晶圆级倒装装备运动平台的自抗扰控制研究

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晶圆级倒装装备作为一种用于晶圆级倒装芯片焊接的先进封装设备,需达到高精度、高产能的封装要求,而高性能的运动控制系统是其完成高品质封装的关键。自抗扰控制技术是一种可以主动观测并补偿扰动的新型控制技术,其核心思想是将被控对象的未知动态及外部扰动统统归为总扰动,对其进行估计并加以补偿,从而将被控对象转化为理想结构进行控制。为了提高晶圆级倒装装备运动平台控制系统的跟踪性能及抗扰能力,本文研究了自抗扰控制技术在晶圆级倒装装备核心运动平台中的应用,主要研究内容如下:(1)针对运动平台精密定位控制要求,对运动平台伺服系统采用三闭环控制结构,并引入前馈控制器提高系统的跟踪性能。(2)对运动平台伺服系统进行开环建模,被控对象包括驱动器和直线电机。对直线电机进行机理分析,建立其数学模型,并结合驱动器环节推导出驱动器电压到直线电机位移之间的传递函数,将其零极点信息作为系统辨识的依据。通过正弦扫频实验获取系统的开环输入输出数据,并利用MATLAB系统辨识工具箱辨识得到被控对象的传递函数模型。(3)对伺服系统速度环自抗扰控制进行研究,利用相对阶的概念设计了一阶自抗扰控制器代替高阶自抗扰控制器,简化了控制器的设计并减轻了参数整定的负担。基于运动平台控制系统采用S型点位轨迹规划的情况,省去了自抗扰控制器中前向通道的跟踪微分器。针对直线电机速度反馈信号噪声较大的问题,将具有滤波功能的跟踪微分器添加到速度反馈通道,并采用微分预报算法补偿了跟踪微分器滤波所导致的相位损失。仿真结果表明,速度环采用该自抗扰控制器能使系统获得较好的速度控制性能及抗扰能力。(4)以速度环自抗扰控制器为基础研究位置环的自抗扰控制,对位置环采用了适用于大部分工程对象的二阶线性自抗扰控制器。设计了传统线性自抗扰控制器,并利用对象阶跃响应的初始加速度确定了关键参数(70。仿真结果表明位置环采用传统线性自抗扰控制器动态响应不够快,为此进一步研究了引入速度信号的控制律,并利用速度环反馈通道跟踪微分器所能提供的加速度信号提出了引入加速度误差的控制律。仿真结果表明,采用引入速度信号及引入加速度误差的控制律都能有效改善线性自抗扰控制器的跟踪性能并满足运动平台的控制要求,其中引入加速度误差的线性自抗扰控制器跟踪性能最好,而采用线性自抗扰控制器的系统均比采用传统PID的系统具有更强的扰动抑制能力。
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