纳米精度运动台电机伺服参数校准方法研究.pdf

《纳米精度运动台电机伺服参数校准方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第29卷第21期中国电机工程学报Vol.29No.21Jul.25,20092009年7月25日ProceedingsoftheCSEE©2009Chin.Soc.forElec.Eng.87文章编号：0258-8013(2009)21-0087-06中图分类号：TM359文献标志码：A学科分类号：470⋅40纳米精度运动台电机伺服参数校准方法研究李小平，李志科，陈学东，段正澄(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北省武汉市430074)CalibrationMethodforMotorServoParametersofNano-precisionMoti

2、onStageLIXiao-ping,LIZhi-ke,CHENXue-dong,DUANZheng-cheng(StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipment&Technology(HuazhongUniversityofScienceandTechnology),Wuhan430074,HubeiProvince,China)ABSTRACT:Thenano-precisionwaferstagewith密数控机床、高精密光学加工与检测等设备中得到multi-degree-of-freedomisaffected

3、directlybymotorforce了广泛应用，其运动精度直接影响这些设备的整机constantsandthegainbalancematrixwhichneedstobe[1-3]性能。运动台的运动精度不仅与其控制模型和算calibratedperiodically.Theactualmotorloadisnotequalto法直接相关，还受模型和算法中的参数精度影响。thetheoreticalmotorloadanditchangeswithtime,soit电机伺服参数是模型和算法参数中的关键参数，通reducestheperformanceofthewa

4、ferstagetousetheoretical[4-10]motorloaddirectly.Inordertoperformthemotorforce常直接采用离线测量值或设计值，但对于纳米constantcalibration,theactualmotorloadiscalculated精度运动台，这些参数计算的精度不高会直接导致accordingtothetransferfunctionderivedfromthe运动台的精度下降，甚至无法达到精度要求[11-12]；mathematicalmodelofthewaferstageandtherelations

5、hip此外，电机的伺服参数会随时间发生变化，并且实betweenthemotorloadandthemotorforceconstantis际电机负载阻力和机械制造安装会引起的平面电determined.Coefficientsareintroducedtodescribethe机各轴之间的串扰，对纳米精度运动台而言也是不crosstalkbetweendifferentaxesandanewcalculationmethod[13-16]forgainbalancematrixisalsoproposed.Thiscalibration能忽略的。因此，电机伺服参数的

6、校准是纳米methodisverifiedbyanexperimentandthewaferstage精度运动台的重要研究内容。本文以投影光刻机的achievespositioningaccuracyof10nm.6自由度工件台为研究对象，重点研究其水平向电KEYWORDS:forceconstant;gainbalancematrix;planar机力常数和增益平衡矩阵的校准方法。motor;waferstage1工件台的电机结构与控制摘要：多自由度纳米精度工件台的精度直接受电机力常数和增益平衡矩阵的影响，需要进行周期性测试。因实际电机负光刻机工件台承载硅片进行曝光

7、和上下片，需[17-18]载与理论计算负载有差异且随时间发生改变，导致其电机力要大行程和高精度，工件台的结构示意图如常数变化，直接采用理论计算负载会降低工件台精度。采用图1所示。该工件台采用长行程直线电机和短行程传递函数计算电机实际负载，建立电机负载与电机力常数间平面电机复合驱动的方式，长行程直线电机驱动工的关系，实现了电机力常数的校准。引入串扰系数描述不同件台在水平X、Y向大范围运动，短行程平面电机电机轴间的串扰，并提出了增益平衡矩阵的详细计算方法。[3,19-21]驱动工件台在水平X、Y和Rz向小范围运动。实验验证了该方法的正确性，并实现了工件台