光刻机工件台宏微电机的非线性复合控制-哈尔滨工程大学学报.pdf

第３６卷第 １２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．３６ №．１２ ２０１５年１２月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｄｅｃ．２０１５ 光刻机工件台宏微电机的非线性复合控制 孙永倩 ，陈德运 ，刘川１ １ ２ （１．哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 １５００８０；２．哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 １５０００１） 摘　 要：针对光刻机工件台长行程直线电机宏动和平面电机高精密微动的耦合运动特点，提出一种宏动跟踪微动的变增 益非线性复合控制方法，实现系统高动态纳米级精度的跟踪定位。 宏动长行程直线电机采用零相位跟踪前馈控制和双 环控制，实现系统无静差跟踪加速度指令；利用扩张状态观测器观测宏动系统的动态变化，补偿系统中的耦合推力和其 他扰动；微动平面电机采用变增益非线性控制，根据系统误差幅值的大小，动态的改变控制器增益，以大增益抑制系统加 减速时的低频大幅值误差，以小增益避免系统匀速运动时高频噪声的引入。 实现系统稳定时间小于３０ｍｓ，跟踪误差小于 ２０ ｎｍ的跟踪，实验结果表明：该方法可改善系统的动态性能和抗干扰能力，减小系统稳定时间，提高系统的跟踪精度。 关键词：光刻机；直线电机；平面电机；推力耦合；非线性复合控制 ｄｏｉ：１０．１１９９０／ ｊｈｅｕ．２０１４０７０７５ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．Ｕ１７０８．０１４．ｈｔｍｌ 中图分类号：Ｖ４４８．２　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）１２⁃１６２０⁃０６ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｍａｃｒｏ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｆｅｒ ｓｔａｇｅ ＳＵＮ Ｙｏｎｇｑｉａｎ ，ＣＨＥＮ Ｄｅｙｕｎ ，ＬＩＵ Ｃｈｕａｎ１ １ ２ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｍ⁃ｌｅｖｅｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍａｃｒｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｎｇ ｓｔｒｏｋｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｉｃｒｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｌａｎａｒ ｍｏｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｆｅｒ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ａ ｖａｒｉａｂｌｅ⁃ｇａｉｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｍａｃｒｏ⁃ｍｏｔｉｏｎｔｒａｃｋｓｔｈｅｍｉｃｒｏ⁃ｍｏｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｃｒｏｍｏｖｅｍｅｎｔ ｌｏｎｇ ｓｔｒｏｋｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｕｓｅｓ ａ ｄｏｕｂｌｅ⁃ｌｏｏｐ ｄｉｒｅｃｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｅｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｓｔａｔｉｃ ｅｒｒｏｒ ｗｈｅｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ． Ａｎ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ （ＥＳＯ） ｏｂｓｅｒｖｅｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓ ｆｏｒ ｃｏｕ⁃ ｐｌｉｎｇ ｔｈｒｕｓｔａｎｄｏｔｈｅｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｍａｃｒｏｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｍｏｖｅｍｅｎｔｐｌａｎａｒｍｏｔｏｒｕｓｅｓａｖａｒｉａｂｌｅ⁃ｇａｉｎｎｏｎ⁃ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｇａｉｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