【一】、數(shù)控超加工的精度控制研究

　　一、超加工以及研究的進(jìn)度

　　加工是工業(yè)的核心目標(biāo)，是能力展現(xiàn)的核心內(nèi)容。在自動化背景下進(jìn)行的超加工技術(shù)，始終是技術(shù)加工的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題。數(shù)控超加工上，主要包含了軟件和硬件兩個方面的研究，后者的研究很加深入。在研究硬件的體系中，超加工的精度控制是多元化具體控制的阻礙。大理石平臺針對數(shù)控超加工作為研究的主要內(nèi)容，涉及到加工精度的未來技術(shù)的突破，為后續(xù)的實(shí)踐和提供理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。

　　二、超加工要求及影響要素

　　1、在超切削加工階段

　　超切削是特指采用金剛石等超硬材料作為刀具的切削加工技術(shù)，其加工表面粗糙度Ra可達(dá)到幾十納米。在此加工階段，機(jī)械控制精度與材料選擇之間的互動對加工結(jié)果具有顯著的影響。提高機(jī)械精度都才用精度很高、精度誤差很小的大理石平臺作為機(jī)床導(dǎo)軌基座。

　　2、在磨削加工階段

　　利用細(xì)粒度和抄襲力度的固結(jié)磨料砂輪以及的磨床上，將加工細(xì)度提高到超過0.1nm，取出磨床材料，達(dá)到加工表面粗糙度的加工方法，指數(shù)系數(shù)達(dá)到了機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到了較大的加工精度。不同的精度控制模式相對于加工精度和表面粗糙度，產(chǎn)生的精度范圍是不同的，通過排序，的精度從12nm到30nm不等，較佳精度可以達(dá)到原子級，精度和控制模式上表現(xiàn)的很加穩(wěn)定，精度較高的磨削方式在穩(wěn)定性上的表現(xiàn)從24到30，出入很大。

　　3、在超拋光加工階段

　　超拋光是利用微細(xì)磨粒的機(jī)械作用和化學(xué)作用，在軟質(zhì)拋光工具或化學(xué)液、電/磁場等輔助作用下，為獲得光滑或超光滑表面，減少加工變質(zhì)層，從而獲得高表而質(zhì)量的加工方法。

　　【二】、控制參數(shù)校準(zhǔn)技術(shù)

　　光刻機(jī)工作臺是多變量的控制系統(tǒng)，存在動力學(xué)模型非線性、各白由度強(qiáng)藕合的特點(diǎn)，大理石機(jī)械構(gòu)件控制策略在工程實(shí)施過程中存在著不可避免的簡化，導(dǎo)致控制精度的下降。此外，工作臺長期高速運(yùn)動所致的器件溫漂，部件運(yùn)動過程中的松動也會造成控制參數(shù)與實(shí)際模型不匹配，進(jìn)而影響控制精度。因此，需要對工作臺的運(yùn)動特點(diǎn)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)校準(zhǔn)方法，通過對控制參數(shù)的校準(zhǔn)與標(biāo)定進(jìn)而補(bǔ)償工作臺系統(tǒng)中的不確定因素。

　　1、電動機(jī)常數(shù)校準(zhǔn)

　　電動機(jī)常數(shù)負(fù)責(zé)將控制器輸出的力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)動的電流值，基于控制系統(tǒng)中實(shí)測的機(jī)械傳遞函數(shù)，計(jì)算出系統(tǒng)的測試質(zhì)量，通過測試質(zhì)量與工作臺實(shí)際質(zhì)量的比值，校正電動機(jī)常數(shù)，使控制器輸出力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電流。

　　2、加速度前饋控制參數(shù)校準(zhǔn)

　　加速度前饋環(huán)路與位置反饋環(huán)路之問存在耦合。理論上，如果加速度前饋控制參數(shù)足夠準(zhǔn)確，工作臺運(yùn)動所需驅(qū)動力由前饋環(huán)節(jié)提供，此時，位置誤差將為零?；谏鲜龇治觯瑢?shí)測反饋環(huán)路的控制力轉(zhuǎn)移到前饋環(huán)節(jié)，通過改變前饋控制參數(shù)來承擔(dān)所轉(zhuǎn)移的反饋控制力，進(jìn)而起到校準(zhǔn)前饋控制參數(shù)的目的。校準(zhǔn)過程應(yīng)該迭代進(jìn)行，基于跟隨誤差較小的原則建立目標(biāo)函數(shù)，并采用梯度矢量求解的方法對固定前饋控制結(jié)構(gòu)中的參數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)；基于工作臺的規(guī)劃加速度和實(shí)測反饋控制力，計(jì)算出轉(zhuǎn)換質(zhì)量并進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)了前饋控制參數(shù)的迭代校準(zhǔn)。

　　3、解耦控制參數(shù)校準(zhǔn)

　　解耦控制器是微動臺動力學(xué)模型的逆變換，由于工程實(shí)施過程中存在簡化，解耦控制參數(shù)無法與系統(tǒng)特性匹配。在水平向3白由度運(yùn)動控制中，如果解耦參數(shù)準(zhǔn)確，一個方向的運(yùn)動對其他兩個方向的跟隨誤差不會產(chǎn)生影響，基于此，利用運(yùn)動方向的規(guī)劃加速度和非運(yùn)動方向的反饋控制力計(jì)算串?dāng)_系數(shù)，將非運(yùn)動方向的反饋控制力通過解耦參數(shù)的改變(即校準(zhǔn)過程)進(jìn)行轉(zhuǎn)移；基于運(yùn)動過程中非運(yùn)動方向跟隨誤差較小的原則，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行極值求解，對解耦控制器中的參數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)。