主从式宏微定位平台的分数阶控制方法研究

发布时间：2017-09-27 00:22

  本文关键词：主从式宏微定位平台的分数阶控制方法研究

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【摘要】：本文的研究对象是光刻机掩模台宏微双台运动平台,由于光刻机最终的性能指标很大程度上直接由宏微双台运动平台的控制精度和性能决定,因此针对掩模台宏微双台运动控制的研究非常有必要。本文分别从宏微双台控制结构和策略以及控制算法对本系统进行了研究和分析,并有针对性地做了仿真,最后应用到了实验平台上,取得了一定的效果。首先,本文对掩模台的整体结构进行了介绍。具体包括整体机械结构构成和布局、执行机构介绍、测量系统介绍,便于后面叙述和建模,并且给出并分析了控制指标,为后续仿真和实验制定了目标。其次,本文对执行机构建立了模型,并且通过列举资料和仿真分析了采用宏微双台控制结构的必要性,之后选取了具体的宏微双台控制结构和策略。然后,本文阐述了分数阶PID算法的概念,在进行对比分析后选择了最优的分数阶算子近似方法,之后进行仿真说明分数阶PID各个控制参数对系统性能的影响,并且利用遗传算法对分数阶PID控制器进行优化整定,最终的仿真结果满足控制指标要求。最后,对实验平台软硬件进行介绍,按照之前仿真的方法进行实物平台实验,实现了宏微双台控制,并且对实验结果和缺陷进行了分析。
【关键词】：宏微双台执行器 分数阶 PID控制器 遗传算法
【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
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题来源及研究目的和意义9
• 1.2 课题研究内容的国内外现状9-13
• 1.2.1 光刻机研制的发展现状9-10
• 1.2.2 宏微控制策略的发展现状10-11
• 1.2.3 分数阶PID控制的发展现状11-12
• 1.2.4 遗传算法的发展现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 第2章 掩模台系统结构14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 掩模台整体结构14-15
• 2.3 执行机构15-16
• 2.3.1 音圈电机15-16
• 2.3.2 永磁同步直线电机16
• 2.4 测量系统16-20
• 2.4.1 光栅尺16-17
• 2.4.2 霍尔传感器17-18
• 2.4.3 电容传感器18-19
• 2.4.4 激光干涉仪19-20
• 2.5 掩模台系统控制指标分析20-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 宏微控制策略与模型的建立23-42
• 3.1 引言23
• 3.2 执行机构的模型建立23-27
• 3.2.1 永磁同步直线电机的模型建立23-25
• 3.2.2 直线音圈电机的模型建立25-27
• 3.3 微动平台的运动解耦27-33
• 3.3.1 微动台运动学解耦28-31
• 3.3.2 微动台动力学解耦31-33
• 3.4 宏微控制策略和模型建立33-41
• 3.4.1 采用宏微控制策略的必要性33-37
• 3.4.2 宏微控制策略的选定37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于分数阶PID的宏微系统研究42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 分数阶PID的定义42-44
• 4.3 分数阶微积分算子的近似44-52
• 4.3.1 直接近似方法44-45
• 4.3.2 间接近似方法45-49
• 4.3.3 改进近似微积分算子的实现49-50
• 4.3.4 Oustaloup方法与改进近似方法的对比50-52
• 4.4 分数阶PID仿真模块的实现52-53
• 4.5 分数阶PID控制参数变化对系统性能的影响53-57
• 4.5.1 Kp对系统性能的影响53-54
• 4.5.2 Ki对系统性能的影响54
• 4.5.3 Kd对系统性能的影响54-55
• 4.5.4 积分阶次 λ 对系统性能的影响55-56
• 4.5.5 微分阶次 μ 对系统性能的影响56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 基于遗传算法的分数阶PID参数整定58-71
• 5.1 算法介绍及实现过程58-61
• 5.1.1 算法简介58
• 5.1.2 遗传算法的基本原理58-60
• 5.1.3 遗传算法的实现60-61
• 5.2 仿真及结果分析61-65
• 5.3 主从式宏微运动控制实验65-70
• 5.3.1 实验平台简介65-67
• 5.3.2 主从式宏微平台运动试验及分析67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士期间发表的学术论文76-78
• 致谢78

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本文编号：926613