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用于大NA光刻投影物镜波像差检测系统的精密定位台的研究
作者: 舒强
学位类别: 硕士
答辩日期: 2012-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 饶学军
关键词: 波像差检测 ; 压电陶瓷驱动器 ; 柔性铰链 ; 精密定位
学位专业: 机械制造及其自动化
中文摘要: 大数值孔径投影物镜波像差检测系统中,需要为哈特曼波前传感器提供理想
的点光源用以标定。点光源由纳米量级的针孔提供,针孔的定位精度必须达到纳
米量级。定位精度达到纳米级别的定位平台是光刻投影物镜波像差在线检测系统
的关键环节之一。本文提出了一种基于压电陶瓷驱动器驱动、柔性铰链传动的平
面并联精密定位台,搭建了实验系统。在此基础上对基于压电驱动器和柔性铰链
的精密定位技术作了比较全面系统的研究。实验结果表明该平台定位精度达到纳
米级别,相比传统串联结构的定位台能有效减小运动耦合和偏转。本文所作的主
要研究工作如下:
介绍了XYY 平面并联精密定位台的机械结构,简要分析了设计机械结构时
需要考虑的一些因素;设计出了详细的机械结构,利用有限元方法分析了定位台
的行程和最大剪切应力,结果表明设计出的定位台的行程和压电驱动器承受的最
大剪应力都满足要求;利用能量法推导了精密定位台的运动学方程,为后续章节
提供了理论基础。
对所选择的硬件平台进行了分析,搭建出了精密定位台系统。对控制软件进
行了测试,所编制的控制软件能够完成基本的开环定位和位置监控等功能。开环
实验表明,精密定位台的开环分辨率优于3 纳米。
介绍了基于KP 算子的压电驱动器迟滞非线性模型及其逆模型的理论知识,
在此基础上提出了定步长逆模型的算法。然后,利用微定位平台获取的实验数据
获得了压电驱动器的迟滞非线性模型,并通过实验验证该模型具有很好的预测效
果;同时利用定步长逆模型算法获得了压电驱动器的迟滞非线性逆模型,实验表
明该逆模型可以准确地求出给定位移序列所需要在驱动器上施加的电压。最后提
出了基于逆模型前馈的压电微定位平台的闭环控制策略。
采用LQG 控制实现了微位移平台Y 向和 向的解耦,并通过引入过程噪声
的数学模型对LQG 控制器增广,通过仿真发现这种方法能够有效的抑制窄带随
机扰动,提高定位精度。同时分析了LQG 控制器权重矩阵的选取及过程噪声协
方差对系统性能的影响。仿真表明采用引入噪声模型的LQG 控制器不仅具有良
好的解耦和跟踪能力而且对给定带宽的窄带随机扰动有很好的抑制效果。
对定位台的各种性能作了比较系统全面的测试。测定了定位台的行程和电压
位移特性;机械平台X、Y、 向固有频率分别为384Hz,366Hz,650Hz,与固有频率的理论计算值相对偏差较小;利用正弦扫频方法获得了定位系统的频响特性;研究了精密定位台校正偏转和耦合的能力,与常规串联结构的定位台相比,采用XYY并联结构可以有效降低耦合和校正平台偏转;并对平台的伺服跟踪能力作了初步测试。 研究了LQG算法和模糊自整定PI(Proportional and Integral)算法在空间三自由度纳米定位台上的应用。实验表明LQG算法和模糊自整定PI算法相比传统的PID控制算法能够有效减小超调并加快定位速度。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/590
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舒强. 用于大NA光刻投影物镜波像差检测系统的精密定位台的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.
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