專(zhuān)利名稱(chēng)：宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于精密伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)建模與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著高科技產(chǎn)品性能的不斷提高，例如更快運(yùn)行速度的處理器，更高存儲(chǔ)密度的硬盤(pán)，對(duì)產(chǎn)品的配套生產(chǎn)線提出了更高的要求，高精度、高效率的加工制造設(shè)備越來(lái)越受到重視。在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，光刻設(shè)備是其中最為關(guān)鍵的一個(gè)部分，它在很大程度上決定了集成芯片的性能，光刻設(shè)備要達(dá)到45nm甚至更高的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，要求光刻設(shè)備的主要構(gòu)成部分硅片臺(tái)和掩膜臺(tái)具有很高的定位和跟蹤精度。為保證光刻設(shè)備的工作效率，又要求硅片臺(tái)和掩膜臺(tái)具有非常短的調(diào)整時(shí)間。依靠提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的諧振頻率來(lái)達(dá)到想要的性能越來(lái)越困難，通常采用宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)來(lái)達(dá)到精度和速度的雙重提高，由微動(dòng)臺(tái)保證系統(tǒng)的精度和快速性，而由宏動(dòng)臺(tái)保證系統(tǒng)的行程，這樣增加了系統(tǒng)的控制難度和復(fù)雜性。在宏微雙機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，微動(dòng)臺(tái)的體積較小，行程短，質(zhì)量較輕，適合設(shè)計(jì)具有高精度、高速度的控制系統(tǒng)。通常要求微動(dòng)臺(tái)機(jī)械諧振做得高，由此導(dǎo)致機(jī)械加工難度增大。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制策略研究中，切實(shí)可行并在實(shí)際中應(yīng)用的少之又少。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，楊一博等在《粗精動(dòng)超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)建模與分析研究》中，建立了相應(yīng)的部分模型，其中只包含對(duì)象部分，然而其模型是經(jīng)過(guò)力學(xué)分析建立的等效模型，其中加入了一些質(zhì)量的比例關(guān)系，稍顯繁瑣，物理意義不夠明確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決在雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制中，要求微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械諧振高，加工難度大并且不易控制的問(wèn)題，提供一種宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明所述宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)，它包括微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)和宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將要跟蹤的軌跡R作為參考指令與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作差后輸入給第一存儲(chǔ)器Meml,第一存儲(chǔ)器Meml的輸出信號(hào)給學(xué)習(xí)算法器L,學(xué)習(xí)算法器L 的輸出信號(hào)與第二存儲(chǔ)器Mem2的輸出信號(hào)相加后輸入給低通濾波器Q低通濾波器Q的輸出信號(hào)給第二存儲(chǔ)器Mem2，低通濾波器Q的輸出信號(hào)還與參考指令相加后再與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1，微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1輸出的電流信號(hào)與微動(dòng)電機(jī)M1的工作電流信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2,微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2輸出的電壓信號(hào)與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)電機(jī)M1,微動(dòng)電機(jī)M1輸出驅(qū)動(dòng)力給微動(dòng)臺(tái)Pw,微動(dòng)臺(tái)Pw在所述驅(qū)動(dòng)力的作用下運(yùn)動(dòng),采集微動(dòng)臺(tái)Pw的速
度信號(hào)給微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I，微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I輸出微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw ；
SS宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將零輸入指令作為宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的輸入，將零輸入指令與宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移I作差后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5，宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5輸出的速度信號(hào)加上前饋控制器Cff輸出的速度信號(hào)后，再與采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)相減后輸入給宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3，宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3輸出的電流信號(hào)與宏動(dòng)電機(jī)M2的工作電流信號(hào)相減后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4,宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4輸出的電壓信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給宏動(dòng)電機(jī)M2,宏動(dòng)電機(jī)M2輸出驅(qū)動(dòng)力給宏動(dòng)臺(tái)Ph,該宏動(dòng)臺(tái)Ph所述驅(qū)動(dòng)力與微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力的
