[发明专利]一种模式切换刚柔耦合运动平台及控制方法

说明书

本发明实施例公开了一种刚柔耦合运动平台的模式切换控制方法，包括：获取运动平台的当前位置，并判断当前位置与目标位置之间的差距是否在运动平台的柔性铰链的形变范围内；若当前位置与目标位置之间的差距不在柔性铰链的形变范围内，则保持电机为三相交流驱动模式，保持所述电机的三相导通以驱动运动平台接近目标位置；若当前位置与目标位置之间的差距在柔性铰链的形变范围内，则锁定运动平台的刚性框架，所述电机切换为单相直流驱动模式，选择所述电机的两电极导通形成单相电流闭环控制，以使柔性铰链形变来弥补当前位置与目标位置之间的差距以到达目标位置。本发明控制效率高，可实现长行程纳米级的定位。

技术领域

本发明涉及运动平台，尤其涉及一种模式切换刚柔耦合平台及控制方法。

背景技术

现有的刚柔耦合运动平台，融合长行程直线平台与柔性铰链纳米平台，通过弹性变形补偿摩擦死区，精度更高，已经广泛应用于高速精密制造装备中。在控制上，将非线性摩擦扰动转换为弹性扰动进行补偿，理论上可以实现零误差控制。然而，由于直线电机的制造误差，用于矢量控制的三相绕组的电阻和电感往往不一致，造成三相电流叠加后产生电流波动，容易引起刚度相对较低的柔性铰链振动。另一方面，现有位置、速度、电流三个环路控制中，位置环的响应速度远低于电流环，因此，即便采用了无摩擦的气浮平台，精度也只能实现亚微米级。

当采用音圈电机驱动时，由于磁场恒定，单一线圈的电阻和电感也恒定，控制力波动小，能够实现更高的控制精度。当采用音圈电机控制柔性铰链时，现有的控制方法，精度可以达到柔性铰链行程的万分之一到十万分之一。

因此，光刻机平台采用直线电机驱动的刚性平台串联音圈电机驱动的柔性平台的宏微复合方式来实现长行程纳米级定位。但是存在切换控制效率低、两套驱动成本高的弊端。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，针对现有的刚柔耦合平台切换控制效率低、两套驱动成本高的缺陷，提供一种模式切换刚柔耦合运动平台的控制方法，以实现长行程纳米级定位精度的运动平台的高效率控制。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种模式切换刚柔耦合运动平台的控制方法，包括：

获取所述运动平台的当前位置，并判断所述当前位置与目标位置之间的差距是否在所述运动平台的柔性铰链的形变范围内；

若所述当前位置与所述目标位置之间的差距不在所述柔性铰链的形变范围内，则保持电机为三相交流驱动模式，保持所述电机的三相导通以驱动所述运动平台接近所述目标位置；

若所述当前位置与所述目标位置之间的差距在所述柔性铰链的形变范围内，则将所述电机切换为单相直流驱动模式，选择所述电机的任意两电极导通形成单相电流闭环控制，以使所述柔性铰链形变来弥补所述当前位置与所述目标位置之间的差距以到达所述目标位置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种模式切换刚柔耦合运动平台的控制系统，包括：

位置获取单元，用于获取所述运动平台的当前位置；

判断单元，用于判断所述当前位置与目标位置之间的差距是否在所述运动平台的柔性铰链的形变范围内；

控制单元，用于根据所述判断单元的判断结果，在不同的控制方式之间切换以控制驱动所述运动平台的三相电机；若所述当前位置与所述目标位置之间的差距不在所述柔性铰链的形变范围内，则保持电机为三相交流驱动模式，保持所述电机的三相导通以驱动所述运动平台接近所述目标位置；若所述当前位置与所述目标位置之间的差距在所述柔性铰链的形变范围内，则将所述电机切换为单相直流驱动模式，选择所述电机的其中两电极导通形成单相电流闭环控制，以使所述柔性铰链形变来弥补所述当前位置与所述目标位置之间的差距以到达所述目标位置。