本发明专利技术提供一种平面电机初始位置探测方法，基于所述平面电机本身的位置测量传感器，通过对所述平面电机采用电流环闭环控制和位置环PID闭环控制，并利用噪声激励，依次测得所述平面电机动子的每一个三相线圈组相对定子的精细初始位置，完成平面电机初始位置的探测，不需要附加其它传感器及对应信号处理电子电路，就可实现光刻机工件台多自由度精密运动定位，简化了探测工艺，降低了探测成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光刻机系统应用领域，尤其涉及一种应用于光刻机エ件台多自由度精密运动定位的平面电机初始位置探測方法。
技术介绍
平面电机的定子由在平面内布置的永磁阵列组成，平面电机的动子由布置在ー个平面上的线圈阵列组成，动子采用气浮支撑，动子中多个出力线圈通过合适的驱动控制方法，可实现水平面三自由度精密运动定位。平面电机在用于光刻机エ件台多自由度精密运动定位时，和传统的多个单自由度直线电机层叠设计相比，结构简単、质量轻、刚度高，并且其动子采用气浮支撑，无摩擦力，这些优点使得エ件台快速加減速能力更强，速度更快，定位精度更高，可以提高光刻机产率，获得更高的套刻精度。 由于平面电机的电磁和机械特点，每个运动方向都可以单独控制，电磁和机械响应相比至少快ー个数量级，所以平面电机会采用电流环来调节电流和电压的非线性，采用位置环控制运行位置的动态特性。平面电机采用电流环闭环控制中，电流环的输入和输出之间有反馈电路，电流环的输入是电流环给定值，电流环给定值和电流环的反馈值进行比较后的差值在电流环内做PID调节后输出给电机，电流环的输出就是电机的每相的相电流。平面电机采用位置环闭环控制中，位置环的输入就是外部的脉冲，外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节(比例増益调节，无积分微分环节)后输出。为了对平面电机进行换相驱动控制，平面电机启动时，需首先获知动子线圈相对定子永磁阵列的初始位置，即动子线圈在定子永磁磁场中的空间位置相角。目前，平面电机初始位置探測方法一般都需要附加其它传感器(譬如压カ传感器、霍尔传感器等)和对应的信号处理电子电路来实现，这样不仅增加成本，而且增加了结构设计的复杂性。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供ー种平面电机初始位置探測方法，不需要附加其它传感器及对应信号处理电子电路，就能够实现光刻机エ件台多自由度精密运动定位。为了解决上述技术问题，本专利技术提供ー种平面电机初始位置探測方法，所述平面电机包含定子，动子及位置測量传感器，所述动子包含四个三相线圈组，包括所述平面电机电流环闭环，选取ー个三相线圈组，井向该三相线圈组中通入电流，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的初始相角偏置；所述平面电机电流环闭环，将所述初始相角偏置代入换相算法，改变该三相线圈组中通入电流的空间相角，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系；应用所述初始相角偏置以及所述空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系，进行所述平面电机位置环PID闭环控制，对所述PID闭环控制输出值注入噪声，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置；依次选取其它三相线圈组，重复上述步骤，完成平面电机的初始位置探測。进ー步的，所述平面电机为气浮动线圈式平面电机或动磁铁式气浮平面电机。进ー步的，所述定子为分段式霍尔永磁阵列或能够在水平面X、Y两个方向产生与分段式霍尔永磁阵列相似正弦磁通密度分布的其它类型永磁阵列。进ー步的，所述动子相对所述定子旋转45度布置。进ー步的，所述三相线圈组由三个不同相位的线圈等间距布置形成。 进ー步的，所述四个三相线圈组包含两个沿矩形一条对角线布置的第一方向三相线圈组和两个沿矩形另一条对角线布置的第二方向三相线圈组。进ー步的，所述第一方向三相线圈组的出力方向沿所述定子的空间磁场的第一方向，所述第二方向三相线圈组的出力方向沿所述定子的空间磁场的第二方向。进ー步的，所述向该三相线圈组中通入电流时，采用正弦换相电流控制方法或状态空间矢量控制方法来控制该三相线圈组中通入的电流大小。进ー步的，通过将所述动子定位在所述定子空间磁场的已知空间相角处，记录所述位置测量传感器读数，得到所述三相线圈组的初始相角偏置。进ー步的，当所述三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化，所述平面电机运动方向为正，保持所述位置測量传感器的反馈极性或向该三相线圈组通入电流的相序。进ー步的，当所述三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化，所述平面电机运动方向为负，反转所述位置測量传感器的反馈极性或者向该三相线圈组通入电流的相序。