結合撓性結構與橡膠軸承之單軸粗細定位平台之設計、分析與解耦合控制

Abstract

在精密定位領域中，高頻寬、高衝程和高精度的單軸粗細定位平台常被提出並使用在不管是精密量測領域的原子力顯微鏡、自動對焦系統和IC產業中的光刻機，雖然單軸粗細定位平台相較於一般的精密定位平台性能較好，但仍有?多問題待解決，例如雙層平台同時作動與雙自由度互相干擾產生的耦合效應。所以為了研究粗細定位造成的耦合效應，本論文採用結構較小的橡膠軸承平台與乘載能力較好的金屬撓性結構平台，發展出一結合撓性結構與橡膠軸承的單軸粗細定位平台，上層平台為橡膠軸承定位平台，以四組橡膠軸承設計成一新型精密定位平台，採用可調整壓縮量的方式快速調整平台動態特性，下層平台為撓性結構定位平台，設計對稱性且乘載能力較好的割痕式撓性鉸練定位平台，兩平台皆以實驗進行系統參數辨別成?地建立平台數學模型。使用兩種控制器設計方法並以此數學模型設計控制器與模擬調整控制器參數。控制實驗方面，上層平台以Z-N設計法和L T 設計法分別可以達到定位精度182nm、14nm，頻寬分別為15Hz和52Hz。下層平台方面，Z-N設計法和L T 設計法定位精度分別為46nm和23nm，頻寬分別可以達到50Hz和120Hz。在單軸粗細定位平台方面，以掃頻測試的方式建立粗細平台的數學模型。在步階響應控制實驗中，下層致動造成的上層耦合振幅從未控制前的3μm以上被抑制到平均2μm以下，而上層致動造成的下層耦合振幅則從佔致動軸位移的20%抑制到1%，在弦波軌跡追蹤控制實驗中，雙軸控制時耦合軸的振幅在耦合軸控制器頻寬內有被有效抑制，並以解耦合控制器優化策略使上層致動造成耦合的抑制效果更好。本研究設計並實現了一單軸粗細精密定位平台，建立數學模型和以此模型設計的控制器分別進行控制定位，在單軸粗細定位平台方面也研究了雙層平台會造成的耦合效應，並且以控制器去抑制耦合的發生。

Date of Award	2017 Aug 11
Original language	Chinese
Supervisor	Kuo-Shen Chen (Supervisor)