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。

The purpose of this study is to develop ultra-precision system for semiconductor manufacturing devices using electron beam exposure as a light source for next generation writing. The precision ultrasonic technology uses high resolution energy, vacuum vibration, continuous vibration, and newly developed non-resonant ultrasonic (NRUSM). The purpose of this paper is to propose a simple friction compensation method for solving the problem of friction motion, and to improve the steady-state velocity deviation performance of the variable control of the number of motion cycles. This year (three years), the following proposals are submitted: CPT control system can control the frequency of the input voltage control system, and the frequency of the input voltage control system can be controlled by CPT control system. The optimal number of dynamic cycles (minimum deviation from steady speed) is obtained by constructing a control system in the range of 1 ° to 1 °, which is effective and reliable. The number of dynamic cycles can be changed to control the continuous running durability and improve the friction type of NRUSM. This paper proposes a control method for greatly improving the running durability of NRUSM by considering the limit of cycle number of NRUSM (limit of cycle number variation rate). A new friction compensation method is proposed for the application of the successive method. This method is difficult to derive from the static condition of the high resolution energy of the position vector. This is the first time that a person has ever been involved in a project. The basic conditions for determining friction compensation are proposed, and the characteristics of friction compensation are verified.

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

Variable Frequency Control for SPIDER-Driven Ultra-Precision Stages

用于 SPIDER 驱动超精密平台的变频控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.of the 16th International Federation of Automatic Control World Congress (IFAC'05) Mo-E16 TO/5
• 作者: 橋本 誠司;橋本 誠司;Seiji Hashimoto;Seiji Hashimoto
• 通讯作者: Seiji Hashimoto