[发明专利]一种磁悬浮精密运动定位平台的解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明属于磁悬浮精密运动控制领域，涉及一种磁悬浮精密运动定位平台的解耦控 制方法，具体涉及多支承力支承的精密、超精密磁悬浮运动定位平台运动过程中各耦合 支承力之间的解耦控制方法，以满足微电子、IT、光刻机等半导体行业高新科技产品的 精密加工要求以及超洁净制造环境要求。

背景技术

在制造领域，比如微电子、IT等行业，产品的制造装备中都广泛运用到各种精密、 超精密，超洁净定位运动装置。而气悬浮、磁悬浮技术因为其独特的优势被广泛采纳用 来提供精密运动。如图1所示即为一典型磁悬浮直线运动定位装置。在这类精密运动定 位装备中，悬浮体大多是通过多对支承力配合工作而悬浮于定子(即导轨)上方某一指 定位置。从动力学原理来看，三个支承力就足够支持悬浮体平稳悬浮起来，但为了提高 悬浮体的悬浮刚度和稳定性，往往采用更多的支承力对称分布在悬浮体上。图2所示即 为悬浮体的动力学简化图。悬浮体由四个对称分布的支承力支持。三个支承力即可实现 平台的稳定悬浮，第四个支承力的引入大大加强了悬浮体的悬浮刚度和稳定性，却同时 造成了对前面三个支承力的干扰和耦合。如何协调四个力的大小一直是实现高性能稳定 悬浮的重要一环，传统方案大多采用实时检测四个支承点与定子之间的气隙，根据气隙 与四个参考气隙值之间的差值来分别调整四个支承力的大小以实现稳定悬浮。但四个力 之间的耦合关系没法消除，只能通过不停的微调各控制器的参数及参考气隙值来尽量减 少耦合，而没法完全消除耦合。但随着对精密定位运动的要求的提高，尤其是在先进的 半导体制造装备中，比如光刻机等，对定位精度要求都精确到了数十纳米。所以对控制 方法的要求也越来越高了，而现有的控制技术无法达到控制要求，因此，如何实现各支 承力之间的解耦显得非常重要。

发明内容

本发明要解决技术问题是提供一种磁悬浮精密运动定位平台的解耦控制方法，以解 决精密定位运动系统中悬浮体各支承力的耦合问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种磁悬浮精密运动定位平台的解耦控制方法，f₁、f₂、f₃及f₄分别为磁悬浮精 密运动定位平台上悬浮体内部关于悬浮体几何中心对称分布的第一电磁铁、第二电磁 铁、第三电磁铁和第四电磁铁所对应的电磁力，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量f₁、f₂和f₃：f₁、f₂和f₃通过传感器测得或者用以下方法测得：先实 时检测第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁的磁极表面与定子之间的气隙z₁、z₂及z₃， 再测量第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁当前的控制电流i₁、i₂及i₃；采用下列方 法之一计算得到f₁、f₂和f₃的值：

A)运用公式电磁力公式f_k＝F_k(i_k，z_k)(k＝1～3)计算f₁、f₂和f₃的值；公式 f_k＝F_k(i_k，z_k)为根据电磁力动力学计算中电磁铁电磁力与电流及气隙关系式；