宏微双机构伺服控制系统及其控制方法，属于精密伺服运动平台建模与控制技术领域。它解决了在双机构伺服系统的控制中，要求微动台的机械谐振高，加工难度大并且不易控制的问题。它包括微动台子控制系统和宏动台子控制系统，通过将宏动台和微动台的相对速度vr作为微动电机M1反电动势的来源，将宏动台和微动的相对位移yr作为反馈施加到宏动台部分，将参考指令R施加给微动台子系统，并将零输入参考指令作为宏动台的输入，将微动台的惯性力F直接施加到宏动台上，建立具有明确物理意义的宏微双机构伺服系统的控制模型。本发明专利技术适用于宏微双机构的伺服控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种 ，属于精密伺服运动平台建模与控制
技术介绍
随着高科技产品性能的不断提高，例如更快运行速度的处理器，更高存储密度的硬盘，对产品的配套生产线提出了更高的要求，高精度、高效率的加工制造设备越来越受到重视。在半导体制造领域，光刻设备是其中最为关键的一个部分，它在很大程度上决定了集成芯片的性能，光刻设备要达到45nm甚至更高的生产节点，要求光刻设备的主要构成部分硅片台和掩膜台具有很高的定位和跟踪精度。为保证光刻设备的工作效率，又要求硅片台和掩膜台具有非常短的调整时间。依靠提高机械结构的谐振频率来达到想要的性能越来越困难，通常采用宏微双机构伺服系统来达到精度和速度的双重提高，由微动台保证系统的精度和快速性，而由宏动台保证系统的行程，这样增加了系统的控制难度和复杂性。在宏微双机构系统中，微动台的体积较小，行程短，质量较轻，适合设计具有高精度、高速度的控制系统。通常要求微动台机械谐振做得高，由此导致机械加工难度增大。当前，国内外对双机构伺服系统的控制策略研究中，切实可行并在实际中应用的少之又少。经过对现有技术的文献检索发现，杨一博等在《粗精动超精密运动平台系统建模与分析研究》中，建立了相应的部分模型，其中只包含对象部分，然而其模型是经过力学分析建立的等效模型，其中加入了一些质量的比例关系，稍显繁琐，物理意义不够明确。
技术实现思路
本专利技术是为了解决在双机构伺服系统的控制中，要求微动台的机械谐振高，加工难度大并且不易控制的问题，提供一种。本专利技术所述宏微双机构伺服控制系统，它包括微动台子控制系统和宏动台子控制系统微动台子控制系统为将要跟踪的轨迹R作为参考指令与微动台的绝对位移yw作差后输入给第一存储器Meml,第一存储器Meml的输出信号给学习算法器L,学习算法器L 的输出信号与第二存储器Mem2的输出信号相加后输入给低通滤波器Q低通滤波器Q的输出信号给第二存储器Mem2，低通滤波器Q的输出信号还与参考指令相加后再与微动台的绝对位移yw作差后输入给微动台位置控制器C1，微动台位置控制器C1输出的电流信号与微动电机M1的工作电流信号作差后输入给微动台电流控制器C2,微动台电流控制器C2输出的电压信号与微动台电机反电动势系数E1单兀输出的电压信号作差后输入给微动电机M1,微动电机M1输出驱动力给微动台Pw,微动台Pw在所述驱动力的作用下运动,采集微动台Pw的速度信号给微动台积分环节I，微动台积分环节I输出微动台的绝对位移yw ；SS宏动台子控制系统为将零输入指令作为宏动台子控制系统的输入，将零输入指令与宏动台和微动台的相对位移I作差后，输入给宏动台位置控制器C5，宏动台位置控制器C5输出的速度信号加上前馈控制器Cff输出的速度信号后，再与采集获得的宏动台Ph的速度信号相减后输入给宏动台速度控制器C3，宏动台速度控制器C3输出的电流信号与宏动电机M2的工作电流信号相减后，输入给宏动台电流控制器C4,宏动台电流控制器C4输出的电压信号与宏动台电机反电动势系数E2单兀输出的电压信号作差后输入给宏动电机M2,宏动电机M2输出驱动力给宏动台Ph,该宏动台Ph所述驱动力与微动电机M1输出的驱动力的共同作用下产生运动，采集宏动台Ph的速度信号给宏动台积分环节I，宏动台积分环节ISS-输出宏动台的绝对位移yh ； 宏动台和微动台的相对位移由宏动台的绝对位移yh与微动台的绝对位移yw相减获得；前馈控制器Cff的输入端连接微动台积分环节I的输出端；5·微动台电机反电动势系数E1单元输出的电压信号由采集获得的微动台Pw速度信号与宏动台Ph速度信号相减后与微动台电机反电动势系数E1单元的微动台电机反电动势系数E1相乘获得；宏动台电机反电动势系数E2单元输出的电压信号由采集获得的宏动台Ph速度信号与宏动台电机反电动势系数E2单元的宏动台电机反电动势系数E2相乘获得。基于上述宏微双机构伺服控制系统的宏微双机构伺服控制方法，第一存储器Meml保存当前指令周期的参考指令R与微动台的绝对位移yw的差值， 该差值与学习算法器L通过离线学习得到当前指令周期的学习控制量，该当前指令周期的学习控制量与第二存储器Mem2中存储的相邻前一指令周期的指令修正量相加后，通过低通滤波器Q处理，得到当前指令周期的指令修正量，存入第二存储器Mem2中，该当前指令周期的指令修正量与参考指令R相加，作用到微动台子控制系统的闭环系统中，该闭环系统由微动台位置控制器C1、微动台电流控制器C2、微动电机M1和微动台Pw组成；将宏动台和微动台的相对位移I作为宏动台Ph的反馈，将零输入信号作为宏动台 Ph的指令，进行宏动台Ph跟随微动台Pw的控制；将微动台的绝对位移yw作为前馈信号作用到宏动台子控制系统；将微动台Pw的速度信号与宏动台Ph的速度信号作差后，获得的相对速度 ' 作为微动电机乂的反电动势来源；将微动电机M1输出的驱动力作为微动台惯性力F直接施加到宏动台Ph上。