非共振形アクチュエータを用いた超精密ステージに対するシステム同定法と制御法の確立

非谐振执行器超精密平台系统辨识与控制方法的建立

• 批准号: 15760310
• 负责人: 橋本 誠司
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760310/
• 关键词: 超精密ステージ; 非共振型超音波モータ; 精密位置決め; 摩擦補償; 適応オブザーバ; 周波数可変制御; システム同定; 連続軌跡追従

本研究の目的は,次世代転写用光源として期待される電子線露光を用いた半導体製造装置のための超精密ステージシステムの制御系開発である。本精密ステージの駆動用アクチュエータには,高制御分解能で,かつ真空雰囲気で連続駆動が可能な,新開発の非共振型超音波アクチュエータ(NRUSM)を用いている。この目的に対し,これまで(1〜2年目)に特にアクチュエータの有する性能を最大限発揮するための連続軌跡追従制御系(CTP制御系)の構築,摩擦駆動時に問題となる非線形摩擦に対する簡便な摩擦補償法の提案,駆動周波数の可変制御による定常速度偏差性能の改善を行った。今年度(三年目)は,以下の提案および検証を行った。・CPT制御系に対する駆動周波数可変制御の導入電圧制御に加えゲインスケジュールド制御による駆動周波数可変制御をCPT制御系に導入した。これにより,与えられた速度プロファイルに対して,最適駆動周波数(すなわち定常速度偏差が最小)でかつフィルタ帯域内で伝達ゲインが1となる制御系を構築し,その有効性を実験検証した。・駆動周波数可変制御による連続走行耐久性の改善摩擦駆動型のNRUSMでは摺動摩耗が避けられないということから連続走行耐久性能が重要となる。そこで,NRUSMの駆動とスリップのメカニズムを考慮することにより,駆動周波数へ制限(周波数変化率への制限)を設けることで連続走行耐久性を大幅に改善する制御法を提案した。・逐次型適応同定法を応用した新しい摩擦補償法の提案従来の摩擦補償では,ステージの静止条件を位置差分から導出していた。この手法では,位置センサの高分解能化に伴い,ステージ静止条件の導出が困難となる。そこで,逐次型適応同定法に可変忘却要素を導入し,このパラメータに着目することでステージの特性変化が検出できる。これ基づき静止条件判別ならびに摩擦補償を行う手法を提案し,その有効性を実験により検証した。

这项研究的目的是开发一种用于使用电子束曝光的半导体制造设备的超精密平台系统的控制系统，该系统有望成为下一代转移光源。该精密平台的驱动执行器是新开发的非谐振超声波执行器（NRUSM），具有高控制分辨率，可以在真空气氛中连续驱动。为此，我们开发了连续轨迹跟踪控制系统（CTP控制系统），以最大限度地发挥迄今为止（第一年至第二年）执行器的性能，并且我们开发了一个简单的控制系统来处理非线性摩擦，这是一个针对摩擦驱动时存在的问题，提出了摩擦补偿方法，通过驱动频率的可变控制来改善稳速偏差性能。今年（第三年），我们提出了以下建议和验证。・在CPT控制系统中引入可变驱动频率控制 除了电压控制之外，CPT控制系统中还引入了使用增益调度控制的可变驱动频率控制。因此，对于给定的速度曲线，我们构建了一个在滤波器带内具有最佳驱动频率（即最小稳态速度偏差）和传递增益为1的控制系统，并通过实验验证了其有效性。・通过可变驱动频率控制提高连续运转耐久性 由于摩擦驱动的 NRUSM 中滑动磨损是不可避免的，因此连续运转耐久性很重要。因此，通过考虑NRUSM的驱动和滑差机制，我们提出了一种通过设置驱动频率限制（频率变化率限制）来显着提高连续运行耐久性的控制方法。・提出使用顺序自适应识别方法的新摩擦补偿方法在传统的摩擦补偿中，平台的静止条件是根据位置差导出的。使用这种方法，随着位置传感器的分辨率增加，导出平台静态条件变得困难。因此，通过在顺序自适应识别方法中引入可变遗忘元件并关注该参数，可以检测阶段特性的变化。基于此，我们提出了一种确定静态条件并进行摩擦补偿的方法，并通过实验验证了其有效性。

项目成果

アンチ・ワインドアップ補償による高速I-P位置制御系の一構成法

一种使用抗饱和补偿配置高速 I-P 位置控制系统的方法

• 发表时间: 2005
• 期刊: 電気学会論文誌D 125・1
• 作者: 橋本 誠司;橋本 誠司;Seiji Hashimoto;Seiji Hashimoto;小阪 光二
• 通讯作者: 小阪 光二

S, Hashimoto: "Ultra-Precision Stage Control Based on Friction Model of Non-Resonant Ultrasonic Motor"Proc.of the 8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC'04). (accepted)(印刷中). (2004)

S，Hashimoto：“基于非谐振超声波电机摩擦模型的超精密级控制”Proc. of the 8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC04)（已接受）（印刷中）。

非共振型超音波アクチュエータ駆動精密ステージの位置決め制御における摩擦補償法

非谐振超声执行机构驱动精密工作台定位控制的摩擦补偿方法

• 发表时间: 2006
• 期刊: 電気学会論文誌D (掲載決定)
• 作者: 橋本 誠司

Gain-Scheduled Control of a High-Precision Stage for Continuous-Path Tracking

用于连续路径跟踪的高精度级的增益调度控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.of International Power Electronics Conference (IPEC2005) S66-4
• 作者: 橋本 誠司;橋本 誠司;Seiji Hashimoto
• 通讯作者: Seiji Hashimoto

A.Forrai: "Robust active vibration suppression control with constraint on the control signal"An International Journal of Earthquake Engineering. 32巻. 1655-1676 (2003)

A.Forrai：“对控制信号进行约束的鲁棒主动振动抑制控制”国际地震工程学杂志第 32 卷。1655-1676 (2003)。