一種永磁彈射掩模臺的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動控制研究.pdf

1、掩模臺是光刻機(jī)的關(guān)鍵子部件，其運(yùn)動性能直接影響最終光刻工藝的性能。遵循掩模臺高速、高加速、高精度的發(fā)展趨勢，本課題組在前期研究中提出了永磁彈射掩模臺的結(jié)構(gòu)概念?；诖诵陆Y(jié)構(gòu)概念，與之適配的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動控制技術(shù)是該掩模臺走向工業(yè)應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。為此，本論文將以課題組提出的這種永磁彈射掩模臺為對象，研究其軌跡規(guī)劃和運(yùn)動控制技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)此構(gòu)型掩模臺的最終應(yīng)用。
　　首先，給出永磁彈射掩模臺系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制硬件平臺構(gòu)成。

2、針對機(jī)械結(jié)構(gòu)中與傳統(tǒng)掩模臺有巨大差別的永磁彈射驅(qū)動單元與電機(jī)驅(qū)動單元，給出了它們的結(jié)構(gòu)特征和物理模型；說明了控制硬件平臺中各總線、各控制系統(tǒng)板卡的安裝位置和功能，以及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的過程。
　　其次，利用永磁彈射掩模臺的運(yùn)動特性，提出了適用于永磁彈射掩模臺的軌跡規(guī)劃方法。根據(jù)是否存在永磁彈射力把運(yùn)動區(qū)間劃分為非彈射區(qū)和彈射區(qū)，分別規(guī)劃運(yùn)動軌跡。非彈射區(qū)軌跡規(guī)劃結(jié)合了S形軌跡規(guī)劃的特點(diǎn)，通過計算速度和位移的臨界條件，以及關(guān)鍵時間變

3、量和時間切換點(diǎn)，得到分段的加速度、速度、位移軌跡函數(shù)。彈射區(qū)軌跡規(guī)劃采用多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)，以掩模臺出入彈射區(qū)的狀態(tài)和運(yùn)動軌跡的對稱性為約束條件，并考慮工程上可能出現(xiàn)的彈射時間固定和不固定兩種情況，優(yōu)化求解多項(xiàng)式軌跡參數(shù)。
　　接著，辨識獲得對象動力學(xué)模型，并考慮該掩模臺額外引入的彈射力，設(shè)計了適用于永磁彈射掩模臺的運(yùn)動控制器。該控制器包括前饋和反饋兩個控制器。對于反饋控制器，克服加減速段（彈射力作用區(qū)）和勻速段對于高低增益不同訴求的局限

4、，設(shè)計了非線性的變增益反饋控制器。分別設(shè)計了該變增益反饋控制器所包含的線性反饋環(huán)節(jié)和變增益環(huán)節(jié)，并給出穩(wěn)定性證明。對于前饋控制器，基于彈射力作為臺體驅(qū)動的這一特征，提出了一種前饋力切換的加速度前饋控制器。分別設(shè)計了該切換前饋控制器所包含的加速度前饋環(huán)節(jié)和基于彈射力分布的切換環(huán)節(jié)。
　　最后，進(jìn)行數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。數(shù)值仿真部分針對前述軌跡規(guī)劃和運(yùn)動控制算法進(jìn)行了全面驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)部分則基于一臺永磁彈射掩模臺樣機(jī)，綜合運(yùn)用前述軌跡規(guī)劃和