一种永磁弹射掩模台的轨迹规划和运动控制研究

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1、分类号密级注1UDC学位论文一种永磁弹射掩模台的轨迹规划和运动控制研究石淼指导教师朱煜教授电子科技大学成都申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称机械工程提交论文日期2016.5.3论文答辩日期2016.5.12学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TrajectoryPlanningandMotionControlofaPermanentMagnetCatapuitedStageAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronic

2、ScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ShiMiaoSupervisor:Prof.ZhuYuSchool:SchoolofMechatronicsEngineering摘要摘要掩模台是光刻机的关键子部件，其运动性能直接影响最终光刻工艺的性能。遵循掩模台高速、高加速、高精度的发展趋势，本课题组在前期研究中提出了永磁弹射掩模台的结构概念。基于此新结构概念，与之适配的轨迹规划和运动控制技术是该掩模台走向工业应用的必要环节和关键技术。为此，本论文将以课题组提出的这种永磁弹射

3、掩模台为对象，研究其轨迹规划和运动控制技术，以期实现此构型掩模台的最终应用。首先，给出永磁弹射掩模台系统的机械结构和控制硬件平台构成。针对机械结构中与传统掩模台有巨大差别的永磁弹射驱动单元与电机驱动单元，给出了它们的结构特征和物理模型；说明了控制硬件平台中各总线、各控制系统板卡的安装位置和功能，以及控制系统实现运动的过程。其次，利用永磁弹射掩模台的运动特性，提出了适用于永磁弹射掩模台的轨迹规划方法。根据是否存在永磁弹射力把运动区间划分为非弹射区和弹射区，分别规划运动轨迹。非弹射区轨迹规划结合了S形轨迹规划的特点，通过计算速度和位移的临界条件，以及

4、关键时间变量和时间切换点，得到分段的加速度、速度、位移轨迹函数。弹射区轨迹规划采用多项式结构，以掩模台出入弹射区的状态和运动轨迹的对称性为约束条件，并考虑工程上可能出现的弹射时间固定和不固定两种情况，优化求解多项式轨迹参数。接着，辨识获得对象动力学模型，并考虑该掩模台额外引入的弹射力，设计了适用于永磁弹射掩模台的运动控制器。该控制器包括前馈和反馈两个控制器。对于反馈控制器，克服加减速段（弹射力作用区）和匀速段对于高低增益不同诉求的局限，设计了非线性的变增益反馈控制器。分别设计了该变增益反馈控制器所包含的线性反馈环节和变增益环节，并给出稳定性证明。

5、对于前馈控制器，基于弹射力作为台体驱动的这一特征，提出了一种前馈力切换的加速度前馈控制器。分别设计了该切换前馈控制器所包含的加速度前馈环节和基于弹射力分布的切换环节。最后，进行数值仿真与实验验证。数值仿真部分针对前述轨迹规划和运动控制算法进行了全面验证；实验部分则基于一台永磁弹射掩模台样机，综合运用前述轨迹规划和运动控制方法，最终实现掩模台较高精度的运动。关键词：永磁弹射掩模台，轨迹规划，运动控制IABSTRACTABSTRACTStageisthekeypartsoflithography,it’smovementperformancedire

6、ctlyaffectsthefinalperformanceofthelithography.Followthedevelopmenttrendofhighspeed,highspeed,highprecisionofstage,thisresearchputforwardtheconceptofthestructureofthePermanentMagnetCatapuitedStageintheprophasestudy.Basedontheconceptofthisnewstructure,thetrajectoryplanningandm

7、otioncontroltechnologyistheessentialandkeytechnologyforachievingindustrialapplication.ThereforeThisarticlewillputforwardaPermanentMagnetCatapuitedStageastheresearchobject,andstudyitstrajectoryplanningandmotioncontroltoachieveitstheultimateapplication.First,themechanicalstruct

8、ureandcontrolhardwareplatformofPermanentMagnetCatapuitedStageisgiven