抑制运动台低频扰动力的控制方法与流程

本申请属于信号处理，具体涉及一种抑制运动台低频扰动力的控制方法。

背景技术：

1、半导体精密设备中运动台的控制性能至关重要，纳米压印装备相比于传统的光刻设备，运动台与压印模块存在物理接触，因此运动台受到压印力扰动和压印模块自身振动的影响，对控制稳定性提出了更高的要求。

2、针对压印扰动通常是通过pid控制+压力前馈补偿的方式，减小对运动台控制性能的影响。

3、外部扰动力(压印力和压印模块振动)为低频随机扰动，压力前馈补偿无法对随机扰动进行有效抑制，pid控制对于低频扰动抑制能力增强的同时会降低稳定裕度，易引起运动台自身振动。

4、公开号为cn109164700a的中国专利申请文件公开了一种抑制全频扰动的控制方法，该方法包括“步骤(2)：根据附图2构建一种基于误差的扰动观测器，将改进的控制补偿器插入已有的反馈控制回路中；步骤(3)：设计科学合理的灵敏度函数从而产生新的q滤波器来有效地抑制望远镜中的振动。本发明采用一种新的方式来设计q滤波器，即从设计灵敏度函数esf(s)(esf(s)＝1-q(s))出发，反推出q滤波器的形式。”(参见其说明书第[0032]、[0033]段)，这里的“扰动观测器”实际上是通过误差信号调整反馈控制系统的结构，不是dobc，它无法独立估算扰动力，也不能进行主动扰动补偿，低通滤波器是固定参数，未涉及自适应扰动补偿，也未涉及因果性优化，其适用于光电系统的全频扰动抑制，但不具备自适应调整能力，无法根据扰动力变化进行实时调整。

5、综上所述，迫切需要开发一种能够实时估算扰动力并进行自适应补偿的控制技术，以满足运动台在低频随机扰动力作用下的高精度稳定控制需求。

技术实现思路

1、本申请旨在至少部分地解决相关技术中的上述技术问题之一。

2、为此，本申请提供了一种抑制运动台低频扰动力的控制方法，包括以下步骤：

3、基于运动台系统的控制环路，获取运动台的测量数据，确定运动台系统的被控对象传递函数p(s)，其中，所述测量数据包括系统输出y和控制输入uc；

4、在控制环路中配置扰动观测器，以确定扰动力估计值；其中，所述扰动观测器包括滤波单元；

5、基于扰动力估计值和滤波单元的传递函数q(s)确定扰动力补偿量ud；

6、基于扰动力补偿量ud对所述控制输入uc更新得到最终控制输入u，以实现对低频扰动力的补偿。

7、优选地，在扰动观测器的结构中，所述滤波单元分别设置于其两个并行支路中。

8、优选地，所述滤波单元在中低频段接近1，在高频段逐渐衰减，以实现低频扰动力补偿和高频噪声抑制。

9、优选地，所述滤波单元为二阶低通滤波器。

10、优选地，通过频谱分析扰动力估计值，进而确定需要抑制的主要扰动力频段fd。

11、优选地，所述滤波单元传递函数q(s)的设计基于过程灵敏度传递函数而确定，

12、其中，所述过程灵敏度传递函数基于系统输出与扰动力之间的响应特性，以及被控对象传递函数而确定。

13、优选地，所述滤波单元传递函数q(s)的设计还基于噪声灵敏度传递函数而确定，

14、所述噪声灵敏度传递函数基于系统输出与外部测量噪声之间的响应特性，以及被控对象的传递函数而确定。

15、优选地，进一步包括基于扰动力频谱特性调整q(s)滤波器的截止频率fc，具体包括以下步骤：

16、获取扰动力频段fd；

17、设定低频扰动力阈值fth；

18、调整q(s)滤波器的截止频率fc：

19、当fd≤fth，则设定fc＝1.2-1.5×fd；

20、当fd>fth，则保持截止频率fc为预设参考值。

21、优选地，进一步包括基于截止频率fc计算并更新滤波器的传递函数q(s)，并将更新后的q(s)应用于dobc控制环路，以提高扰动力抑制能力。

22、优选地，进一步包括基于扰动力估计值的频谱分析调整q(s)滤波器的增益g，具体包括以下步骤：

23、采集系统输出和控制输入，计算扰动力估计值；

24、对扰动力估计值进行频谱分析，提取主要扰动力频段fd及对应幅值gd；

25、依据扰动力幅值gd计算滤波器增益g；

26、依据扰动力的实时幅值gd，动态调整滤波器q(s)的增益g，使扰动力抑制强度随扰动力大小自适应变化。

27、基于上述技术方案可知，本申请相对于现有技术，至少具备如下有益效果之一：

28、1、基于扰动观测器的控制策略(dobc)，能够实时估算扰动并补偿

29、该方法采用扰动观测器(dobc)，能够实时监测系统受到的扰动力，并通过计算出等效扰动力d'，在控制信号中加入补偿量，以实现低频扰动的有效抑制。

30、传统控制方法(如pid)只能依靠固定参数进行调整，而dobc能够根据实时测量的数据动态调整补偿策略。这种策略相比传统的pid控制和前馈补偿方法，更能适应低频随机扰动的特性，增强系统的动态适应能力和抗扰能力。

31、2、q滤波器设计的优化

32、采用q(s)二阶低通滤波器进行扰动力的估计与补偿，通过调整其参数使其在低频段保持1，在高频段衰减，从而既能补偿低频扰动力，又能抑制测量噪声的影响。这一滤波器设计相比于现有技术中的单一低通滤波器或陷波滤波器，更具灵活性，可以根据不同扰动情况动态调整。

33、3、自适应扰动力补偿

34、结合实时fft频谱分析，能够根据扰动力的主频率动态调整q(s)滤波器的截止频率fc和增益g，实现自适应扰动补偿。具体而言，当扰动力频率变化或幅值漂移时，系统可同步更新滤波器参数，确保在不同工况下仍能保持最佳的扰动抑制效果。

35、本方案相比于传统方法，不仅基于扰动力的频谱特性调整fc，还通过自适应调节增益g来适配扰动力的幅值变化。这种协同优化方式能够提高扰动力的估计精度，使系统在不同扰动力水平下均能提供精准的补偿，增强扰动力抑制能力和系统稳定性。

36、4、提高系统的控制精度

37、本申请通过扰动观测器(dobc)+q(s)滤波器的控制方法，使得运动台的实际运动轨迹能够更接近设定轨迹。相比传统的pid控制和压力前馈补偿方式，dobc能够更精准地识别和补偿随机低频扰动力，从而有效减少误差幅值，有效抑制运动台在低频随机扰动力作用下的误差，提高控制精度。

38、本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

1.一种抑制运动台低频扰动力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在扰动观测器的结构中，所述滤波单元分别设置于其两个并行支路中。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述滤波单元在中低频段接近1，在高频段逐渐衰减，以实现低频扰动力补偿和高频噪声抑制。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述滤波单元为二阶低通滤波器。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过频谱分析扰动力估计值，进而确定需要抑制的主要扰动力频段fd。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：所述滤波单元传递函数q(s)的设计基于过程灵敏度传递函数而确定，

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述滤波单元传递函数q(s)的设计还基于噪声灵敏度传递函数而确定，

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，进一步包括基于扰动力频谱特性调整q(s)滤波器的截止频率fc，具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，进一步包括基于截止频率fc计算并更新滤波器的传递函数q(s)，并将更新后的q(s)应用于控制环路，以提高扰动力抑制能力。

10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，进一步包括基于扰动力估计值的频谱分析调整q(s)滤波器的增益g，具体包括以下步骤：