一種磁懸浮平面電機推力分配方法
【專利摘要】一種磁懸浮平面電機推力分配方法，所述磁懸浮平面電機垂向驅(qū)動單元為四個音圈電機，其共同作用完成繞X軸轉(zhuǎn)動、繞Y軸轉(zhuǎn)動和Z向平動實現(xiàn)垂向三自由度運動。本發(fā)明針對磁懸浮平面電機垂向四個音圈電機推力分配策略，避免制造裝配等環(huán)節(jié)引起的實際模型與理論模型之間的差異，通過辨識求解方法求解正則特征向量，在磁懸浮平面電機垂向受力方程的基礎(chǔ)上，以模態(tài)力之和等于零作為約束，利用得到的一組推力分配特解，使各垂向音圈電機的模態(tài)貢獻相互抵消，從物理本質(zhì)層面解決柔性振動問題。本發(fā)明為磁懸浮平面電機推力分配提供了一種準確、便捷的方法，同時也為磁懸浮平面電機的精確控制提供了必要的條件。
【專利說明】一種磁懸浮平面電機推力分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁懸浮平面電機推力分配方法，特別涉及一種基于模態(tài)力用以抑制磁懸浮平面電機振動的推力分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由多個音圈電機驅(qū)動單一構(gòu)件的磁懸浮平面電機，具有結(jié)構(gòu)簡單、無機械接觸、響應速度快等優(yōu)點，已成為精密定位和快速運動的載物平臺，并廣泛應用于IC制造裝備中光刻機娃片臺、PCB制板、生物檢測、半導體檢測等高端制造裝備中。2009年P(guān)hilips AppliedTechnologies、ASML等IC制造裝備廠商已明確地將磁懸浮平面電機運動系統(tǒng)作為主要的研究方向。美國麻省理工、荷蘭埃因霍溫大學等研究機構(gòu)都已針對磁懸浮平面電機開展了相關(guān)研究。
[0003]為提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，半導體制造等領(lǐng)域中被加工硅片的面積不斷增大。在平面電機載物面積增大的同時還要滿足結(jié)構(gòu)輕量化要求，因此平面電機垂向厚度將變得更薄，結(jié)構(gòu)質(zhì)量與柔性矛盾凸顯，使得垂向電機的推力將激發(fā)結(jié)構(gòu)低階模態(tài)，引起柔性振動行為，進而影響定位與運動精度及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，柔性振動將影響運動臺的動態(tài)品質(zhì)，采用基于剛體假設(shè)的控制器設(shè)計方法，已不能滿足實現(xiàn)納米、亞納米精度的要求。因此，對于諸如磁懸浮平面電機這一類精密超精密多維運動臺，為實現(xiàn)納米精度的生成,迫切需要解決柔性振動問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種磁懸浮平面電機推力分配方法，用以有效抑制其柔性振動。該方法在磁懸浮平面電機力分配策略中，以各垂向音圈電機模態(tài)力之和等于零作為約束條件，通過各垂向音圈電機模態(tài)貢獻相消實現(xiàn)柔性振動抑制，避免了現(xiàn)有研究中控制算法與反饋解算算法的復雜性，
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種磁懸浮平面電機推力分配方法，該磁懸浮平面電機包括:第一垂向音圈電機、第二垂向音圈電機、第三垂向音圈電機和第四垂向音圈電機，其共同作用完成繞X軸轉(zhuǎn)動、繞Y軸轉(zhuǎn)動和Z向平動實現(xiàn)垂向三自由度運動，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0007]I)通過運動控制系統(tǒng)控制磁懸浮平面電機實現(xiàn)閉環(huán)定位，分別對第一垂向音圈電機、第二垂向音圈電機、第三垂向音圈電機和第四垂向音圈電機施加正弦掃頻激勵信號，得到單個垂向音圈電機推力頻域表達式與磁懸浮平面電機垂直方向位移頻域表達式的比值，即單個音圈電機的頻響函數(shù):
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種磁懸浮平面電機推力分配方法，該磁懸浮平面電機的垂向驅(qū)動單元包括第一垂向音圈電機(101)、第二垂向音圈電機(102)、第三垂向音圈電機(103)和第四垂向音圈電機(104)，四個垂向音圈電機共同作用實現(xiàn)繞X軸轉(zhuǎn)動、繞Y軸轉(zhuǎn)動和Z向平動的垂向三自由度運動，其特征在于所述推力分配方法包括如下步驟: 1)通過運動控制系統(tǒng)控制磁懸浮平面電機實現(xiàn)閉環(huán)定位，分別對第一垂向音圈電機、第二垂向音圈電機、第三垂向音圈電機和第四垂向音圈電機施加正弦掃頻激勵信號，得到單個垂向音圈電機推力頻域表達式與磁懸浮平面電機垂直方向位移頻域表達式的比值，即單個音圈電機的頻響函數(shù):
【文檔編號】F16F15/02GK103925330SQ201410158421
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】朱煜, 楊開明, 李鑫, 王熙, 張鳴, 尹文生, 胡金春, 徐登峰, 穆海華, 劉召, 胡楚雄, 成榮, 王婧, 陳金水 申請人:清華大學