[发明专利]一种电机位置干扰力校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动台精密定位领域，特别涉及一种电机位置干扰力校准方法。

背景技术

光刻机领域的工件台是高精度定位运动台（以下简称定位台），需要进行大行程、高精密的运动，伺服精度一般在纳米级，因此其对执行电机的要求很高，一般采用永磁铁直线电机。为了提高定位台的运动控制精度，一般采用气浮导轨来减小摩擦，用冷却水来减小电机的发热，此外定位台上还有各种线缆用来传输数据信号。这些气管、水管和线缆对定位台的运动控制精度产生一定的干扰力作用，且该干扰力与位置相关，称之为位置干扰力。

为了消除或尽量减小位置干扰力对定位台运动控制的影响，现有专利CN1897453A提出了以下解决方法，如图1所示，通过离线测试方法将电机14的位置干扰力以表格形式给出，即获得位置干扰力修正表12；将校准后的位置干扰力修正表通过前馈加到PID（比例积分微分控制器）11输出上，控制驱动器13，从而驱动电机14运动。电机14正向运动和反向运动时共用一个位置干扰力修正表，且在同一位置处的位置干扰力为正反向的平均力。

该技术方案的缺点在于：（1）单个运动方向可能不止一台电机驱动，从PID输出的力需要分配到各个驱动电机，因此将前馈加到PID输出上会引进力在分配过程中的误差；（2）正向运动与反向运动的运动趋势不一样，将两次获得的力取平均作为前馈输入会使得伺服精度降低，如图2 所示，图中实线表示正向干扰力，虚线表示反向干扰力，两者的趋势不能完全重合；（3）只解决了由于磁场不均匀引起的波动力的影响；（4）校准过程中并没有将加减速段的数据去掉，因此在加减速段的测量结果不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是准确校准各个电机因正反向运动趋势不同而受到的不同位置干扰力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电机位置干扰力校准方法，包括：离线测试获得各个电机的位置干扰力表；将所述位置干扰力表通过前馈加到对应的所述电机上，补偿所述电机的位置干扰力；其特征在于，所述位置干扰力表包括正向位置干扰力表和反向位置干扰力表，对应电机的运动方向。

进一步，获得所述正向位置干扰力表包括：

步骤1，电机驱动定位台从起始位置匀速运动至终点位置；

步骤2，取所述定位台匀速段的部分电机输入力，记录对应的定位台位置，对所述部分电机输入力进行低通滤波后进行插值计算，获得匀速段的正向位置干扰力表；

步骤3，判断当力差小于给定阈值或者迭代次数大于等于给定次数时，则正向位置干扰力的测试结束，否则执行步骤4，所述力差为所述正向位置干扰力表中最大位置干扰力和最小位置干扰力之差；

步骤4，将所述正向位置干扰力表迭代至原正向位置干扰力表，获得新的正向位置干扰力表，重复步骤1至3。

较优地，在步骤1之前，将所述原正向位置干扰力表清零，所述插值计算中，对所述匀速段的边界点插值后，仅将第一次插值计算的值迭代到所述原正向位置干扰力表中。

较优地，所述插值计算中，对所述匀速段的边界点插值后，不将其迭代到所述原正向位置干扰力表中。

较优地，还包括步骤5 ：

获得所述反向位置干扰力表时，将定位台从终点位置运动至起始位置，其他步骤相同。

较优地，所述定位台的起始位置和终点位置均设置在设计行程之内，根据匀速段的正向位置干扰力表，采用数据拟合，推算出加减速段的正向位置干扰力表。

较优地，所述给定次数为3。

本发明的优点在于位置干扰力前馈表直接加到电机上，避免了将前馈加到PID输出上，再分配到各驱动电机过程中引进的误差；每个电机正反向各有一张位置干扰力表，在正反向运动时分别使用各自的位置干扰表，从而提高控制精度；解决所有与位置相关的力的影响，包括磁场不均匀引起的波动；使位置干扰力表覆盖整个设计行程，并解决了边界点的数据处理问题，提高了设计行程的伺服精度； 迭代次数少，尽可能减小阻尼力的影响。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为现有技术中修正电机位置干扰力的控制环路示意图；

图2为现有技术中正反向位置干扰力的示意图；

图3为应用本发明的定位台控制环路示意图；

图4为本发明校准过程中增益平衡器的输出力示意图；

图5为本发明位置干扰力补偿表各次迭代示意图；

图6为本发明第一实施例单方向位置干扰力表测试流程图；