一種永磁彈射掩模臺(tái)的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、掩模臺(tái)是光刻機(jī)的關(guān)鍵子部件，其運(yùn)動(dòng)性能直接影響最終光刻工藝的性能。遵循掩模臺(tái)高速、高加速、高精度的發(fā)展趨勢(shì)，本課題組在前期研究中提出了永磁彈射掩模臺(tái)的結(jié)構(gòu)概念。基于此新結(jié)構(gòu)概念，與之適配的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是該掩模臺(tái)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(tái)為對(duì)象，研究其軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)此構(gòu)型掩模臺(tái)的最終應(yīng)用。
　　首先，給出永磁彈射掩模臺(tái)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制硬件平臺(tái)構(gòu)成。

2、針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中與傳統(tǒng)掩模臺(tái)有巨大差別的永磁彈射驅(qū)動(dòng)單元與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，給出了它們的結(jié)構(gòu)特征和物理模型；說(shuō)明了控制硬件平臺(tái)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(dòng)的過(guò)程。
　　其次，利用永磁彈射掩模臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性，提出了適用于永磁彈射掩模臺(tái)的軌跡規(guī)劃方法。根據(jù)是否存在永磁彈射力把運(yùn)動(dòng)區(qū)間劃分為非彈射區(qū)和彈射區(qū)，分別規(guī)劃運(yùn)動(dòng)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(guò)計(jì)算速度和位移的臨界條件，以及關(guān)鍵時(shí)間變

3、量和時(shí)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(tái)出入彈射區(qū)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡的對(duì)稱性為約束條件，并考慮工程上可能出現(xiàn)的彈射時(shí)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(shí)獲得對(duì)象動(dòng)力學(xué)模型，并考慮該掩模臺(tái)額外引入的彈射力，設(shè)計(jì)了適用于永磁彈射掩模臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制器。該控制器包括前饋和反饋兩個(gè)控制器。對(duì)于反饋控制器，克服加減速段（彈射力作用區(qū)）和勻速段對(duì)于高低增益不同訴求的局限

4、，設(shè)計(jì)了非線性的變?cè)鲆娣答伩刂破?。分別設(shè)計(jì)了該變?cè)鲆娣答伩刂破魉木€性反饋環(huán)節(jié)和變?cè)鲆姝h(huán)節(jié)，并給出穩(wěn)定性證明。對(duì)于前饋控制器，基于彈射力作為臺(tái)體驅(qū)動(dòng)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(jì)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(duì)前述軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制算法進(jìn)行了全面驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)部分則基于一臺(tái)永磁彈射掩模臺(tái)樣機(jī)，綜合運(yùn)用前述軌跡規(guī)劃和