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洛伦兹平面电机解耦控制与参数校准

中国电机工程学报 2012年第21期32卷 112-118页

作者：滕伟柳亦兵武鑫穆海华华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市昌平区102206 清华大学精密仪器与机械学系北京市海淀区100084

解耦控制策略与控制参数校准技术是实现洛伦兹平面电机超精密运动控制的关键。在已有的动力学模型的基础上,采用基于模型逆变换的方法构建洛伦兹平面电机三自由度运动控制结构,实现解耦控制。为进一步提高解耦控制精度,对运动系统中的... 详细信息

解耦控制策略与控制参数校准技术是实现洛伦兹平面电机超精密运动控制的关键。在已有的动力学模型的基础上,采用基于模型逆变换的方法构建洛伦兹平面电机三自由度运动控制结构,实现解耦控制。为进一步提高解耦控制精度,对运动系统中的不确定因素进行分析,通过校准解耦控制参数补偿不确定因素对精度的影响。提出了基于实测数据的最小二乘算法,对解耦控制中的位置相关解耦矩阵进行校准,并改进已有校准算法,对力相关解耦矩阵进行动态验证。实测结果证明了所提方法的有效性与可行性,该方法已成功应用于工程实践。

关键词：洛伦兹平面电机解耦控制参数校准最小二乘算法

一种用于伺服运动系统的节能梯形轨迹快速生成算法

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机械工程学报 2018年第7期54卷 152-159页

作者：陈涵穆海华朱煜清华大学摩擦学国家重点实验室清华大学机械工程系清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室

节能轨迹可有效减小伺服运动系统耗能与发热。针对现有节能轨迹生成算法复杂及难以用于实时工业控制的问题,提出一种被广泛应用于工业实际的梯形轨迹的节能快速生成算法。考虑调整梯形轨迹加速度、速度参数可改变轨迹形状,以梯形轨迹的... 详细信息

节能轨迹可有效减小伺服运动系统耗能与发热。针对现有节能轨迹生成算法复杂及难以用于实时工业控制的问题,提出一种被广泛应用于工业实际的梯形轨迹的节能快速生成算法。考虑调整梯形轨迹加速度、速度参数可改变轨迹形状,以梯形轨迹的加速度、速度为参数,建立以节能为目标的梯形轨迹参数优化问题,该问题属非线性约束优化问题;将原非线性约束优化问题转化为具有拟凸性质的等效优化问题,并提出基于牛顿法的快速求解算法;对所提方法进行仿真与试验,验证其有效性,结果表明所提方法相较现有方法节能效果相近,但计算更为快速,能满足实时工业应用要求。

关键词：伺服运动系统梯形轨迹节能快速生成

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光刻机工作台超精密运动与同步控制

机械工程学报 2011年第11期47卷 185-190页

作者：滕伟柳亦兵穆海华华北电力大学机电工程研究所北京102206 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

以同步扫描的运动性能为目标,研究针对步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动与同步控制策略。结合工作台的结构特点,提出一种粗、微复合运动控制方法,即:微动台纳米级微动,粗动台微米级跟随运动;以硅片台、掩模台的三阶轨迹规划与轨迹... 详细信息

以同步扫描的运动性能为目标,研究针对步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动与同步控制策略。结合工作台的结构特点,提出一种粗、微复合运动控制方法,即:微动台纳米级微动,粗动台微米级跟随运动;以硅片台、掩模台的三阶轨迹规划与轨迹重叠为基础,进行扫描过程中的同步状态规划;为实现纳米级的同步运动精度,进行硅片台与掩模台的动态特性比较,在此基础上提出工作台交叉反馈的同步控制策略,使掩模台实时跟踪硅片台的运动趋势,并设计同步误差模型进行运动性能评估。该方法已在100 nm步进扫描投影光刻机中得到实际应用,并取得良好效果。

关键词：工作台运动控制同步状态同步控制

洛仑兹电机运动控制耦合机理分析及动力学建模

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中国电机工程学报 2009年第15期29卷 95-100页

作者：穆海华周云飞周艳红数字制造装备与技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北省武汉市430074

长行程永磁直线电机粗动与短行程洛仑兹电机微动构成的复合运动可满足工作台的纳米级定位精度和跟踪精度要求,其中微动台是工作台纳米精度实现的核心,运动控制存在内部干扰耦合。该文分析洛仑兹电机运动控制的内部耦合因素及机理,建立... 详细信息

长行程永磁直线电机粗动与短行程洛仑兹电机微动构成的复合运动可满足工作台的纳米级定位精度和跟踪精度要求,其中微动台是工作台纳米精度实现的核心,运动控制存在内部干扰耦合。该文分析洛仑兹电机运动控制的内部耦合因素及机理,建立耦合机理模型;针对位置相关性耦合与力相关性耦合,分别推导对应的耦合动力学模型,并采用简化原则进行简化;结合耦合机理模型与动力学模型,提出洛仑兹电机运动控制的总动力学模型。实验结果证明了简化模型的可行性和有效性。