进ー步的，所述噪声为白噪声。进ー步的，所述得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置的方法，包括改变该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角，并对所述PID闭环控制输出值注入噪声，读取位置測量传感器的值，得到平面电机运动的加速度值；根据所述加速度值及所述PID闭环控制输出值注入噪声的求和新值，采用数学方法进行处理，得到所述加速度值作为输出，求和新值作为输入激励的比例増益；找出比例増益最大时对应的该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角，即该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置。进ー步的，所述数学方法为曲线拟合或频域分析。进ー步的，对所述PID闭环控制输出值注入噪声测量多次求平均值，提高所述加速度值作为输出，求和新值作为输入激励的比例増益的測量精度。进ー步的，所述得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置之后，将所述位置測量传感器的反馈极性或者该三相线圈组的通电相序调整到正确配置。与现有技术相比，本专利技术提供的平面电机初始位置探測方法，基于所述平面电机本身的位置測量传感器，通过对所述平面电机采用电流环闭环控制和位置环PID闭环控制，并利用噪声激励，依次测得所述平面电机动子的每ー个三相线圈组相对定子的精细初始位置，完成平面电机初始位置的探測，不需要附加其它传感器及对应信号处理电子电路，就可实现光刻机エ件台多自由度精密运动定位，简化了探測エ艺，降低了探測成本。附图说明图IA为本专利技术使用的平面电机定子与动子结构及安装示意图；图IB为本专利技术使用的平面电机定子与动子相关定义參数示意图；图2为本专利技术平面电机初始位置探測方法的流程示意图；图3为本专利技术使用的平面电机定子的垂向磁通密度分布图；图4为本专利技术的平面电机初始位置探测的噪声注入示意图。 具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的平面电机初始位置探測方法作进ー步详细说明。需说明的是，以下说明中X向为水平向第一方向，Y向为水平向第二方向，Z向为垂直于第一方向与第二方向的垂向。本专利技术提供ー种平面电机初始位置探測方法，采用的平面电机为气浮动线圈式平面电机或动磁铁式气浮平面电机，包含定子，动子及位置測量传感器，所述动子包含四个三相线圈组。如图IA和图1B,平面电机的定子I为分段式霍尔永磁阵列,其空间磁场分布特征是X、Y向磁通密度分别在X、Y方向正弦分布，Z向磁通密度在X、Y向都为正弦分布，并且Z向磁通密度相角超前于水平向90度。动子2相对分段式霍尔永磁阵列旋转45度布置，包括四个三相线圈组20，21，22，23，均为三相线圈组，其中，三相线圈组20，21为Y向三相线圈组，沿矩形一条对角线布置，长边平行于分段式霍尔永磁阵列的X方向，三相线圈组22，23为X向三相线圈组，沿矩形另一条对角线布置，长边平行于分段式霍尔永磁阵列的Y方向，每个三相线圈组可产生水平推力和垂向磁悬浮力，若动子2采用气浮支撑，并通过合适的驱动控制，可以限制动子2只能通过水平推力产生水平面内的X、Y和绕Z轴旋本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种平面电机初始位置探测方法，所述平面电机包含定子，动子及位置测量传感器，所述动子包含四个三相线圈组，其特征在于，包括：所述平面电机电流环闭环，选取一个三相线圈组，并向该三相线圈组中通入电流，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的初始相角偏置；所述平面电机电流环闭环，将所述初始相角偏置代入换相算法，改变该三相线圈组中通入电流的空间相角，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系；应用所述初始相角偏置以及所述空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系，进行所述平面电机位置环PID闭环控制，对所述PID闭环控制输出值注入噪声，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置；依次选取其它三相线圈组，重复上述步骤，完成平面电机的初始位置探测。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩成超，张志钢，
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：
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