一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法

摘要

一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法，该方法采用绝对光栅尺分别获得平衡块相对于基台的y向相对位移信号和粗动台相对于平衡块的y向相对位移信号；再由位移信号计算得到平衡块与粗动台合质心位移信号，将其作为反馈信号，对平衡块进行非线性变增益防漂移控制，从而使得合质心位置保持不变。本发明能够有效消除粗动台直线电机反作用力对基台的影响，所提出的合质心防漂移运动控制方法既能保证平衡块在粗动台直线电机运动过程中不产生超过极限范围的漂移，又能够避免将较大的反作用力传递至基台上。

主权项

一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法，所述掩模台包含一个基台(1)、一个沿y方向自由度运动的平衡块(2)、一个微动台(3)和对称布置在微动台两侧的粗动台(4)、测量单元、防漂移驱动单元和控制单元；所述平衡块(2)下表面通过第一气浮轴承(8)与基台(1)连接，平衡块(2)上表面通过第二气浮轴承(7)与粗动台动子连接；粗动台和微动台采用无接触式粗精叠层结构连接；所述防漂移驱动单元包括：沿y向布置的第一防漂移直线电机(9a)和第二防漂移直线电机(9b)；所述控制单元含有控制程序的工控机、光栅计数卡和D/A卡和驱动器，其特征在于该方法包括如下步骤：1)在伺服周期开始，设定平衡块和粗动台合质心位移为零，在平衡块两侧分别布置第一平衡块绝对光栅尺(5a)和第二平衡块绝对光栅尺(5b)，采用光栅计数卡分别采集第一平衡块绝对光栅尺(5a)和第二平衡块绝对光栅尺(5b)的信号，算数平均得到平衡块相对于基台的y向相对位移信号y_b；2)在沿粗动台运动的平衡块内侧布置第一粗动台绝对光栅尺(6a)和第二粗动台绝对光栅尺(6b)；采用光栅计数卡分别采集第一粗动台绝对光栅尺(6a)和第二粗动台绝对光栅尺(6b)的信号，算数平均得到粗动台相对于平衡块的y向相对位移信号y_r；3)由位移信号y_b和y_r计算得到平衡块与粗动台合质心位移y_cog，计算表达式为：$y_{cog}=\frac{m_b{y}_b+m_c{y}_c}{m_b+m_c}$其中y_cog为合质心位移，y_b为平衡块质心位移，y_c＝y_b+y_r为粗动台质心位移，m_c为粗动台动子质量，m_b为粗动台直线电机定子、平衡块与导轨的质量之和；以(m_b+m_c)y_cog作为反馈的信号，负反馈得到合质心的位移偏差e_cog，表达式为：e_cog＝0‑(m_b+m_c)y_cog4)采用基于非线性刚度的变增益控制算法对合质心的位移偏差e_cog进行处理，其中变增益项φ(e_cog)表达式为：$\phi \left(e_{cog}\right)=a_p+b_p[1-\frac{1}{1+{\left(c_p\right)}^2*0.08*{e_{cog}}^2}]$式中a_p为偏置系数，b_p为放大系数，c_p为上升速率系数，e_cog为合质心的位移偏差；5)将变增益项的输出信号通过平衡块线性控制器处理后，得到防漂移电机的控制指令，通过电流分配解耦，该控制指令由D/A卡进行数模转换后输入至驱动器，驱动器成比例地输出电流驱动防漂移电机；6)在下一个伺服周期，重复1)至5)步骤，进而驱动平衡块向设定位置运动。