随着芯片产业的制程不断向前推进,芯片本身尺寸及封装尺寸越来越小,这使得芯片引脚之间的间距和焊盘的直径不断减小,对半导体封装装备提出了越来越高的要求。半导体封装装备是一种高度集成的工业自动化装备,优良的运动控制系统是实现半导体封装装备高精度、高加速度、超柔性、高鲁棒性等性能的核心。音圈电机以其物理结构简单、响应快、高加速度、力特性平滑、高可靠性等特点,在半导体封装装备中应用广泛。本论文主要围绕半导体封装装备中的音圈电机的运动控制系统设计展开。精确可靠的系统数学模型是进行电机运动控制系统设计的基础,在本项目中,采用了两种频域辨识的手段对音圈电机系统的数学模型进行了辨识。机电系统辨识属于“灰箱”辨识,需要了解系统的大致结构,为此对半导体封装装备中的两种常用的直动式与摆动式音圈电机进行了机理建模。整个音圈电机运动控制系统设计是围绕位置控制、力控制、位置/力切换控制来展开。首先,从音圈电机的结构及其工作原理入手,分别求取了直动式与摆动式音圈电机的机理模型。在驱动策略上,分析了三种驱动器方案,最后选择了单相电流驱动器作为音圈电机的驱动方案。在控制器的选择上,采用了嵌入式的运动控制器方案,该方案可以获得运动控制卡的DSP资源,方便自由开发规划算法及伺服控制算法。激励信号对系统辨识非常重要,其需要满足系统的可辨识性条件。伪随机二进制序列(PRBS)与正弦扫频信号(Sine Sweep Signal)均满足这一条件,文中对这两种信号的产生机理及性质分别进行了分析。采用FFTW计算引擎,将这两种扫频输入输出的时域信号变换到频域。以音圈电机理论数学模型为基础,采用递推最小二乘法对音圈电机系统进行了频域辨识,并且将PRBS与正弦扫频信号的辨识结果进行了对比分析。从拟合准度、迭代次数、均方误差、最终预测误差等指标来看,正弦扫频信号下的辨识结果要优于PRBS信号下的辨识结果,体现在辨识精度更高,计算迭代速度更快。但从实验采集数据规模看,正弦扫频信号远大于PRBS信号,后者在数据采集效率上有优势。音圈电机位置控制采用了前馈控制+反馈控制的两自由度控制策略,反馈控制采用了从内到外的电流环、速度环、位置环的三环嵌套控制结构。位置环反馈控制器采用了PID控制器,速度环反馈控制器采用了IP控制器。采用了两种控制策略来实现前馈控制,分别为基于直接前馈补偿控制与基于迭代学习的前馈控制。实验表明直接前馈补偿策略的效果优于迭代学习控制的前馈补偿策略,但前者的控制器设计复杂,计算量庞大,控制器的通用性不好,后者的控制性能虽然没有前者优,但是迭代学习控制无需复杂的计算,并且迭代收敛可靠,通用性更好。采用开环力控制作为音圈电机力控制策略,结合半导体封装装备的工艺特点,将梯形力规划作为开环力控制的规划算法。在位置-力切换条件的选择上,比较了位置特征、位置误差特征、速度特征等切换条件。速度特征比前两者容错性更好,反应更加迅速,切换效率更高。最终选择速度特征作为位置-力控制模式的切换条件。通过单次实验与多次循环实验对上述策略进行了综合验证,实验结果符合预期。