共同作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，采集宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)給宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I，宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I
SS-
輸出宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh ； 宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移由宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw相減獲得；前饋控制器Cff的輸入端連接微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I的輸出端；
5·微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的微動(dòng)臺(tái)Pw速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)相減后與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元的微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1相乘獲得；宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元的宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2相乘獲得?；谏鲜龊晡㈦p機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制方法，第一存儲(chǔ)器Meml保存當(dāng)前指令周期的參考指令R與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw的差值， 該差值與學(xué)習(xí)算法器L通過(guò)離線學(xué)習(xí)得到當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量，該當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量與第二存儲(chǔ)器Mem2中存儲(chǔ)的相鄰前一指令周期的指令修正量相加后，通過(guò)低通濾波器Q處理，得到當(dāng)前指令周期的指令修正量，存入第二存儲(chǔ)器Mem2中，該當(dāng)前指令周期的指令修正量與參考指令R相加，作用到微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)中，該閉環(huán)系統(tǒng)由微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1、微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2、微動(dòng)電機(jī)M1和微動(dòng)臺(tái)Pw組成；將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移I作為宏動(dòng)臺(tái)Ph的反饋，將零輸入信號(hào)作為宏動(dòng)臺(tái) Ph的指令，進(jìn)行宏動(dòng)臺(tái)Ph跟隨微動(dòng)臺(tái)Pw的控制；將微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作為前饋信號(hào)作用到宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)；將微動(dòng)臺(tái)Pw的速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)作差后，獲得的相對(duì)速度 ' 作為微動(dòng)電機(jī)乂的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)源；將微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力作為微動(dòng)臺(tái)慣性力F直接施加到宏動(dòng)臺(tái)Ph上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明解決了宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制問(wèn)題，控制系統(tǒng)采用物理意義明確的方式建模，簡(jiǎn)單、直觀，并充分考慮了宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的稱(chēng)合因素。本發(fā)明采用恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詫?duì)硬件設(shè)計(jì)成本進(jìn)行控制，對(duì)宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求不高，可以在低諧振頻率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高精度和短調(diào)整時(shí)間的控制效果。本發(fā)明控制系統(tǒng)將物理意義明確的模型結(jié)構(gòu)和多種控制方式相結(jié)合，進(jìn)行混合控制。通過(guò)將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度\作為微動(dòng)電機(jī)M1反電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源，將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)的相對(duì)位移作為反饋施加到宏動(dòng)臺(tái)部分，將參考指令R施加給微動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)，并將零輸入?yún)⒖贾噶钭鳛楹陝?dòng)臺(tái)的輸入，將微動(dòng)臺(tái)的慣性力F直接施加到宏動(dòng)臺(tái)上，建立具有明確物理意義的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制模型，以便進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。在此基礎(chǔ)上，施加如下控制策略，對(duì)微動(dòng)臺(tái)施加一種微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1和由學(xué)習(xí)算法器L完成的迭代學(xué)習(xí)控制策略相結(jié)合的二自由度控制策略，實(shí)現(xiàn)一種低成本、低帶寬、高精度、短調(diào)整時(shí)間的控制；對(duì)宏動(dòng)臺(tái)施加一般的控制策略，但是將微動(dòng)臺(tái)的輸出yw通過(guò)一個(gè)交叉前饋控制器Cff 施加到宏動(dòng)臺(tái)上，以保證宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移ιτ不超出微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)行程。本發(fā)明能在微動(dòng)臺(tái)機(jī)械諧振頻率較低的情況下進(jìn)行，減少了微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)和加工成本，同時(shí)針對(duì)微動(dòng)臺(tái)存在的高頻不確定性因素，對(duì)微動(dòng)臺(tái)進(jìn)行帶寬優(yōu)化，使微動(dòng)臺(tái)的控制能力得到優(yōu)化。