本专利技术的优点是本专利技术解决了宏微双机构伺服系统的控制问题，控制系统采用物理意义明确的方式建模，简单、直观，并充分考虑了宏微双机构伺服系统的稱合因素。本专利技术采用恰当的控制策略对硬件设计成本进行控制，对宏动台和微动台的机械结构要求不高，可以在低谐振频率的基础上实现高精度和短调整时间的控制效果。本专利技术控制系统将物理意义明确的模型结构和多种控制方式相结合，进行混合控制。通过将宏动台和微动台的相对速度\作为微动电机M1反电动势的来源，将宏动台和微动的相对位移作为反馈施加到宏动台部分，将参考指令R施加给微动台子系统，并将零输入参考指令作为宏动台的输入，将微动台的惯性力F直接施加到宏动台上，建立具有明确物理意义的宏微双机构伺服系统的控制模型，以便进行系统设计和分析。在此基础上，施加如下控制策略，对微动台施加一种微动台位置控制器C1和由学习算法器L完成的迭代学习控制策略相结合的二自由度控制策略，实现一种低成本、低带宽、高精度、短调整时间的控制；对宏动台施加一般的控制策略，但是将微动台的输出yw通过一个交叉前馈控制器Cff 施加到宏动台上，以保证宏动台和微动台的相对位移ιτ不超出微动台的相对运动行程。本专利技术能在微动台机械谐振频率较低的情况下进行，减少了微动台的机械设计和加工成本，同时针对微动台存在的高频不确定性因素，对微动台进行带宽优化，使微动台的控制能力得到优化。附图说明图I为本专利技术宏微双机构伺服控制系统的原理框图；图2为宏微双机构伺服系统的结构示意图；图中A为宏动台电机定子，B为宏动台电机动子及台体，C、为微动台电机定子，D为微动台电机动子及台体，Fs为微动电机M1输出的驱动力，k为刚性系数，ξ为阻尼系数，例如，在气浮结构下，参数k和ξ可以忽略；乙为微动台的位置，为宏动台的位置，m为微动台运动部分的质量，M为宏动台运动部分的质量;图3为宏动台的频率特性曲线；图4为微动台的频率特性曲线；图5为微动台位置控制器的频率特性曲线；图6为本专利技术所要跟踪的目标速度曲线；图7为本专利技术的跟踪位置曲线及其局部放大图，图中Runl表示采用传统反馈方式不学习得到的控制输出曲线，即第一个运动周期得到的输出曲线，RunlO表示施加综合学习算法经过10个运动周期后得到的控制输出曲线，图中用A表示局部放大的位置及放大图；图8为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宏微双机构伺服控制系统，其特征在于它包括微动台子控制系统和宏动台子控制系统 微动台子控制系统为将要跟踪的轨迹R作为参考指令与微动台的绝对位移yw作差后输入给第一存储器Meml,第一存储器Meml的输出信号给学习算法器L,学习算法器L的输出信号与第二存储器Mem2的输出信号相加后输入给低通滤波器Q，低通滤波器Q的输出信号给第二存储器Mem2，低通滤波器Q的输出信号还与参考指令相加后再与微动台的绝对位移yw作差后输入给微动台位置控制器C1，微动台位置控制器C1输出的电流信号与微动电机M1的工作电流信号作差后输入给微动台电流控制器C2，微动台电流控制器C2输出的电压信号与微动台电机反电动势系数E1单兀输出的电压信号作差后输入给微动电机M1,微动电机M1输出驱动力给微动台Pw，微动台Pw在所述驱动力的作用下运动，采集微动台Pw的速度信号给微动台积分环节-fi动台积分环节-输出微动台的绝对位移yw ； 宏动台子控制系统为将零输入指令作为宏动台子控制系统的输入，将零输入指令与宏动台和微动台的相对位移Ir作差后，输入给宏动台位置控制器C5，宏动台位置控制器C5输出的速度信号加上前馈控制器Cff输出的速度信号后，再与采集获得的宏动台Ph的速度信号相减后输入给宏动台速度控制器C3,宏动台速度控制器C3输出的电流信号与宏动电机M2的工作电流信号相减后，输入给宏动台电流控制器C4,宏动台电流控制器C4输出的电压信号与宏动台电机反电动势系数E2单兀输出的电压信号作差后输入给宏动电机M2,宏动电机仏输出驱动力给宏动台Ph,该宏动台Ph所述驱动力与微动电机M1输出的驱动力的共同作用下产生运动，采集宏动台Ph的速度信号给宏动...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴林，姜晓明，王程，刘杨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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