多自由度精密运动平台机械参数软测量方法

发布时间：2017-06-29 04:19

  本文关键词：多自由度精密运动平台机械参数软测量方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为众多精密加工设备的核心部分,多自由度精密运动平台的性能决定了相应产品的指标。为了简化平台结构,多自由度运动平台的执行器和传感器是存在严重耦合的,对其进行运动控制需要对台体进行测量和出力解耦。在解耦模型中,涉及大量的平台机械参数。但平台加工及装配过程中不可避免的存在加工误差及装配误差,如:电机出力中心点位置误差、电机出力方向偏差、平台质心位置误差、传感器测量方向误差等。因此在实际系统中直接应用理论参数会产生解耦误差,从而造成整体系统性能下降。为了实现多自由度精密运动平台的精密伺服控制,解耦模型中的各项参数均需精确获得。但解耦模型中所包含的大量参数均无法通过测量工具直接进行测量,故需要一种间接的软测量方法进行估计。本文以尖端精密运动平台的代表——光刻机掩模台系统作为研究对象,对其驱动机构与测量系统解耦模型中的参数进行软测量研究。首先,本文对研究对象——掩模台系统的结构进行研究,分别从其整体结构、机械系统结构、驱动系统结构、测量系统结构、控制系统结构等几个方面对掩模台系统进行了研究分析,为后续工作打下基础。其次,本文对软测量所需算法进行研究,通过分析比较选定了启发式优化算法中的TLBO算法作为软测量工作中的核心算法,并针对其可能出现的早熟问题提出了一种改进的自适应混合TLBO算法,通过Benchmark测试验证了所提出算法的优越性。再次,本文对掩模台系统中霍尔传感器测量系统中的参数软测量进行了研究,推导了相应的解耦模型与输出校正模型,并在实际系统中验证了本文提出的软测量方法的有效性。最后,本文对掩模台驱动机构中的参数软测量进行了研究,推导相应的解耦矩阵,并通过仿真实验验证了算法在此模型中的优化收敛性。并且,在掩模台实际系统中设计实验,验证了软测量方法在其平面三自由度上的有效性。
【关键词】：软测量 多自由度平台 霍尔传感器 TLBO算法 解耦
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 课题背景及研究的目的和意义10-13
• 1.3 国内外研究现状及分析13-19
• 1.3.1 软测量技术13-16
• 1.3.2 启发式优化算法16-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 掩模台的系统结构21-40
• 2.1 平台的整体构成21-22
• 2.2 掩模台机械系统22-25
• 2.2.1 微动台机械系统23-24
• 2.2.2 宏动台机械系统24-25
• 2.3 掩模台驱动系统25-29
• 2.3.1 掩模台系统坐标系定义25-26
• 2.3.2 微动台驱动系统26-28
• 2.3.3 宏动台驱动系统28-29
• 2.4 掩模台测量系统29-35
• 2.4.1 激光干涉仪29-31
• 2.4.2 电容传感器31-33
• 2.4.3 霍尔传感器33-34
• 2.4.4 光栅尺34-35
• 2.5 掩模台控制系统35-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 软测量算法研究40-55
• 3.1 启发式优化算法40
• 3.2 教学优化算法40-45
• 3.2.1 教师教学部分41-43
• 3.2.2 学生互学部分43-45
• 3.3 自适应混合TLBO算法45-49
• 3.4 算法性能测试49-54
• 3.4.1 人口数量Np对算法性能的影响50
• 3.4.2 单学习周期迭代次数Gm对算法性能的影响50-51
• 3.4.3 算法性能对比研究51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 测量系统机械安装参数的软测量方法55-75
• 4.1 霍尔传感器测量系统分析55-57
• 4.2 霍尔传感器测量系统模型建立57-63
• 4.2.1 霍尔传感器解耦模型建立57-62
• 4.2.2 霍尔传感器输出校正模型建立62-63
• 4.3 霍尔传感器测量系统软测量实验63-74
• 4.3.1 忽略垂向自由度变化下的实验分析64-69
• 4.3.2 考虑垂向自由度变化下的实验分析69-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 执行器机械安装参数的软测量方法75-101
• 5.1 驱动机构解耦系统分析75-76
• 5.2 驱动机构解耦模型建立76-83
• 5.2.1 电机出力解耦模型76-80
• 5.2.2 质心坐标系旋转模型80-81
• 5.2.3 微动台中心质心坐标系转换模型81-83
• 5.3 驱动机构解耦模型软测量仿真83-91
• 5.3.1 各项参数允许误差范围测试84-87
• 5.3.2 驱动机构解耦模型软测量仿真实验87-91
• 5.4 驱动机构解耦模型软测量实验91-100
• 5.5 本章小结100-101
• 结论101-102
• 参考文献102-108
• 附录 1108-110
• 攻读硕士期间发表的学术论文110-112
• 致谢112

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