圖I為本發(fā)明宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2為宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中A為宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)定子，B為宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)動(dòng)子及臺(tái)體，C、為微動(dòng)臺(tái)電機(jī)定子，D為微動(dòng)臺(tái)電機(jī)動(dòng)子及臺(tái)體，F(xiàn)s為微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力，k為剛性系數(shù)，ξ為阻尼系數(shù)，例如，在氣浮結(jié)構(gòu)下，參數(shù)k和ξ可以忽略；乙為微動(dòng)臺(tái)的位置，為宏動(dòng)臺(tái)的位置，m為微動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，M為宏動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量;圖3為宏動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲線；圖4為微動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲線；圖5為微動(dòng)臺(tái)位置控制器的頻率特性曲線；圖6為本發(fā)明所要跟蹤的目標(biāo)速度曲線；圖7為本發(fā)明的跟蹤位置曲線及其局部放大圖，圖中Runl表示采用傳統(tǒng)反饋方式不學(xué)習(xí)得到的控制輸出曲線，即第一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期得到的輸出曲線，RunlO表示施加綜合學(xué)習(xí)算法經(jīng)過(guò)10個(gè)運(yùn)動(dòng)周期后得到的控制輸出曲線，圖中用A表示局部放大的位置及放大圖；圖8為本發(fā)明的跟蹤誤差曲線，圖中Reel對(duì)應(yīng)的誤差曲線是圖7中Runl的輸出曲線減去圖7中的參考指令R得到的，ReelO對(duì)應(yīng)的誤差曲線是圖7中RunlO的輸出曲線減去圖7中的參考指令R得到的；圖9為宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移曲線；圖10為學(xué)習(xí)算法器L的頻率特性曲線。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式所述宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)，它包括微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)和宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將要跟蹤的軌跡R作為參考指令與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移7￥作差后輸入給第一存儲(chǔ)器Meml,第一存儲(chǔ)器Meml的輸出信號(hào)給學(xué)習(xí)算法器L,學(xué)習(xí)算法器L 的輸出信號(hào)與第二存儲(chǔ)器Mem2的輸出信號(hào)相加后輸入給低通濾波器Q，低通濾波器Q的輸出信號(hào)給第二存儲(chǔ)器Mem2，低通濾波器Q的輸出信號(hào)還與參考指令相加后再與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1，微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1輸出的電流信號(hào)與微動(dòng)電機(jī)M1的工作電流信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2,微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2輸出的電壓信號(hào)與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)電機(jī)M1,微動(dòng)電機(jī)M1輸出驅(qū)動(dòng)力給微動(dòng)臺(tái)Pw,微動(dòng)臺(tái)Pw在所述驅(qū)動(dòng)力的作用下運(yùn)動(dòng),采集微動(dòng)臺(tái)Pw的速度信號(hào)給微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I，微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I輸出微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw ；
SS宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將零輸入指令作為宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的輸入，將零輸入指令與宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移^作差后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5，宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5輸出的速度信號(hào)加上前饋控制器Cff輸出的速度信號(hào)后，再與采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)相減后輸入給宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3，宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3輸出的電流信號(hào)與宏動(dòng)電機(jī)M2的工作電流信號(hào)相減后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4,宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4輸出的電壓信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給宏動(dòng)電機(jī)M2,宏動(dòng)電機(jī)M2輸出驅(qū)動(dòng)力給宏動(dòng)臺(tái)Ph,該宏動(dòng)臺(tái)Ph所述驅(qū)動(dòng)力與微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力的
