栅尺和横向光栅尺测量得到的位置信号进行调谐和解耦，对应转换为纵向第一、第二电机、及横向电机的力输出，且解耦之后力输出能够使得工件台的质心在纵向、横向、及垂直转动方向的位置得到精确控制和定位。本专利技术的柔性双边驱动设备的位置控制装置，可以有效的提高系统的同步能力， 提高抗干扰性；能减小或者消除干扰带来的伺服误差；能够实现多自由度系统的精密定位，能够在一个周期内的加速减速时减少稳定时间从而增加生产能力；能够极大的改善非线性阻尼调节，减小柔性体在运动过程中的热耗散，提高柔性体的抗疲劳能力，进而提高寿命；而本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种柔性双边驱动设备的位置控制装置，所述柔性双边驱动设备具有工件台、纵向第一电机、纵向第二电机、及横向电机，所述纵向第一电机和纵向第二电机能够控制工件台在纵向上的运动，而横向电机能够控制工件台在横向上的运动，其中，所述横向和纵向在平面上正交，其特征在于，所述位置控制装置包括：测量传感器、位置控制单元、及执行单元，其中，所述测量传感器与所述柔性双边驱动设备各电机的驱动轴连接，并测量得到各物理轴位置信号；所述位置控制单元将测量的各物理轴位置信号进行处理，形成基于工件台质心的误差信号，再将各基于工件台质心的误差信号转化为物理轴执行信号；所述执行单元连接于所述位置控制单元，接收各物理轴控制信号并以此控制各驱动轴运动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴立伟，陈锐，李志龙，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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