关键词：洛仑兹电机耦合机理动力学模型

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光刻机工作台运动控制中的若干关键问题

机械工程学报 2014年第8期50卷 165-173页

作者：滕伟穆海华周云飞华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 清华大学精密仪器与机械学系北京100084 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

100 nm步进扫描投影光刻机是我国攻关研究的主流机型,工作台是实现其超精密性能的核心子系统。光刻机工作台采用粗、微复合的运动结构,其同步最大运动平均误差(<5 nm)和同步最大运动标准偏差(<12 nm)等性能指标对运动控制系统提出严苛... 详细信息

100 nm步进扫描投影光刻机是我国攻关研究的主流机型,工作台是实现其超精密性能的核心子系统。光刻机工作台采用粗、微复合的运动结构,其同步最大运动平均误差(<5 nm)和同步最大运动标准偏差(<12 nm)等性能指标对运动控制系统提出严苛要求。分析硅片台与掩模台的结构特点,提出了运动控制系统中保证精度实现的组成单元,分别论述轨迹规划、测量系统、控制策略单元等的工作机理与实现特点;为进一步提高运动控制精度,分析工作台可能受到的扰动因素,提出相应的补偿控制策略,探讨运动控制中各环节的参数校准策略。综合论述步进扫描投影型光刻机工作台运动控制中的关键问题,并提出相应的实现与解决方法,可为实际光刻设备超高精度的实现提供指导。

关键词：工作台运动控制关键问题精度实现

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光刻机步进扫描运动轨迹重叠规划算法

机械工程学报 2010年第7期46卷 122-127页

作者：穆海华周云飞周艳红华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

研究一种步进扫描投影光刻机的步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。根据给定的系统动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限为目标,建立步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的约束基准。依据该基准,分析步进运动与扫描运动轨迹重... 详细信息

研究一种步进扫描投影光刻机的步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。根据给定的系统动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限为目标,建立步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的约束基准。依据该基准,分析步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的各种可能情形,推导在最大程度上缩短运动执行时间的轨迹拐点调整计算公式。以此为基础,提出步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。通过仿真计算验证算法的正确性与有效性。实际应用证明该算法能在保证运动精度基础上,极大地提高生产率。该算法已被100 nm步进扫描投影光刻机工作台超精密运动控制系统所采用。

关键词：步进扫描运动约束基准轨迹规划重叠

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步进扫描光刻机扫描运动轨迹规划及误差控制

机械工程学报 2010年第2期46卷 166-171页

作者：穆海华周云飞周艳红华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补... 详细信息

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差,结合内部整数积分策略,提出扫描运动轨迹规划加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外,为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置误差,提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100nm步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。

关键词：扫描运动轨迹规划精度控制离散积分

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直线电机齿槽推力波动的标定与补偿方法

电机与控制学报 2009年第5期13卷 721-727页

作者：穆海华周云飞温新周艳红华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

为减小直线电机齿槽推力波动对运动性能的影响,依据齿槽推力波动固有特性,提出基于PID位置控制的齿槽推力波动标定方法及其位置函数构造方法。采用线性插值计算方法建立齿槽推力波动的前馈补偿控制模型,并给出齿槽推力波动的标定结果,... 详细信息

为减小直线电机齿槽推力波动对运动性能的影响,依据齿槽推力波动固有特性,提出基于PID位置控制的齿槽推力波动标定方法及其位置函数构造方法。采用线性插值计算方法建立齿槽推力波动的前馈补偿控制模型,并给出齿槽推力波动的标定结果,对比齿槽推力前馈补偿前后的位置跟踪误差。实验获得的齿槽推力波动幅值为±12 N,前馈补偿前后的位置跟踪误差分别为±48μm和±10μm。实际结果表明采用所提方法可提高电机的运动精度和性能。

关键词：直线电机齿槽推力标定前馈补偿插值

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超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

机械工程学报 2008年第1期44卷 126-132页

作者：穆海华周云飞严思杰韩爱国华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心武汉430074

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略。在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度—加速度基准、位移—加速度基准和位移—速度基准,依据该基准与系统约束,提出一... 详细信息

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略。在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度—加速度基准、位移—加速度基准和位移—速度基准,依据该基准与系统约束,提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法,并给出时间优化的轨迹规划算法。考虑算法离散实现时的精度损失,提出一种轨迹规划内部整数积分策略,避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败。此外,提出一种基于位置修正因子的补偿方法,克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差。实例证明提出算法的有效性和可靠性。该算法已成功应用于半导体加工装备研发中。

关键词：点对点运动轨迹规划约束基准精度控制