共同作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，采集宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)給宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I，宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I
ss
輸出宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh ；宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移 由宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw相減獲得；前饋控制器Cff的輸入端連接微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I的輸出端；
S微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的微動(dòng)臺(tái)Pw速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)相減后與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元的微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1相乘獲得；宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元的宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2相乘獲得。本實(shí)施方式所述控制系統(tǒng)將微動(dòng)電機(jī)札的出力直接作為耦合力加到宏動(dòng)臺(tái)Ph上， 來(lái)處理模型中的耦合效應(yīng)。將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的位移差作為宏動(dòng)臺(tái)的反饋，該位移差可通過(guò)相應(yīng)的傳感器來(lái)測(cè)量，將零指令作為宏動(dòng)臺(tái)的輸入指令。在已有的宏微雙機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，微動(dòng)臺(tái)的體積較小，行程短，質(zhì)量較輕，適合設(shè)計(jì)具有高精度、高速度的控制系統(tǒng)。通常要求微動(dòng)臺(tái)機(jī)械諧振做得高，為使得機(jī)械加工難度大， 為降低其機(jī)械設(shè)計(jì)成本，本發(fā)明從控制上進(jìn)行改進(jìn)。微動(dòng)臺(tái)采用魯棒控制和迭代學(xué)習(xí)控制構(gòu)成的二自由度控制策略進(jìn)行控制，由微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1完成微動(dòng)臺(tái)的位置伺服反饋控制，可以設(shè)計(jì)成具有低帶寬的控制系統(tǒng)，一方面可以降低系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械性能要求，另一方面作為一種帶寬優(yōu)化的手段，使微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定，并取得優(yōu)化的性能。通過(guò)迭代學(xué)習(xí)控制策略來(lái)完成對(duì)魯棒閉環(huán)控制系統(tǒng)的整定，王要是在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提聞系統(tǒng)的性能，例如減小調(diào)整時(shí)間，提高精度，增強(qiáng)對(duì)重復(fù)性擾動(dòng)的抑制能力。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的行程，宏動(dòng)臺(tái)的體積和質(zhì)量一般較大，宏動(dòng)臺(tái)的機(jī)械諧振一般較低，需設(shè)計(jì)低帶寬控制器，在對(duì)宏動(dòng)臺(tái)施加傳統(tǒng)控制方式的基礎(chǔ)上，將微動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置輸出作為前饋量，構(gòu)成對(duì)宏動(dòng)臺(tái)的交叉前饋控制，使得宏動(dòng)臺(tái)跟隨微動(dòng)臺(tái)，以防止宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移超出傳感器測(cè)量行程和微動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)行程。圖2所不為現(xiàn)有的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，最底部為基座和隔振平臺(tái)， 宏動(dòng)臺(tái)的電機(jī)定子部分和宏動(dòng)臺(tái)臺(tái)體底座固定在隔振平臺(tái)上，宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)的動(dòng)子部分與宏動(dòng)臺(tái)臺(tái)體運(yùn)動(dòng)部分連在一起，臺(tái)體運(yùn)動(dòng)部分通過(guò)氣浮結(jié)構(gòu)減少運(yùn)動(dòng)阻力。宏動(dòng)臺(tái)臺(tái)體的運(yùn)動(dòng)部分與微動(dòng)臺(tái)的底座以及微動(dòng)電機(jī)的固定部分連在一起，微動(dòng)臺(tái)的電機(jī)動(dòng)子與微動(dòng)臺(tái)臺(tái)體連在一起，臺(tái)體部分也是采用氣浮結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)在光刻設(shè)備的工件臺(tái)、掩膜臺(tái)系統(tǒng)中常被采用，通過(guò)這一結(jié)構(gòu)既可以保證系統(tǒng)有足夠的帶寬和精度，保證晶圓光刻的效率和品質(zhì)， 又可以保證系統(tǒng)有足夠的行程，對(duì)于換臺(tái)和曝光大尺寸晶圓有益。圖2為工件臺(tái)或掩膜臺(tái)系統(tǒng)在某一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上的簡(jiǎn)化示意圖，宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)之間只通過(guò)氣膜阻力和電機(jī)的電磁力相聯(lián)系。由圖2所示結(jié)構(gòu)得到圖I所示控制系統(tǒng)的模型，通過(guò)該模型可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的各個(gè)控制器，合理便捷并且有具體物理意義的模型對(duì)系統(tǒng)的控制器整定和應(yīng)用很有幫助。圖I 所示，通過(guò)對(duì)微動(dòng)臺(tái)電機(jī)和整體的結(jié)構(gòu)的分析，得到的控制系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)首先將要跟蹤的軌跡R作為微動(dòng)臺(tái)的指令信號(hào)，參考指令R可以通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行發(fā)送，微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw，即微動(dòng)臺(tái)相對(duì)于基座的位移通過(guò)激光干涉儀等獲??