受约束运动机构的控制性能及设计要求估计

论文摘要

随着当今生产力的高度发展,高速高精度伺服运动系统已广泛应用于半导体加工行业。然而如何确定系统的运动控制边界以满足人们认知系统、选择系统及设计系统的要求,本文将就伺服系统的运动控制边界展开估计讨论。该估计方法不仅具有理论意义,更与实际系统相结合,具有重大的实际应用价值。首先,辨识系统模型。针对高速高精度含有高频共振频率点的二维运动平台进行研究。以理论模型为基础,确定模型的结构。模型分为低、高频以及基座模型三部分。低频模型为标称模型,能够反映系统的基本输入输出关系,利用时域辨识方法;高频模型为振动模型,能够反映系统高频特性,包括共振频率等;基座模型反映基座的振动特性。后两者采用了频域辨识方法。实验结果表明所使用的辨识方法能够有效的辨识系统模型。基于这样的模型结构,系统的特性能够很好的被认知并用传递函数来表达,为高速高精度的控制打下了基础。基于已辨识的模型及系统的物理参数,电压、速度和加速度等参数可通过推导获得边界值,系统的共振频率点亦可通过高频模型获知。因此,利用运动参数的边界可设计优化的运动轨迹。该方法可有效的减弱输入信号在共振频率点的能量,避免共振点处控制精度低的缺陷。实验结果表明基于模型的轨迹规划方法能够有效的减少系统的振动,提高了控制精度,改善了控制性能。最后,以辨识的模型为前提,优化的轨迹为基础,进行运动控制性能边界估计。采用仿真及合理范围内穷举法,估计运动边界,并应用实验验证结果合理性。相对于目前普遍的理论边界推导方法,本文所提出的方法从实际系统的特性出发,更具有实际意义,实验结果亦表明该方法的有效性。最终运用Matlab的智能GUI制作功能,形成边界估计工具箱,使该方法便于应用推广。

论文目录

• ABSTRACT
• 摘要
• ACKNOWLEDGEMENTS
• LIST OF FIGURES
• 1 INTRODUCTION
• 1.1 Background
• 1.2 System Identification
• 1.3 Profile Planning
• 1.4 System Description
• 1.5 Outline
• 2 THEORETICAL MODEL CALCULATIONS
• 2.1 General Model Description
• 2.2 Dynamic Model of The X-Y Table System
• 2.3 Summary
• 3 SYSTEM IDENTIFICATION
• 3.1 Parameter Identification Method
• 3.2 Experiments and Identification
• 3.3 Experimental Verification and Conclusion
• 3.4 Summary
• 4 PROFILE PLANNING
• 4.1 Trapezoidal Velocity Profile
• 4.2 3rd Order S-curve Model
• 4.3 4th Order S-curve Model
• 4.4 nth Order S-curve Model
• 4.5 Comparison and Optimization
• 4.6 Summary
• 5 PERFORMANCE LIMITATION ESTIMATION
• 5.1 Method of Limitation Estimation
• 5.2 Software Building
• 5.3 Summary
• 6 CONCLUSIONS
• 6.1 Conclusions
• 6.2 Future Work
• REFERENCES
• PUBLICATIONS