磁悬浮定位平台建模与智能控制方法研究

磁悬浮定位平台属于一类非接触式运动平台，代表着运动平台的发展方向，其相关技术是信息领域中光刻设备的核心支撑技术。磁悬浮定位平台分为悬浮位置子系统和水平位移子系统，本项目重点开展磁悬浮定位平台子系统的建模和控制方法研究。悬浮位置子系统是一个具有多输入、多输出、强耦合的非线性系统，难以精确建模，并且要求系统抗扰性强；水平位移子系统是一个具有多输入、多输出、一般耦合的非线性系统，并且要求系统定位精度高、响应速度快。本项目依据电磁学和动力学原理，开展系统建模，科学进行模型简化，进而实施系统解耦及先进控制。针对悬浮位置子系统特点和要求，拟采用自抗扰控制方法，通过配置系统结构代替极点配置实现系统综合，使其具有较强的适应性和鲁棒性；针对水平位移子系统特点和要求，拟采用神经网络自适应逆控制方法，使其具有较高的快速性和准确性。最终实现磁悬浮定位平台平稳、快速、精确的控制目标。

针对国内微电子制造行业对于精密定位装备的迫切需求，本项目研制一种多自由度磁悬浮精密定位平台。在结构设计的基础上，重点开展了系统建模与控制策略的研究。本项目提出了一种TU形结构的精密磁悬浮定位平台，并对其进行了机械结构和磁路的设计与分析，运用Maxwell 3D进行了磁场和悬浮力的有限元分析，运用Patran/Nastran进行了模态分析。该平台包括悬浮系统和水平位移系统。. 本项目建立了悬浮系统的动力学模型，针对悬浮系统具有多变量、非线性、强耦合的特点，提出一种改进自抗扰控制策略，实现解耦和抑制扰动，该策略不仅可以对系统内部和外部扰动进行观测和补偿，以实现解耦控制，而且克服了常规自抗扰控制器的非线性误差反馈控制律中非线性函数不平滑性，提高系统控制品质。仿真对比分析和试验测试表明，本文提出的这种改进自抗扰控制策略应用到悬浮系统控制中，系统响应平滑，扰动作用时波动幅度小、恢复时间短，且动子水平位置变化对悬浮系统的影响得到了有效抑制。. 本项目建立了水平位移系统的动力学模型，然后对其采用状态反馈解耦控制进行研究，研究表明状态反馈解耦控制性能受动子水平位置变化影响较大。因此，本项目研究还提出一种改进自抗扰控制策略进行水平位移系统解耦控制，并探索出相关参数整定规则。理论和仿真对比分析表明，采用改进自抗扰控制，可使水平位移系统具有定位精度高、响应速度快、鲁棒性好等优点。 . 在进行相关理论研究的基础上，研制出试验样机，并进行了性能测试，其定位精度达到1um ，能够满足微电子制造行业亚微米级定位指标的要求。