；其次，宏動(dòng)臺(tái)與微動(dòng)臺(tái)的稱(chēng)合效應(yīng)通過(guò)將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度'反饋到微動(dòng)臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)建立聯(lián)系，避免了繁瑣的力學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換；第三，將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移^作為宏動(dòng)臺(tái)的反饋，而將零輸入信號(hào)作為宏動(dòng)臺(tái)的指令，進(jìn)行宏動(dòng)臺(tái)跟隨微動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移和速度可以通過(guò)霍爾元件等相對(duì)位移傳感器獲得；第四，將微動(dòng)臺(tái)的輸出作為前饋信號(hào)作用到宏動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)交叉前饋控制器Cff，減小宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移不超過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)行程和傳感器量程；第五，微動(dòng)臺(tái)的控制器設(shè)計(jì)，C1采用魯棒設(shè)計(jì)， 作為微動(dòng)臺(tái)帶寬優(yōu)化的一種有效方法，針對(duì)某一被控對(duì)象得到最優(yōu)性能，這里的對(duì)象并不局限于具有高諧振頻率的微動(dòng)臺(tái)，可以是具有低頻諧振頻率的微動(dòng)臺(tái)；第六，由學(xué)習(xí)算法器 L， 低通濾波器Q和第二存儲(chǔ)器Mem2組成的迭代學(xué)習(xí)控制律來(lái)整定由魯棒控制器組成的魯棒閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到跟蹤的高精度，并保證迭代學(xué)習(xí)律的收斂性。由第五點(diǎn)和第六點(diǎn)構(gòu)成的二自由度控制結(jié)構(gòu)可以保證即使在低頻對(duì)象結(jié)構(gòu)下也可以得到足夠好的跟蹤特性，并有效降低設(shè)計(jì)具有高頻諧振頻率微動(dòng)臺(tái)的成本。宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)行程較大，一般選用直線電機(jī)，而微動(dòng)臺(tái)電機(jī)行程小，出力大，一般選用音圈電機(jī)或平面電機(jī)等。宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3的反饋信號(hào)可以在不額外增加傳感器的基礎(chǔ)上從電機(jī)驅(qū)動(dòng)中提取。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖I至圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為基于實(shí)施方式一所述宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制方法，第一存儲(chǔ)器Meml保存當(dāng)前指令周期的參考指令R與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw的差值， 該差值與學(xué)習(xí)算法器L通過(guò)離線學(xué)習(xí)得到當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量，該當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量與第二存儲(chǔ)器Mem2中存儲(chǔ)的相鄰前一指令周期的指令修正量相加后，通過(guò)低通濾波器Q處理，得到當(dāng)前指令周期的指令修正量，存入第二存儲(chǔ)器Mem2中，該當(dāng)前指令周期的指令修正量與參考指令R相加，作用到微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)中，該閉環(huán)系統(tǒng)由微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1、微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2、微動(dòng)電機(jī)M1和微動(dòng)臺(tái)Pw組成；將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移I作為宏動(dòng)臺(tái)Ph的反饋，將零輸入信號(hào)作為宏動(dòng)臺(tái) Ph的指令，進(jìn)行宏動(dòng)臺(tái)Ph跟隨微動(dòng)臺(tái)Pw的控制；將微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作為前饋信號(hào)作用到宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)；將微動(dòng)臺(tái)Pw的速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)作差后，獲得的相對(duì)速度 ' 作為微動(dòng)電機(jī)乂的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)源；將微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力作為微動(dòng)臺(tái)慣性力F直接施加到宏動(dòng)臺(tái)Ph上。本發(fā)明將宏微結(jié)構(gòu)的相對(duì)速度 ' 作為微動(dòng)臺(tái)電機(jī)的反向電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源，將目標(biāo)指令給微動(dòng)臺(tái)，并將微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作為微動(dòng)臺(tái)的位置反饋；同時(shí)將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)之間的相對(duì)位移^作為宏動(dòng)臺(tái)的位置反饋施加到宏動(dòng)臺(tái)上，將零輸入指令作為宏動(dòng)臺(tái)的輸入，使得宏動(dòng)臺(tái)跟隨微動(dòng)臺(tái)，并使其相對(duì)位移趨于目標(biāo)指令零，構(gòu)成一種物理意義明確便于進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)，在此控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集多種控制方法于一體的混合控制方法。本發(fā)明在微動(dòng)臺(tái)機(jī)械諧振頻率較低的情況下，對(duì)微動(dòng)臺(tái)進(jìn)行帶寬優(yōu)化，使微動(dòng)臺(tái)的控制能力得到優(yōu)化，這是綜合控制策略的第一步。