電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流控制參數(shù)整定算法研究.pdf

1、光刻機(jī)是集成電路加工中最重要的設(shè)備，為提高光刻機(jī)生產(chǎn)效率，需要提高光刻機(jī)工件臺(tái)高速、高加速以及高精度性能；工件臺(tái)采用永磁同步電機(jī)直驅(qū)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為了提高其性能，則需要從電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩方面來(lái)進(jìn)行改進(jìn)；目前已經(jīng)從永磁同步電機(jī)和PWM驅(qū)動(dòng)器的硬件方面做了一些改進(jìn)措施，但只是從硬件方面來(lái)提高工件臺(tái)性能，效果有限，還需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電流控制方面來(lái)提高電機(jī)線圈中電流的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，從而提高工件臺(tái)性能。PWM驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)采用從外到內(nèi)依次為位置環(huán)

2、、速度環(huán)和電流環(huán)的經(jīng)典三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電流環(huán)主要控制驅(qū)動(dòng)器輸出給電機(jī)的電流，而電流環(huán)采用 PID控制器來(lái)進(jìn)行控制，因此為了提高工件臺(tái)性能，需要對(duì)電流環(huán)中電流控制參數(shù)整定算法進(jìn)行研究。
　　傳統(tǒng)的 PID參數(shù)整定算法主要是針對(duì)一些理論指標(biāo)來(lái)進(jìn)行，如最優(yōu)零極點(diǎn)、最小誤差等，這些指標(biāo)沒(méi)有考慮實(shí)際驅(qū)動(dòng)器輸出限幅的情況，因而整定得到的參數(shù)往往在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。本論文的電流控制參數(shù)整定目標(biāo)確定則考慮驅(qū)動(dòng)器實(shí)際輸出限幅的情況，讓驅(qū)動(dòng)

3、器電流環(huán)對(duì)電流指令的響應(yīng)過(guò)程中，電流控制器的理論輸出不超過(guò)限定幅值，讓電機(jī)以最快速度運(yùn)行的情況下，電機(jī)線圈中電流對(duì)最大允許電流的最快響應(yīng)時(shí)間作為電流控制參數(shù)整定目標(biāo)，即讓電機(jī)在極端運(yùn)行情況下，線圈中電流的響應(yīng)速度能達(dá)到目標(biāo)，從而保證電機(jī)無(wú)論處于何種運(yùn)行狀態(tài)下，其線圈中電流的響應(yīng)速度均能達(dá)到目標(biāo)。
　　針對(duì)該目標(biāo)，本論文提出了相應(yīng)的電流控制參數(shù)整定思路。首先通過(guò)對(duì)電流環(huán)進(jìn)行開(kāi)環(huán)模型辨識(shí)，得到電流環(huán)中被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，從而求出電流環(huán)

4、的開(kāi)環(huán)頻率特性，依據(jù)開(kāi)環(huán)頻率指標(biāo)與閉環(huán)穩(wěn)定、響應(yīng)速度性能之間的關(guān)系對(duì)開(kāi)環(huán)頻率特性曲線進(jìn)行調(diào)整，并通過(guò)開(kāi)環(huán)穿越頻率點(diǎn)解算出電流控制器參數(shù)；由于參數(shù)解算過(guò)程中，一些參數(shù)取值通過(guò)估算得到，得到的參數(shù)可能不是最優(yōu)的，因此再通過(guò)遺傳算法在解算得到的參數(shù)鄰域范圍內(nèi)對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，讓最終得到的參數(shù)使電流環(huán)系統(tǒng)性能最優(yōu)。
　　最后搭建直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)用所討論的參數(shù)整定方法對(duì)驅(qū)動(dòng)器電流控制參數(shù)進(jìn)行整定和優(yōu)化，將整定得到的參數(shù)和優(yōu)化后的參