[发明专利]控制装置、控制方法及位置命令补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于龙门式定位平台的控制装置、控制方法以及位置命令补偿方法。

背景技术

精密机械产业为我国重点发展产业之一，而精密定位技术对整个精密机械产业更有着相当的重要性。精密定位技术是制造产品、测量物体尺寸、运转各种机器的机械工程上的重要技术之一。随着精密工程的不断进步，不论是半导体产业、精密机械工业、生物细胞领域、光电系统、显微机构、表面工程、扫描探针显微镜等方面，皆朝微小化精密化的方向前进，因此对于纳米或微米级的定位系统需求量日增，目前在工业界已经使用很多精密定位的仪器。

一直以来高速度与高精确度都是工具机发展的目标，但应用于不同目的的工具机在不同场合上所需克服的问题也不尽相同，当所需生产的工件越来越大时，工具机的体积也越大，例如近年来LCD大尺寸面板的生产与大型太阳能板的制造等，所以在类似的应用场合中采用龙门式(Gantry)设计架构也越来越多。以往在X-Y平台或是多轴加工机的控制应用中，各轴仅由单组马达所驱动，然而为了符合高加速、高推力和高刚性的需求，龙门式精密运动控制系统采用双平行线性马达共同驱动单轴的平行系统，即具机构耦合的双线性伺服系统便顺势而生。在此架构下，各组马达之间的位置误差，因机构耦合之故，除影响精度外，也可能使耦合机构产生变形，造成受控系统的损坏，甚者危害工作人员的安全。因此确保双平行线性马达的同步运动也成为一相当重要的研究课题。

美国专利公告号US7，531，981、美国专利公告号US5，646，495及中国台湾专利公告号TW200729673公开了有关于双平行线性马达的同步运动补偿。

发明内容

本发明提供一种控制装置，用以确保龙门式定位平台的双平行线性马达的同步运动。

本发明提供一种控制方法，用以确保龙门式定位平台的双平行线性马达的同步运动。

本发明提供一种位置命令补偿方法，用以补偿龙门式定位平台的三轴的位置命令。

本发明提出一种控制装置，适用于一龙门式定位平台。龙门式定位平台具有一对分别沿着一对相互平行的承载轴线延伸的承载滑轨、两端分别耦合于这对承载滑轨且沿着垂直于这对承载轴线的负载轴线延伸的一负载滑轨、耦合于负载滑轨的一负载滑块、用以驱动负载滑轨在这对承载滑轨上移动的一对承载马达、以及用以驱动负载滑块在负载滑轨上移动的一负载马达。控制装置包括下列元件。一正向坐标转换器，依照一动态模型将一位置命令从一第一坐标空间转换到一第二坐标空间以产生一过渡位置命令，其中动态模型依照龙门式定位平台的物理参数来建立。一组位置控制器，将过渡位置命令转换为一过渡速度命令。一第一逆向坐标转换器，依照动态模型将来自这对承载马达及负载马达的一速度反馈转换为一过渡速度反馈，其中过渡速度反馈与过渡速度命令比较以产生一过渡速度误差。一组速度控制器，将过渡速度误差转换为过渡转矩命令。一第二逆向坐标转换器，依照动态模型将过渡转矩命令从第二坐标空间转换到第一坐标空间以产生一转矩命令来驱动这对承载马达及负载马达。

本发明提出一种控制方法，适用于一龙门式定位平台。龙门式定位平台具有一对分别沿着一对相互平行的承载轴线延伸的承载滑轨、两端分别耦合于这对承载滑轨且沿着垂直于这对承载轴线延伸的一负载滑轨、耦合于负载滑轨的一负载滑块、一对用以驱动负载滑轨在这对承载滑轨上移动的承载马达以及用以驱动负载滑块在负载滑轨上移动的一负载马达。控制方法包括下列步骤。依照龙门式定位平台的物理参数建立一动态模型。依照动态模型将一位置命令从一第一坐标空间转换到一第二坐标空间以产生一过渡位置命令。将过渡位置命令转换为过渡速度命令。依照动态模型将来自这对承载马达及负载马达的一速度反馈转换为一过渡速度反馈，其中过渡速度反馈与过渡速度命令比较以产生一过渡速度误差。将过渡速度误差转换为过渡转矩命令。依照动态模型将一过渡转矩命令从第二坐标空间转换到第一坐标空间以产生一转矩命令。依照转矩命令驱动这对承载马达及负载马达。