采用迭代學(xué)習(xí)控制來(lái)整定閉環(huán)魯棒控制系統(tǒng)，構(gòu)成一種二自由度控制策略，配合低通濾波器保證魯棒迭代學(xué)習(xí)系統(tǒng)的收斂性，進(jìn)一步提高微動(dòng)臺(tái)的跟蹤性能，減小調(diào)整時(shí)間，這是綜合控制策略的第二步。將微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移作為宏微交叉前饋量作用到宏動(dòng)臺(tái)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的交叉前饋控制器CFF，來(lái)保證宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的相對(duì)位移不超出傳感器測(cè)量和微動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)行程。且通過(guò)長(zhǎng)行程宏動(dòng)臺(tái)的雙閉環(huán)控制設(shè)計(jì)保證整個(gè)系統(tǒng)有足夠大的運(yùn)動(dòng)行程，這是綜合控制策略的第三步。下面對(duì)本發(fā)明的控制方法進(jìn)行驗(yàn)證 圖3和圖4分別為宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的對(duì)象頻率特性，宏動(dòng)臺(tái)質(zhì)量較大，機(jī)械諧振頻率為50Hz，而微動(dòng)臺(tái)的質(zhì)量相對(duì)較輕，其機(jī)械諧振頻率為250Hz。通常經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行或是環(huán)境變化，被控對(duì)象的機(jī)械諧振頻率會(huì)在一定范圍內(nèi)變化，且阻尼也會(huì)發(fā)生變化，如果采用傳統(tǒng)的控制方法，例如PID或超前滯后手段，都會(huì)使系統(tǒng)的控制效果發(fā)生變化，甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。這是由于對(duì)于高精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，常常為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)而將系統(tǒng)做到接近性能極限的情況，造成系統(tǒng)對(duì)不確定因素的靈敏度提升，而系統(tǒng)自身的魯棒性降低。魯棒控制設(shè)計(jì)方法可以使系統(tǒng)在具有一定不確定性的情況下，仍然保證穩(wěn)定性不變的性能。具體的設(shè)計(jì)是先對(duì)宏動(dòng)臺(tái)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，再對(duì)微動(dòng)臺(tái)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，最后將控制策略進(jìn)行綜合，并做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。宏動(dòng)臺(tái)的要求往往并不高，它只是為了保證系統(tǒng)具有一定的運(yùn)動(dòng)行程，所以針對(duì)宏動(dòng)臺(tái)進(jìn)行傳統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)，得到宏動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移回路帶寬為 21Hz，并能有效地抑制宏動(dòng)臺(tái)的機(jī)械諧振。對(duì)微動(dòng)臺(tái)進(jìn)行魯棒設(shè)計(jì)，系統(tǒng)帶寬約為75Hz，系統(tǒng)對(duì)具有一定的乘性不確定性的系統(tǒng)具有魯棒性。系統(tǒng)采樣周期為4kHz，通過(guò)魯棒設(shè)計(jì)方法，例如混合靈敏度的設(shè)計(jì)，得到的反饋控制器的頻率特性如5所示，控制器在低頻段具有高增益，可以保證微動(dòng)臺(tái)在具有250Hz諧振頻率下保持魯棒穩(wěn)定。通過(guò)魯棒設(shè)計(jì)得到的控制系統(tǒng)并無(wú)法保證系統(tǒng)具有足夠好的動(dòng)態(tài)性能，設(shè)計(jì)具有前饋特征的迭代學(xué)習(xí)控制律來(lái)修正魯棒反饋控制系統(tǒng)，構(gòu)成一種二自由度魯棒迭代學(xué)習(xí)控制律。這樣可以充分利用系統(tǒng)在掃描曝光過(guò)程中的周期性運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，利用前一運(yùn)動(dòng)周期掃描、曝光過(guò)程中得到的運(yùn)動(dòng)信息， 如跟蹤誤差等，和控制量信息，構(gòu)成當(dāng)前運(yùn)動(dòng)周期的控制信息，形成一種類(lèi)似人類(lèi)學(xué)習(xí)的控制策略，有效地提高系統(tǒng)的掃描、曝光精度。為保證迭代學(xué)習(xí)系統(tǒng)的收斂性，設(shè)計(jì)了具有低通特性的濾波器。圖7至圖9是在本發(fā)明方法混合控制策略作用下的控制效果圖。根據(jù)目標(biāo)速度曲線，如圖6所示，來(lái)規(guī)劃相應(yīng)的目標(biāo)位置曲線，為保證光刻的效率，系統(tǒng)在勻速段的速度為 450mm/s。給定的目標(biāo)位置曲線，即位置輸入指令，如圖7中實(shí)線R所示，在光刻系統(tǒng)中，晶圓通常在勻速段進(jìn)行掃描曝光。如圖7跟蹤曲線Runl和圖8誤差曲線中的Reel所示，在沒(méi)有其他控制律配合的情況下，由于微動(dòng)臺(tái)的帶寬限制，由魯棒反饋控制器構(gòu)成的微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)很難達(dá)到所期望的性能。通過(guò)迭代學(xué)習(xí)律對(duì)魯棒閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行整定，例如采用基于對(duì)象逆的迭代學(xué)習(xí)控制律，如圖10所示，配合相應(yīng)的低通濾波器得到的控制效果如圖7中RunlO 和圖8中的ReelO所示，此時(shí)系統(tǒng)的跟蹤性能遠(yuǎn)好于只有反饋控制器的情況。在勻速段，微動(dòng)臺(tái)經(jīng)過(guò)33ms的調(diào)整使跟蹤精度達(dá)到30nm,并且在接下來(lái)的3ms內(nèi)迅速收斂至5nm范圍以?xún)?nèi)。如圖9所示，宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)在交叉前饋控制器Cff的作用下，宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移在±lmm以?xún)?nèi)，不會(huì)超出相對(duì)運(yùn)動(dòng)行程(±1. 5mm)和傳感器的量程(±2mm)。在控制策略具體的實(shí)施過(guò)程中，可以根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，結(jié)合控制對(duì)象自身的特性，選擇合適的魯棒控制策略、迭代學(xué)習(xí)控制律以及交叉前饋控制器，具體的軟件實(shí)現(xiàn)可以在工控機(jī)中或相應(yīng)的控制板卡中實(shí)施。實(shí)施方便可行，通過(guò)該控制策略，對(duì)微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械加工要求低，有利于減小硬件設(shè)計(jì)成本。