[发明专利]一种抑制直线电机定位力补偿控制器

说明书

技术领域

本发明属于电机补偿控制领域。

背景技术

光刻设备为了保证集成电路芯片的质量和生产效率，要求各个子系统同步运动，实现大行程、高速、高精度的运动。目前，光刻设备的超精密运动平台广泛采用了长行程直线电机作主要的驱动元件。尽管直线电机具有良好的动态性能，可以出色地满足一般伺服设备对控制精度和响应速度的要求，但对超精密运动平台而言，直线电机固有的定位力扰动仍然会对系统的实际性能产生极大的负面影响。在本项目中，根据综合指标，设备采用的是大功率的单边平板铁芯式永磁同步直线电机。由于电机铁芯的存在，该类电机在运动过程中受到的定位力干扰尤为严重。实际测量得到的干扰力在10N数量级，考虑到光刻机工作平台本身的质量，这样的干扰足以引起约50μm级的位置误差扰动，这对于以1μm级控制为目标的光刻机双工件台宏动控制系统而言无疑是极大的挑战。显然，为了实现直线电机的精密运动控制，必须对上述干扰进行补偿控制。

由此可见，研究铁芯式直线电机的定位力扰动的补偿控制，是实际工程中需要切实解决的关键细节问题之一，对我国光刻设备的发展能起到重要的作用。

目前，除了对电机本体结构进行优化设计在一定程度上减小齿槽推力和端部效应的方法外，抑制定位力扰动的方法主要还是集中在于补偿控制技术上。对于大推力的直线电机，传统的控制方法主要还是依靠PI控制和PID控制并在辅以前馈控制器。在此基础上，随着控制方法的不断发展，还衍生出了结合神经网络控制、自适应控制、滑膜控制和基于扰动观察器等诸多的补偿控制方法。在不依赖精确力矩波动模型的情况下，将RBF神经网络与PID控制策略结合，基于神经网络自身具备的学习能力对力矩扰动和参数摄动进行实时学习，整定PID控制参数。该方法在一定程度上克服了PID在高速高精度控制效果时难以调节的不足，提高了PID控制性能。但是现有方法还存在利用扰动模型进行补偿控制时，由复杂的数学模型或者冗杂的建模数据带来的系统开销，且非线性的直线电机推力波动补偿控制复杂，控制周期长且反应速度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的补偿控制器结构复杂且控制周期长反应速度慢的问题，本发明提供一种抑制直线电机定位力补偿控制器。

本发明的一种抑制直线电机定位力补偿控制器，它包括位置给定模块、定位力扰动模块、延时模块、ILC控制器、8个运算器、第一PID控制器、第二PID控制器、第三PID控制器、斜波响应模块、第一传递函数模块、第二传递函数模块、第三传递函数模块、第四传递函数模块、限带白噪声模块、第一微分模块、第二微分模块、微分变换模块、增益放大器、反馈系数放大器和比例系数放大器；

位置给定模块输出的位置给定信号发送ILC控制器，定位力扰动模块输出的干扰信号发送给延时模块，延时模块输出的干扰信号发送给ILC控制器；

斜波响应模块输出的斜波信号与第二微分模块输出的微分信号经第一运算器相减后输入至

ILC控制器输出的控制信号同时输入至第一PID控制器和工作区1，第一PID控制器输出的控制信号与ILC控制器输出的控制信号通过第二运算器相加，同时通过第二运算器再与第一微分模块输出的微分信号相减后输入至第二PID控制器，第二PID控制器输出的控制信号与第七运算器输出的信号经第三运算器相减后输入至第一传递函数模块，第一传递函数模块输出的信号发送至第三传递函数模块，同时所述第一传递函数模块输出的信号与第三PID控制器输出的控制信号经第四运算器相减后输入至增益放大器，增益放大器输出的放大信号与反馈系数放大器输出的放大信号经第五运算器相减后输入至第二传递函数模块，第二传递函数模块输出的信号输入至比例系数放大器，同时所述第二传递函数模块输出的信号与第三传递函数模块输出的信号经第七运算器相减后同时输入至第三运算器和第三PID控制，

比例系数放大器输出的放大信号与第八运算器输出的信号经第六运算器相加后输入至微分变换模块，微分变换模块输出的变换信号同时输入至反馈系数放大器和第二微分模块，第二微分模块输出的微分信号同时输入至第一运算器、第一微分模块和第四传递函数模块，第四传递函数模块输出的信号和限带白噪声模块输出的信号经第八运算器相加后输入至第六运算器。