双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪同步控制系统设计

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1、分类号学号M201270352学校代码10487密级硕士学位论文双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪同步控制系统设计学位申请人:李苏斌学科专业:机械电子工程指导老师:刘世元教授江浩副教授答辩日期:2015年5月14日江浩AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignofsynchronouscontrolsystemofdualrotating-compensatorMuellermatrixelli

2、psometryCandidate:LiSubinMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:Prof.LiuShiyuanProf.JiangHaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan，Hubei430074，P.R.ChinaMay.14，2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究

3、做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年

4、月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要椭偏仪对于纳米级样件结构测量有很广泛的应用前景，双旋转补偿器型全穆勒矩阵椭偏仪由于能够快速测得穆勒矩阵中全部16个元素，在薄膜和纳米结构测量等领域都有很大的优势。双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪从其测量原理上看，双补偿器的同步旋转特性是其实现高精度偏振调制的关键，对于穆勒矩阵椭偏仪的测量准确度和测量重复性精度性能好坏有至关重要的作用。因此，本文从系统设计及误差分析的角度对双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的同步控制系统进行研究，通过系统建模和仿真分析补偿器旋转同步控制误差对系统测量精度的影响，并

5、且以此为基础设计并实现了同步控制方案，主要研究工作包括以下几个方面：根据穆勒矩阵椭偏仪基本测量原理与系统模型建立了补偿器旋转同步控制误差传递模型，通过仿真分析了同步控制系统中的误差对测量结果的影响，从而为同步控制系统设计提供理论依据和数据支撑。结合理论建模和仿真分析结果，进行穆勒矩阵椭偏仪同步控制系统需求分析，并从器件选型、同步控制方案的对比等几个方面进行了系统设计，然后通过基于PMAC控制器的电机PID环整定提高了电机和系统的性能，又依照面向过程的程序设计要求及原则完成了系统控制软件开发。研究了电机在PMAC控制器下的转动特性

6、，分析了同步控制方案以及电机跟随误差对于穆勒矩阵椭偏仪测量精度的影响，从实验验证的角度评估了所设计的同步控制系统的性能并给出了为了达到一定的测量精度所需要保证的电机转动精度。关键字：穆勒矩阵椭偏仪；双旋转补偿器；同步控制系统；系统误差；PID；跟随误差I华中科技大学硕士学位论文AbstractEllipsometryhasgainedincreasinglyinterestrecentlyinmanyapplicationssuchasthinfilmcharacterizationandnanostructuremetrolo

7、gy.Dualrotating-compensatorMuellermatrixellipsometry(MME)hasthesuperiorityforalltheelementsofa4x4mullermatrixcanbeobtainedsimultaneouslyineachmeasurement.Fromthepointofviewofmeasurementprinciple,thesynchronousrotationcharacteristicsofcompensatorsareveryimportanttothe

8、qualityoftheperformanceofMME.SothispaperstudiesthesynchronouscontrolsystemofMMEfromtheaspectsofsystemdesignanderroranalysis,andanal