晶圆清洗机无刷电机及其控制策略研究

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1、湖北工业大学硕士学位论文摘要晶圆清洗作业对无尘工作环境和清洗设备都有很高的要求。目前晶圆清洗机采用直流伺服电动机作为驱动电机，但碳刷的磨损给无尘工作环境带来了污染，增加了维护成本。稀土永磁无刷直流电动机取消了碳刷和换向器，可靠性高，免维护，高效率，是有刷直流电动机的理想替代电机。项目研究内容包括四个方面。首先，对集中绕组无刷电机相关理论问题进行研究，如分析表贴式无刷电机转子磁钢宽度与气隙磁密波形的关系，无刷电机无位置传感器检测位置方法—电感法，在此基础上试制出晶圆清洗机中空轴无刷电机；其次，在研究所已开发的通用无刷电机控制器基础上，设计并制作用于晶圆清洗机无刷电机控制

2、器；再次，对晶圆清洗机无刷电机控制策略进行研究，然后进行软件开发和现场调试与试验；最后对方波无刷电机全速范围内的转矩脉动抑制进行研究，提出了低速、中速和高速的控制策略，然后软件设计和进行调试与试验。论文分为六章。第1章综述了晶圆清洗机驱动电机、无刷电机控制器以及其控制策略的发展现状，根据晶圆清洗机的生产工艺过程，介绍了对无刷电机驱动控制的要求；第2章分析了表贴式无刷电机转子磁钢宽度与气隙磁密波形的关系，研究了无刷电机无位置传感器检测位置方法—电感法，最后讨论了晶圆清洗机无刷电机的设计和工艺问题；第3章研究了基于DSP2407和三菱IPM的无刷电机控制器，介绍了整个控制

3、器的硬件构成，详细说明了各个模块的功能及实现方法，给出了设计过程中出现的问题和解决办法；第4章对晶圆清洗机的控制策略进行了研究，选择改进的双闭环控制策略，然后进行了该控制策略的软件设计，最后进行了仿真和现场试验；第5章对方波无刷电机全速范围内的转矩脉动抑制进行研究，提出低、中和高速相应控制策略，然后进行该控制策略的软件设计与现场调试与试验，给出了试验结果；第6章全文总结。关键词：晶圆清洗机；无刷电机；控制策略；转矩脉动；试验I湖北工业大学硕士学位论文AbstractWafercleaningmachinehavehighdemandsonthedust-freewor

4、kingenvironmentandcleaningequipment.Currently，wafercleaningmachinearedrivedbyDCservomotor,butwearingandtearingofthecarbonbrushhaspollutedtothedust-freeworkingenvironment,increasingthecostofmaintenance.Rare-earthpermanentmagnetbrushlessDCmotor,whichtakestheplaceofcarbonbrushandcommutator

5、,hashighreliability,maintenance-free,andhighefficiency.ItisaperfectsubstituteofbrushDCmotor.Theworkofprojectincludesfouraspects.A)TheconcentratedwindingbrushlessDCmotorsareresearchedsuchastherelationshipbetweenthewidthofsurface-mountbrushlessmotorrotormagnetandtheair-gapfluxdensitywave,

6、andinductivemethod,whichisamethodthatthebrushlessmotorwithoutpositionsensordetectsthelocationofrotor;thenthehollow-shaftbrushlessDCmotorofwafercleaningmachineistrial-manufactured.B)ThecontrollerofBLDCmotorwillbedeveloped.C)ThecontrolstrategiesandtheimprovingdPIDcontrolstrategyofbrushles

7、sDCmotorarestudied,thenthesoftwareisdeveloped，simulinkedandtested.D)Thecontrolstrategiesoftorquerippleofsquare-wavebrushlessDCmotorwithinthewholescopeofspeed,includinglow-speed,mediumspeedandhigh-speed,arestudied,andthesoftwareisdevlopedanddebugged.Thispaperisdividedintosixchap