专用多轴运动控制卡及其控制算法的研究

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1、硕士学位论文专用多轴运动控制卡及其控制算法的研究RESEARCHONDEDICAREDMULTI-AXISMOTIONCONTROLERANDTHECONTROLMETHODBUILTIN杜威哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TP273.5学校代码：10213 国际图书分类号：681.52密级：公开工学硕士学位论文多轴运动控制卡及其控制算法的研究硕士研究生：杜威导师：陈兴林教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2012年7月3日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273.5U.D.C.:681.52Dissertat

2、ionfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONDEDICAREDMULTI-AXISMOTIONCONTROLERANDTHECONTROLMETHODBUILTINCandidate：WeiDuSupervisor：Prof.XinglinChenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandEngineeringUnit：DepartmentofControlScienceandEngineeringDateofOralExamination：

3、July,2012University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着芯片制造业发展，光刻机的精度和产率的要求越来越高，对其承载芯片的工件平台运动系统提出了更高的指标要求。本文立足于光刻机工件平台运动控制系统的研究，该平台为双台气浮结构，宏动平台使用长行程三相交流力矩直线电机，而微动台使用了高频响，短行程的音圈电机。为解决该控制问题，首先查阅了国内外在光刻载物台的硬件结构上的发展。 得到了当前流行的控制器结构，作为参考设计。通过高精度伺服控制理论的发 展，其中前馈控制，鲁棒反馈控制以及摩擦抑制作为对精度有重要影响的因素， 已

4、经有模块化发展的趋势。结合工件平台的特点，从该运动控制系统的运行环境和分析了控制中可能 会遇到的问题。对于高精度控制的需求，找到了扰动观测器的扰动抑制理论。 而对于工件平台运动轨迹已知的特性，使用了零相位前馈理论来利用系统运动 指令的超前量来拓展系统的带宽，使之具有更好的动态性能。于是重点对这两 种理论的原理进行了分析，为控制算法的设计提供理论基础。继而从工件平台控制核心部件运动控制器入手，由于该系统所处的特有工 作环境和对处理能力的要求，设计了专用的多轴运动控制卡，并详细的介绍了 其硬件设计和逻辑设计，加工成成品后，对各个逻辑模块进行了相应的验证。 该逻辑和硬件设计，能够保证该卡同时

5、与多总线能够进行不冲突和低延时的稳 定数据交换，而该卡的内部数据传输具有更高的数据吞吐量，能够配合高速运 算单元完成特定控制算法的实现。实验平台搭建完成后，通过对运动平台对测试信号的响应测定，对双工件 平台系统进行了合理的参数估计和建模分析，同时利用前文所述的控制理论进 行了控制器的设计和仿真。最后在运动控制卡内对所述的控制算法进行了实现 并进行了实验和数据分析。关键词：运动控制器设计；气浮工件台；扰动观测器；PIDI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofthechipmanufacturing，thedemandforprecision

6、and yieldofthelithographymachineisincreasing.There’shigherrequirementsforthe controllerofthewaferstagewhichcarryingchips.Inthispaper,thewaferstagemovementcontrolsystemusedhasadualflotation structure.Themacromovingplatformusethree-phaseACtorquelinearmotorand themicroplatformusesahigh-frequencyres

7、ponseandshortstrokevoicecoilmotor. Inordertosolvethecontrolproblem,thehardwarestructureofWaferStage Controller'sdevelopmentathomeandabroadischeckedatfirst.ThengetaTypical structureasareferencedesign.Withthehighprecisionservo