新型代理滑模控制在大行程奈米定位系統之應用

A Novel Proxy-Based Sliding Mode Control for Long Stroke Nanopositioning System

為了配合3C產業的產品趨向精細化,這些場合也針對定位的行程提出越來越高的要求,在半導體加工領域,晶圓的尺寸已經達到300 mm,這就說明曝光機的行程至少需要300 mm,而定位精度必須達到幾十個奈米,於是自動化生產線中的大行程精密定位更顯重要,因傳統精密定位皆為短行程的精密定位,如電子顯微鏡定位平台、磁浮系統等,若能發展大行程精密定位系統,相信更能滿足實際產業的需求。本研究以氣壓伺服及壓電致動器作為系統的設計與驅動元件,藉由所提出之控制方法具有良好之控制性能及不需透過軌跡規劃,也能使系統達到奈米定位,並設計解耦合控制器,使氣壓伺服結合壓電致動器整合控制,最終定位精度可達10 nm。

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特點:

  1. 結合氣壓伺服系統與壓電致動器之優點,開發長行程、高精度的大行程奈米定位系統。

  2. 不需透過軌跡規劃,也能達到高精度定位性能,可減輕上位控制器處理運算之能力。

  3. 多輸入系統各元件間結構相互產生耦合的問題。

創新:

改善機械式無桿氣壓缸摩擦力過大及氣體洩漏的問題,採用摩擦力較小且無氣體洩漏問題的磁耦式無桿氣壓缸作為氣動伺服系統的致動器,進行大行程的粗定位;以雙輸入單輸出(Dual-Input Single-Output, DISO)的架構進行控制,發展大行程奈米定位系統。

氣壓伺服系統

長行程由氣壓伺服系統組成,相對於馬達及液壓致動器來說,氣壓驅動具有結構簡單、清潔安全、維護容易及安裝方便等優點。使其在工業領域上的應用越來越廣泛,其中又因低成本而被工業界廣泛使用。

壓電致動器系統

壓電材料具有高剛性、反應速度快等優點,且尺寸小,因此常被應用於奈米定位相關之技術,主要進行粗定位後的微量誤差補償。

嵌入式控制系統

NI myRIO為可攜帶之嵌入式控制器,在體積及便利性上,更勝以往龐大的控制監測系統,且面臨到各地環境不同的情況,NI myRIO 能隨系統環境移動,隨時調整,同時進行監控。

Achievements

  1. 技術移轉: 慶良電子股份有限公司(先期技術授權)、全球傳動科技股份有限公司