精密可变狭缝系统摩擦特性建模与补偿方法研究

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1、硕士学位论文精密可变狭缝系统摩擦特性建模与补偿方法研究ResearchonModelingandCompensationMethodofFrictionCharacteristicsforPrecisionVariableSlitSystem罗皓哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP29学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文精密可变狭缝系统摩擦特性建模与补偿方法研究硕士研究生：罗皓导师：刘杨副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制科学与工程系

2、答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP29U.D.C:681.5DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringResearchonModelingandCompensationMethodofFrictionCharacteristicsforPrecisionVariableSlitSystemCandidate：LuoHaoSupervisor：AssociateProf.LiuYangAcademicDe

3、greeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：Dept.ofControlScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要精密可变狭缝系统作为光刻机设备下的一个子系统，具有至关重要的作用，其性能直

4、接影响硅片的曝光质量。精密可变狭缝系统通过控制两个方向的四个刀片完成挡光窗口的开合，配合光刻机其他系统完成光刻任务，具有高加速度和高精度，对运动控制有极高的性能指标要求。本文以精密可变狭缝系统为背景，针对系统Y方向上存在的摩擦干扰力问题进行摩擦建模与补偿，从而提高系统的跟踪精度和快速性。首先，本文从精密可变狭缝系统整体着手，分析了系统的机械结构组成和电控系统组成。列出了系统两个方向上的运动指标，并对指标进行分解，为系统的带宽设计提供理论基础。为了减小平台的机械冲击，使系统从起点平滑地运动到终点，本文针对

5、Y向的运动指标，规划了S曲线运动轨迹。根据Y向的机械结构特点，分析摩擦存在的原因，并设计干扰力采集方案，进行实验数据采集及预处理。其次，本文根据精密可变狭缝系统摩擦特点选择LuGre摩擦模型进行参数辨识。LuGre摩擦模型参数辨识分为静态参数辨识和动态参数辨识两部分，在静态参数辨识中，设计最小二乘法和粒子群优化算法参数辨识方案，并分析二者的优缺点，通过拟合度进行选取。再次，本文将驱动器、直线电机和运动平台作为广义被控对象，设计频域辨识方案，得到被控对象的频域响应，获得被控对象的传递函数。利用已建立的摩擦

6、模型，设计了基于摩擦模型的前馈补偿控制方案，通过仿真和实验验证了方法的有效性，获得了更高的跟踪精度与快速性。最后，本文考虑到实际系统中因机械磨损等工况改变而带来摩擦模型参数的不确定性，设计了自适应控制器。通过仿真对比了自适应控制与基于摩擦模型的前馈控制的跟踪误差，验证了自适应控制在此类问题上控制效果的优越性。关键词：摩擦建模；LuGre摩擦模型；前馈控制；自适应控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsasubsystemunderthelithographyequipment,the

7、precisionvariableslitsystemhasavitalrole,anditsperformancedirectlyaffectstheexposurequalityofthesiliconwafer.Theprecisionvariableslitsystemcompletestheopeningandclosingofthelight-blockingwindowbycontrollingfourbladesintwodirections,andcooperateswithother

8、systemsofthelithographymachinetocompletethelithographytask.Ithasthefeaturesofhighaccelerationandhighprecision,andhasextremelyhighmotioncontrolperformanceindexrequirements.Inthispaper,basedontheprecisevariableslitsystem,the