[发明专利]一种具有偏压补偿的伺服控制系统及其偏压补偿方法

说明书

本发明公开了一种具有偏压补偿的伺服控制系统及其偏压补偿方法，该偏压补偿系统包括依次连接的运放电路、控制电路、驱动电路、单相直流电机和电流传感器，还包括偏压采样及补偿电路，运放电路的输入端连接至电流传感器的输出端，控制电路的输入端连接至运放电路的输出端，偏压采样及补偿电路的输入端连接至运放电路和控制电路之间，偏压采样及补偿电路的输出端连接运放电路的输入端，运放电路和偏压采样及补偿电路构成同向偏压补偿电路和反向偏压补偿电路。本发明提供的基于电流传感器的偏压补偿系统及其方法，在系统上电时即可自动进行实时补偿，不添加机械式调试的硬件电路，操作简单，不受外界环境的影响，准确性高，提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及电动机的控制领域，具体涉及一种具有偏压补偿的伺服控制系统及其偏压补偿方法。

背景技术

光刻机是芯片制造行业中的关键设备，集成电路的发展与光刻机的发展息息相关。其中精密传输技术作为光刻机中一项关键技术，扮演着越来越重要的角色。在光刻机对硅片进行加工刻录之前，硅片的精确定位至关重要，精密传输系统采用伺服控制的方式实现硅片的精确定位，因此伺服控制的精确性决定生产工艺及产品的品质，任何细微的位移偏差都会对产品的质量造成巨大的影响。

如图1所示，伺服控制系统一般采用多闭环的控制方式，由外到内环依次包括位置环、速度环和电流环。利用电流传感器检测电机的速度、位置及电流，并与给定参考量比较，经过相应的控制器实现PWM驱动以达到伺服控制的目的。其中电流环的控制过程为：利用电流传感器的反馈电流与实际给定电流之间的差值，经过电流控制器(一般为PI控制器)放大，以此来通过场效应管的开关控制PWM的占空比以达到控制电机的目的。然而在反馈过程中需要经过电流传感器采样、各种运放电路的处理，导致反馈的电流中会夹杂电流传感器及运放电路带来的电压偏移量，虽然这些电压偏移很小，但是经过PI控制器放大后，很小的电压偏移也会引起场效应管的误动作，改变PWM的占空比，轻则导致伺服电机待机状态下转子发生抖动，重则导致整个控制系统的崩溃，严重影响伺服控制的精确性和稳定性，成为光刻机工件台等精密传输系统中不可忽略的重大问题。

现有技术中通常采用可调电阻等机械式硬件电路补偿偏压的方法，通过调节可调电阻达到调节偏压的目的。然而该方法需要手动调试，调试麻烦，并且随着温度变化、硬件老化等外界因素的影响，偏移电压会发生变化，此外机械振动也会改变可调电阻的大小，从而降低该方法的可靠性。

针对上述问题，现有技术中提出了一种针对三相电机电流传感器偏差进行补偿的装置和方法。该方法首先判断电动机PWM控制与中断状态，在PWM中断时检测电流传感器的电流，即为电流传感器的偏压。将此作为基准偏压通过频繁或者每隔一定周期对动态系统进行补偿，可以补偿电流传感器造成的大部分偏差，但是此方法仍有以下几个缺点：一是该方法采用的补偿比例系数K＝1(即采样得到的偏压即为补偿的偏压)，并且进行单次补偿，然而在硬件电路中采样得到的偏压与补偿的偏压不可能绝对满足1:1的关系，所以剩余偏压无法确定，从而降低了控制精度；二是该方法需要对三相电机中的每一相电流进行单独补偿，每个补偿系统都必须独立，增加了系统的复杂性；三是该方法忽略系统中逆变器造成的给定电流与采样电流之间的相位差，影响检测到的基准偏压的准确性，从而影响了对电机的控制精度。

之后现有技术中又提出了一种针对三相电机各相电流传感器电流反馈与给定电流之间误差，通过矢量控制分别补偿的方法。即通过设计隔离直流分量的同步滤波器，通过测量各相电流的大小及相位，分别测出各相电流的谐波畸变，再对有限的畸变谐波进行反相，并将其加到电流传感器中，使得同步滤波器输出的直流分量减小到零，以此消除谐波实现偏压补偿。然而该方向仅针对电流传感器中引入的谐波进行补偿，但由于引入谐波不确定，所以补偿谐波个数及系数K值难确定，而且只针对其中的一个或者几个低次谐波进行补偿，对其余大部分不确定的畸变谐波无能为力，并且同步滤波器不能快速隔离直流分量。此外该方法忽略了2/3变换、2/3反变换及静止坐标和旋转坐标变换过程中的误差，并且依赖同步滤波器，补偿方法复杂，难以实现，且此方法仅针对三相电机，且必须使用矢量控制方法，对其他电机和控制方法不适用，因此具有一定局限性。