先进封装倒装装备核心伺服轴的滑模控制

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一个国家的半导体行业水平不仅关乎经济发展,甚至关乎国家安全。封装流程是半导体产业链中关键的流程之一,基于先进倒装封装工艺发展而来的先进封装倒装装备就是封装流程中的一种重要设备。鉴于当下国内外的形势与政策,对于倒装装备的核心部件和核心技术的研究,具有重大的意义。永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)因其出色的性能常常作为先进封装装备的核心运动轴。在工业使用中,PID控制是最为常见的控制方法,但PID控制对电机内部或外部环境的变化较为敏感。本文基于先进封装倒装装备的核心部件PMLSM,提出使用滑模变结构控制,研究PMLSM的控制技术。为此,本文展开了以下几方面工作:(1)在充分调研国内外关于倒装装备和PMLSM研究现状的基础上,对常用的控制方法进行了总结,介绍了倒装工艺和PMLSM作为倒装装备核心伺服轴的作用。分析了PMLSM的结构与原理,根据电流电压方程和动力学方程对PMLSM的模型进行简化,选取id=0的控制方式控制电机。借助MATLAB/Simulink的仿真功能,搭建PMLSM的仿真控制模型,以实现对算法有效性的验证。(2)基于非奇异终端滑模控制原理,设计了面向PMLSM的非奇异终端滑模控制器;并且通过仿真对比,使用该控制器后系统误差收敛的速度高于传统的线性滑模。研究了反步自适应原理,通过该方法设计出自适应非奇异终端滑模控制器;仿真结果表明控制器实现了对系统抗干扰能力的增强。并且引入边界层控制,对系统存在的抖振现象进行了抑制。(3)对于传统一阶滑模存在的抖振问题和边界层的限制,研究了高阶滑模控制。对比分析了二阶滑模的常见控制算法,并且选取了超螺旋算法进行控制器的设计。通过仿真,验证了基于超螺旋算法对于抖振现象的有效抑制。在此基础上,设计了基于超螺旋算法的滑模干扰观测器,观测器可以对外部干扰进行估计。并通过仿真,验证了干扰观测器可准确估计外部干扰。(4)搭建了实验运动平台。使用C语言实现了本文所研究的各种控制算法,并将由算法生成的文件加载到运动控制卡的DSP核中实现控制。其中包括了自适应非奇异终端滑模控制器、基于超螺旋算法的控制器和基于超螺旋算法的干扰观测器。完成了上位机操作软件的编写。经实验验证,证明了自适应非奇异终端滑模对一般非奇异终端滑模鲁棒性的增强作用以及边界层的抖振抑制作用;验证了超螺旋算法控制器定位时间和定位精度都能满足基于先进倒装封装工艺的性能目标;验证了基于超螺旋算法的干扰观测器的有效性。
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