一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法技术

一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，涉及一种精密运动台解耦控制方法。定义动态解耦控制器并且元素参数化为FIR滤波器形式，将名义解耦控制方法作用到实际系统测量实际位置信号和名义解耦控制器的输出，计算得到虚拟控制量，通过优化指标函数得到动态解耦控制器的待优化系数的估计值，从而实现动态解耦控制。可以有效实现中高频段的解耦，提高解耦精度，并且简化了算法流程，易于工程实现。易于工程实现。易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法


[0001]本专利技术涉及一种精密运动台解耦控制方法，尤其是一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，属于多自由度运动系统控制领域。

技术介绍

[0002]多自由度精密运动台是典型的多自由度运动系统，具有结构复杂、控制难度大的特点，在光刻机的应用中，其运动性能直接决定了所制造芯片的产率和品质。以我国28nm节点浸没式光刻机为例，要求满足纳米级的直线运动精度和微弧度级的旋转运动精度，而要满足如此苛刻的性能指标，除了使用高性能电机、高精度传感器等设备，还必须对使用的控制算法进行深入研究。
[0003]对于光刻机中的精密运动台，其多自由度运动的需求也带来了特有的问题，相对于单自由度运动系统，多自由度运动系统中各自由度之间的串扰成为了影响运动性能最主要的因素。目前多自由度运动系统的控制策略普遍为名义解耦控制方法，基于名义模型，计算得到名义解耦控制器，从而将多自由度被控对象转换为多个单自由度被控对象。但是这样得到的名义解耦控制器不能使系统完全解耦，尤其是在中高频段，会残留相当明显的串扰，从而严重影响最终的运动精度。而为了提高运动精度，需要尽可能地提高解耦精度，鉴于此，本专利技术针对动态解耦方法进行研究，以解决常规名义解耦控制方法解耦不完全的问题。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，它可以有效实现中高频段的解耦，提高解耦精度，并且简化了算法流程，易于工程实现。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，包括以下步骤：
[0006]定义动态解耦控制器K(z)：
[0007][0008]其中，z表示时间前移算子，对于离散信号x(t)，满足zx(t)＝x(t+1)，t为采样时间，n表示运动台自由度个数；
[0009]动态解耦控制器中元素参数化为FIR滤波器形式：
[0010]K
ij
(z)＝θ
ij,0
+θ
ij,1
z
‑1+
…
+θ
ij,m
z
‑
m
＝Ψθ
ij
[0011]其中，m表示动态解耦控制器的阶次，Ψ＝[1,z
‑1,
…
,z
‑
m
]为基函数，θ
ij
＝[θ
ij,0
,θ
ij,1
,
…
,θ
ij,m
]T
∈R
m+1
为待优化系数，R表示实数域；
[0012]将名义解耦控制方法作用到实际系统测量实际位置信号y＝[y1,y2,
…
,y
n
]T
和名义解耦控制器的输出d＝[d1,d2,
…
,d
n
]T
，计算得到虚拟控制量
[0013][0014]其中，M表示期望对角模型，L表示滤波器；
[0015]将虚拟控制量作用到动态解耦控制器K(z)，保证动态解耦控制器的输出等于测量得到的名义解耦控制器的输出d，使动态解耦控制器K(z)能够将实际系统解耦为期望对角模型M的形式；
[0016]定义指标函数：
[0017][0018]其中，N表示采样点个数，d
i
表示名义解耦控制器输出中第i个元素，表示信息向量，表示虚拟控制量中的第j个元素，通过对指标函数的最小化，得到动态解耦控制器的待优化系数的估计值，为简化算法流程，定义以下参数：
[0019]D
i
＝[d
i
(1),d
i
(2),
…
,d
i
(N)]T
[0020][0021][0022]Φ＝[φ(1)
T
,φ(2)
T
,
…
,φ(N)
T
]T
[0023]对指标函数的优化问题分解为n个优化子问题：
[0024][0025]令J
i
＝||D
i
‑
Φτ
i
||2，通过对J
i
,i＝1,2,
…
n进行最小化得到参数τ
i
的估计值
[0026][0027]由此得到动态解耦控制器K(z)中第i行第j列的元素K
ij
(z)的待优化系数θ
ij
的估计值从而实现动态解耦控制。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的动态解耦控制方法使用的动态解耦控制器具有FIR滤波器的形式，可以有效地实现中高频段的解耦，从而提高解耦精度，解决常规名义解耦控制方法解耦不完全的问题，并且不需要知道对象的精确模型，避免了复杂的系统辨识过程，只需要使用可测量得到的实际位置信号和名义解耦控制器的输出
数据就可以完成设计，易于工程实现，减小系统中各自由度之间的串扰影响，提高运动性能。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例中二自由度运动台的系统框图；
[0030]图2是本专利技术实施例中x，y自由度实际位置信号；
[0031]图3是本专利技术实施例中名义解耦控制器的输出信号；
[0032]图4是本专利技术实施例中使用的方波信号；
[0033]图5是本专利技术实施例中x自由度跟踪方波信号时的系统输出；
[0034]图6是本专利技术实施例中y自由度跟踪方波信号时的系统输出。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，包括以下步骤：
[0037]定义动态解耦控制器K(z)：
[0038][0039]其中，z表示时间前移算子，对于离散信号x(t)，满足zx(t)＝x(t+1)，t为采样时间，n表示运动台自由度个数；
[0040]动态解耦控制器中元素参数化为FIR滤波器形式：
[0041]K
ij
(z)＝θ
ij,0
+θ
ij,1
z
‑1+
…
+θ
ij,m
z
‑
m
＝Ψθ
ij
[0042]其中，m表示动态解耦控制器的阶次，Ψ＝[1,z
‑1,
…
,z
‑
m
]为基函数，θ
ij
＝[θ
ij,0
,θ
ij,1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，其特征在于：包括以下步骤：定义动态解耦控制器K(z)：其中，z表示时间前移算子，对于离散信号x(t)，满足zx(t)＝x(t+1)，t为采样时间，n表示运动台自由度个数；动态解耦控制器中元素参数化为FIR滤波器形式：K
ij
(z)＝θ
ij,0
+θ
ij,1
z
‑1+
…
+θ
ij,m
z
‑
m
＝Ψθ
ij
其中，m表示动态解耦控制器的阶次，Ψ＝[1,z
‑1,
…
,z
‑
m
]为基函数，θ
ij
＝[θ
ij,0
,θ
ij,1
,
…
,θ
ij,m
]
T
∈R
m+1
为待优化系数，R表示实数域；将名义解耦控制方法作用到实际系统测量实际位置信号y＝[y1,y2,
…
,y
n
]
T
和名义解耦控制器的输出d＝[d1,d2,
…
,d
n
]
T
，计算得到虚拟控制量，计算得到虚拟控制量其中，M表示期望对角模型，L表示滤波器；将虚拟控制量作用到动态解耦控制器K(z)，保证动态解耦控制器的输出等于测量得到的名义解耦控制器的输出d，使动态解耦控制器K(z)能够将实际系统解耦为期望对角模型M的形式；定义指标函数：其中，N表示采样点个数，d
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋法质，刘杨，刘凯鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：