[发明专利]一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法

说明书

一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，涉及一种精密运动台解耦控制方法。定义动态解耦控制器并且元素参数化为FIR滤波器形式，将名义解耦控制方法作用到实际系统测量实际位置信号和名义解耦控制器的输出，计算得到虚拟控制量，通过优化指标函数得到动态解耦控制器的待优化系数的估计值，从而实现动态解耦控制。可以有效实现中高频段的解耦，提高解耦精度，并且简化了算法流程，易于工程实现。

技术领域

本发明涉及一种精密运动台解耦控制方法，尤其是一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，属于多自由度运动系统控制领域。

背景技术

多自由度精密运动台是典型的多自由度运动系统，具有结构复杂、控制难度大的特点，在光刻机的应用中，其运动性能直接决定了所制造芯片的产率和品质。以我国28nm节点浸没式光刻机为例，要求满足纳米级的直线运动精度和微弧度级的旋转运动精度，而要满足如此苛刻的性能指标，除了使用高性能电机、高精度传感器等设备，还必须对使用的控制算法进行深入研究。

对于光刻机中的精密运动台，其多自由度运动的需求也带来了特有的问题，相对于单自由度运动系统，多自由度运动系统中各自由度之间的串扰成为了影响运动性能最主要的因素。目前多自由度运动系统的控制策略普遍为名义解耦控制方法，基于名义模型，计算得到名义解耦控制器，从而将多自由度被控对象转换为多个单自由度被控对象。但是这样得到的名义解耦控制器不能使系统完全解耦，尤其是在中高频段，会残留相当明显的串扰，从而严重影响最终的运动精度。而为了提高运动精度，需要尽可能地提高解耦精度，鉴于此，本发明针对动态解耦方法进行研究，以解决常规名义解耦控制方法解耦不完全的问题。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，它可以有效实现中高频段的解耦，提高解耦精度，并且简化了算法流程，易于工程实现。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种多自由度精密运动台动态解耦控制方法，包括以下步骤：

定义动态解耦控制器K(z)：

其中，z表示时间前移算子，对于离散信号x(t)，满足zx(t)＝x(t+1)，t为采样时间，n表示运动台自由度个数；

动态解耦控制器中元素参数化为FIR滤波器形式：

K_ij(z)＝θ_ij,0+θ_ij,1z^-1+…+θ_ij,mz^-m＝Ψθ_ij

其中，m表示动态解耦控制器的阶次，Ψ＝[1,z^-1,…,z^-m]为基函数，θ_ij＝[θ_ij,0,θ_ij,1,…,θ_ij,m]^T∈R^m+1为待优化系数，R表示实数域；

将名义解耦控制方法作用到实际系统测量实际位置信号y＝[y₁,y₂,…,y_n]^T和名义解耦控制器的输出d＝[d₁,d₂,…,d_n]^T，计算得到虚拟控制量

其中，M表示期望对角模型，L表示滤波器；

将虚拟控制量作用到动态解耦控制器K(z)，保证动态解耦控制器的输出等于测量得到的名义解耦控制器的输出d，使动态解耦控制器K(z)能够将实际系统解耦为期望对角模型M的形式；

定义指标函数：