双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究.pdf

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1、·控制与检测·组合机床与自动化加工技术文章编号：lOOl一2265(2010)09—0030—04双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究术赵冶，朱煜，杨开明，潘尚峰(清华大学摩擦学国家重点实验室，北京100084)摘要：针对具有非对称结构的直线电机驱动精密XY运动平台，为提高l，向双边同步运动控制性能，采用解耦补偿器和输出变换矩阵的方法获得了精密XY运动平台y向解耦控制，并采用相对增益矩阵(RGA)定量分析了解耦性能。同时考虑到轴位置变化，将解耦补偿器和输出变换矩阵设计成与轴滑块位置参数相关的，从而实现参数变化解耦控制。运动平台控制仿真结果表明，该控制策略实现

2、了两变量平动和转动的解耦控制，可以较好地完成双边同步控制。关键词：双边驱动；精密XY运动平台；解耦控制；参数变化系统中图分类号：TH122文献标识码：ADecouplingControlofanH-driveprecisionXYStageZHAOYe，ZHUYu，YANGKai—ming，PANShang—feng(TheStateKeyLaboratoryofTribology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：InordertogetexcellentsynchrOnizationformo

3、tioncontroloftheH-driveprecisionXYstagewithasymmetricstructuredrivenbylinearmotors，decouplingcontroloftheH-driveprecisionXYstagewasdesignedbydecouplingcompensatorandoutputtransformationmatrix．Relativegainarray(RGA)wasusedtomeasuretheinteractions．Besides，thedecouplingcompensatorando

4、utputtransformationmatrixmustbeparameter-varyingwithpositionofx-slide．Theresultofthesimulationshowsthatthedecou-plingcontrolstructurecanacquiregoodtrackingpropertyandeffectivelyrestraintheforcedisturbanceoftheH-drive．Keywords：H-drive；precisionXYstage；decouplingcontrol；parameter—var

5、yingsystem5]采用自适应控制策略来协调双电机运动达到提高O引言同步精度的目的文献[6—7]对由旋转电机+滚珠随着半导体产业的高速发展，Ic芯片集成度越丝杠组成的具有强机械耦合对称平台同步运动控制来越高，对其专用设备——光刻机的要求越来越高。进行了研究。文献[8]对直线电机与横梁通过铰链高性能精密运动平台作为光刻机的核心技术之一，链接的双边同步控制采用分别独立控制的方式，而其运动精度直接影响光刻机的分辨率、速度和加速没有考虑负载位置变化对系统模型的影响。文献度，从而直接影响光刻机的生产效率。。特别是硅[9]采用理想解耦控制策略对双电机运动解耦，并将片

6、加工尺寸越来越大，不仅要求高定位精度、高轨迹对解耦后的SISO系统进行自适应控制设计，但该解跟踪精度和高响应速度，同时要求具有长行程、大驱耦策略对于耦合较大时难以实现，且自适应控制算·动力和高负载的能力。法相对复杂。双边驱动是指用两个电机驱动完成一个方向的本文在分析了非对称结构精密XY运动平台模型运动，通常称作H—drive结构，双边驱动结构具有行的基础上，提出了采用解耦补偿器和输出变换矩阵的程大、驱动力大、负载高、带宽高等优点，但是此类平方式实现了双边驱动解耦成SISO(SingleInputSingle台的挑战是需要完成高精度同步控制。目前已有多Outp

7、ut)系统控制，同时考虑到轴滑块位置参数变种控制方法用于解决双电机同步控制问题。文献[4—化，解耦补偿器和输出变换矩阵设计成与轴滑块位收稿日期：2010—03—25基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目课题资助(2009CB724205)作者简介：赵冶(1985一)，男，清华大学硕士研究生，主要研究方向为精密运动平台建模与控制；通讯作者：杨开明(1970一)，男，清华大学讲师，博士，主要研究方向为运动控制技术，(E—mail)yangkm@mail．tsinghua．edu．cn2010年第9期·控制与检测·置参数相关，并仿真分析了该解耦控制策

8、略。1双边驱动结构与耦合分析精密XY运动平台如图1所