超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模型辨識(shí)研究.pdf

1、光刻機(jī)是一個(gè)涉及精密機(jī)械、精密控制、精密測量等多學(xué)科的機(jī)電一體化的高端精密制造裝備，其發(fā)展受到光學(xué)性能、電機(jī)性能、測量分辨率、機(jī)械加工能力、控制系統(tǒng)性能等各種條件的制約，設(shè)計(jì)能夠保證光刻機(jī)高速高精度的控制器是提升光刻機(jī)性能的關(guān)鍵。
　　掩膜臺(tái)和硅片臺(tái)作為光刻機(jī)的核心部分，都采用宏微雙臺(tái)氣浮結(jié)構(gòu)。永磁直線電機(jī)和音圈電機(jī)分別為宏微臺(tái)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。為了優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證先進(jìn)控制方法，需要利用系統(tǒng)辨識(shí)的方法獲得含有諧振特

2、性的超精密平臺(tái)模型。
　　本文分析了精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，并建立了直線電機(jī)和音圈電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而建立了單自由度宏微耦合運(yùn)動(dòng)模型和六自由度力學(xué)模型，能夠反映多個(gè)電機(jī)共同作用下的運(yùn)動(dòng)特性。理論模型的建立為模型辨識(shí)奠定了基礎(chǔ)。
　　數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理是系統(tǒng)辨識(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)、下位機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡模塊進(jìn)行了定制。在此基礎(chǔ)上做了掃頻實(shí)驗(yàn)，并引入數(shù)據(jù)插值和濾波方法解決了數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)的粗大誤差等問題。又采用相關(guān)分

3、析法計(jì)算輸出信號(hào)的幅值和相對(duì)于輸入信號(hào)的相位差，繪制出微動(dòng)臺(tái)和宏動(dòng)臺(tái)的開環(huán)頻率特性Bode圖。
　　采用自適應(yīng)實(shí)數(shù)編碼遺傳算法辨識(shí)出宏微耦合運(yùn)動(dòng)理論模型的未知參數(shù)。考慮到機(jī)械諧振會(huì)對(duì)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大擾動(dòng)，建立了機(jī)械諧振模型，同時(shí)基于遞階辨識(shí)原理，得到機(jī)械諧振模型中的未知參數(shù)。設(shè)計(jì)陷波器抑制系統(tǒng)的機(jī)械諧振，大幅提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
　　精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模型的有效性已被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這將給光刻機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來極大的方