本發(fā)明所述控制方法通過(guò)對(duì)物理模型的分析，進(jìn)行合理的建模，使得整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)有效宏微運(yùn)動(dòng)解耦，沒(méi)有額外的系數(shù)交叉項(xiàng)，便于分析，在此控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制方法，物理意義明確，便于實(shí)現(xiàn)。一個(gè)好的控制策略對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有益處，雙機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)控制方法主要由微動(dòng)臺(tái)的控制策略、宏動(dòng)臺(tái)的控制策略以及兩者之間的交叉控制策略構(gòu)成。微動(dòng)臺(tái)決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的輸出性能指標(biāo)，微動(dòng)臺(tái)的控制策略是整個(gè)方法的重點(diǎn)；宏動(dòng)臺(tái)對(duì)微動(dòng)臺(tái)是否有影響，通過(guò)所建立的模型分析發(fā)現(xiàn)宏動(dòng)臺(tái)的性能指標(biāo)對(duì)微動(dòng)臺(tái)的性能指標(biāo)影響不大， 微動(dòng)臺(tái)對(duì)宏動(dòng)臺(tái)的影響通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)通路作用到微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，可以通過(guò)微動(dòng)臺(tái)的電流環(huán)設(shè)計(jì)加以抑制，所以宏動(dòng)臺(tái)采用傳統(tǒng)的控制策略即可。交叉控制策略也隨之簡(jiǎn)化，主要用來(lái)解決宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移約束。鑒于上述分析，宏動(dòng)臺(tái)的控制可以通過(guò)傳統(tǒng)的校正或PID等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。微動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，指令R和微動(dòng)臺(tái)的輸出yw的差值保存在第一存儲(chǔ)器Meml中，微動(dòng)臺(tái)位置控制器的作用是實(shí)現(xiàn)反饋帶寬最優(yōu)化，電流控制器通過(guò)校正方法或PID等反饋手段來(lái)設(shè)計(jì)高帶寬電流內(nèi)環(huán)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度并消除宏動(dòng)臺(tái)對(duì)微動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的影響。上述的學(xué)習(xí)策略可以通過(guò)多種學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)，包括基于對(duì)象逆的學(xué)習(xí)方法、優(yōu)化學(xué)習(xí)方法等。例如，基于對(duì)象逆的學(xué)習(xí)控制律包括以下設(shè)計(jì)步驟I)根據(jù)對(duì)象特性設(shè)計(jì)微動(dòng)臺(tái)位置控制器仏，微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1的實(shí)現(xiàn)手段包括靈敏度設(shè)計(jì)或回路成形等方法；2)設(shè)計(jì)低通濾波器Q，選取合適的帶寬Ω，由于是離線學(xué)習(xí)，濾波器形式可以是因果或非因果的濾波器；3)學(xué)習(xí)算法器的學(xué)習(xí)律Z = ，Ttl是由辨識(shí)得到的近似對(duì)象模型Pw，控制器C1, C2和電機(jī)M1構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，給定α初始值，令α Μ = 0，a 01 = I ；4)令
權(quán)利要求
1.一種宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于它包括微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)和宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng) 微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將要跟蹤的軌跡R作為參考指令與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作差后輸入給第一存儲(chǔ)器Meml,第一存儲(chǔ)器Meml的輸出信號(hào)給學(xué)習(xí)算法器L,學(xué)習(xí)算法器L的輸出信號(hào)與第二存儲(chǔ)器Mem2的輸出信號(hào)相加后輸入給低通濾波器Q，低通濾波器Q的輸出信號(hào)給第二存儲(chǔ)器Mem2，低通濾波器Q的輸出信號(hào)還與參考指令相加后再與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1，微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1輸出的電流信號(hào)與微動(dòng)電機(jī)M1的工作電流信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2，微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2輸出的電壓信號(hào)與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給微動(dòng)電機(jī)M1,微動(dòng)電機(jī)M1輸出驅(qū)動(dòng)力給微動(dòng)臺(tái)Pw，微動(dòng)臺(tái)Pw在所述驅(qū)動(dòng)力的作用下運(yùn)動(dòng)，采集微動(dòng)臺(tái)Pw的速度信號(hào)給微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)-fi動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)-輸出微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw ； 宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)為將零輸入指令作為宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的輸入，將零輸入指令與宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移Ir作差后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5，宏動(dòng)臺(tái)位置控制器C5輸出的速度信號(hào)加上前饋控制器Cff輸出的速度信號(hào)后，再與采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)相減后輸入給宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3,宏動(dòng)臺(tái)速度控制器C3輸出的電流信號(hào)與宏動(dòng)電機(jī)M2的工作電流信號(hào)相減后，輸入給宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4,宏動(dòng)臺(tái)電流控制器C4輸出的電壓信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單兀輸出的電壓信號(hào)作差后輸入給宏動(dòng)電機(jī)M2,宏動(dòng)電機(jī)仏輸出驅(qū)動(dòng)力給宏動(dòng)臺(tái)Ph,該宏動(dòng)臺(tái)Ph所述驅(qū)動(dòng)力與微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力的共同作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，采集宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)給宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I，宏動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)I輸出宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh ；宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移^由宏動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yh與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw相減獲得； 前饋控制器Cff的輸入端連接微動(dòng)臺(tái)積分環(huán)節(jié)+的輸出端； 微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的微動(dòng)臺(tái)Pw速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)相減后與微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1單元的微動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E1相乘獲得； 宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元輸出的電壓信號(hào)由采集獲得的宏動(dòng)臺(tái)Ph速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2單元的宏動(dòng)臺(tái)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E2相乘獲得。
2.基于權(quán)利要求I所述宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制方法，其特征在于 第一存儲(chǔ)器Meml保存當(dāng)前指令周期的參考指令R與微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw的差值，該差值與學(xué)習(xí)算法器L通過(guò)離線學(xué)習(xí)得到當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量，該當(dāng)前指令周期的學(xué)習(xí)控制量與第二存儲(chǔ)器Mem2中存儲(chǔ)的相鄰前一指令周期的指令修正量相加后，通過(guò)低通濾波器Q處理，得到當(dāng)前指令周期的指令修正量，存入第二存儲(chǔ)器Mem2中，該當(dāng)前指令周期的指令修正量與參考指令R相加，作用到微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)中，該閉環(huán)系統(tǒng)由微動(dòng)臺(tái)位置控制器C1、微動(dòng)臺(tái)電流控制器C2、微動(dòng)電機(jī)M1和微動(dòng)臺(tái)Pw組成；將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位移Ir作為宏動(dòng)臺(tái)Ph的反饋，將零輸入信號(hào)作為宏動(dòng)臺(tái)Ph的指令，進(jìn)行宏動(dòng)臺(tái)Ph跟隨微動(dòng)臺(tái)Pw的控制；將微動(dòng)臺(tái)的絕對(duì)位移yw作為前饋信號(hào)作用到宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)； 將微 動(dòng)臺(tái)Pw的速度信號(hào)與宏動(dòng)臺(tái)Ph的速度信號(hào)作差后，獲得的相對(duì)速度 ' 作為微動(dòng)電機(jī)M1的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)源；將微動(dòng)電機(jī)M1輸出的驅(qū)動(dòng)力作為微動(dòng)臺(tái)慣性力F直接施加到宏動(dòng)臺(tái)Ph上。
全文摘要
宏微雙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于精密伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)建模與控制技術(shù)領(lǐng)域。它解決了在雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制中，要求微動(dòng)臺(tái)的機(jī)械諧振高，加工難度大并且不易控制的問(wèn)題。它包括微動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)和宏動(dòng)臺(tái)子控制系統(tǒng)，通過(guò)將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度vr作為微動(dòng)電機(jī)M1反電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源，將宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)的相對(duì)位移yr作為反饋施加到宏動(dòng)臺(tái)部分，將參考指令R施加給微動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)，并將零輸入?yún)⒖贾噶钭鳛楹陝?dòng)臺(tái)的輸入，將微動(dòng)臺(tái)的慣性力F直接施加到宏動(dòng)臺(tái)上，建立具有明確物理意義的宏微雙機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的控制模型。本發(fā)明適用于宏微雙機(jī)構(gòu)的伺服控制。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102707577SQ20121016227
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉楊, 姜曉明, 王程, 陳興林 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)