一種永磁彈射掩模臺的軌跡規(guī)劃和運動控制研究.pdf

1、掩模臺是光刻機的關鍵子部件，其運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構概念?；诖诵陆Y構概念，與之適配的軌跡規(guī)劃和運動控制技術是該掩模臺走向工業(yè)應用的必要環(huán)節(jié)和關鍵技術。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)劃和運動控制技術，以期實現(xiàn)此構型掩模臺的最終應用。
　　首先，給出永磁彈射掩模臺系統(tǒng)的機械結構和控制硬件平臺構成。

2、針對機械結構中與傳統(tǒng)掩模臺有巨大差別的永磁彈射驅動單元與電機驅動單元，給出了它們的結構特征和物理模型；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)實現(xiàn)運動的過程。
　　其次，利用永磁彈射掩模臺的運動特性，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動區(qū)間劃分為非彈射區(qū)和彈射區(qū)，分別規(guī)劃運動軌跡。非彈射區(qū)軌跡規(guī)劃結合了S形軌跡規(guī)劃的特點，通過計算速度和位移的臨界條件，以及關鍵時間變

3、量和時間切換點，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)劃采用多項式結構，以掩模臺出入彈射區(qū)的狀態(tài)和運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)化求解多項式軌跡參數(shù)。
　　接著，辨識獲得對象動力學模型，并考慮該掩模臺額外引入的彈射力，設計了適用于永磁彈射掩模臺的運動控制器。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、，設計了非線性的變增益反饋控制器。分別設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，進行數(shù)值仿真與實驗驗證。數(shù)值仿真部分針對前述軌跡規(guī)劃和運動控制算法進行了全面驗證；實驗部分則基于一臺永磁彈射掩模臺樣機，綜合運用前述軌跡規(guī)劃和