高速高精运动是电子制造装备的核心技术之一。在芯片封装中,随着芯片尺寸的减小,生产率要求的提高,封装设备的加速度、速度和定位精度要求越来越高。这给运动控制器的设计提出了极大的挑战。本文首先分析了封装过程中设备的运行特点,指出此运动是在两点之间快速的往复运动,并满足高精度定位要求,但对运动过程中的精度要求不高,因此可抽象为重复的快速点到点运动。接着提出了关于快速点到点运动的性能指标,最后以一个高加速度直线伺服系统——直线电机驱动的X-Y定位平台为研究对象,设计控制器使得平台能进行快速点到点高精度定位。影响高加速度系统快速高精度定位性能的两个关键因素是负载惯量和外界干扰。因为负载惯量减慢了系统的响应速度,而外界干扰降低了定位精度。本文所提出的控制算法都是围绕如何处理负载惯量和干扰的影响。设计的控制器及其性能如下:1.利用自适应控制算法计算前馈控制量以补偿负载惯量、摩擦力以及负载力对平台运动性能的影响,而利用鲁棒滑模控制器以抑制其它干扰的影响,结合两者提出了自适应鲁棒滑模控制器。控制器的自适应部分和滑模鲁棒部分可单独设计,没有耦合。在点到点运动实验中,稳态定位误差小于5μm,且响应无超调。2.将点到点运动分成高速运动和高精度定位两个阶段,在高速运动阶段,采用bang-bang控制器,以充分利用电机的加减速性能,消除负载惯量对系统响应减慢的影响,并使用重复学习算法调整bang-bang控制器的切换位置(这方面内容未见文献报导);在高精定位阶段,采用滑模控制器,抑制外界干扰的影响,实现快速高精定位。然后结合两个控制器,形成重复学习变结构控制器。实验结果显示,运动4mm,稳态定位精度在5μm之内,运动时间小于67ms,且响应无超调。3.使用级联控制器来抑制干扰,级联控制器的速度环使用PI控制器,位置环采用P控制器,在运动过程中保持不变;利用A-type ILC调整平台的轨迹命令,以补偿负载惯量和干扰的影响,即提出了轨迹调整控制算法。此控制算法适用于设备不允许用户修改控制器结构但可以修改控制器参数和期望运动轨迹的情况。结合S-曲线运动规划(最大加速度为4.07g;最大速度为0.4mm/ms),运动4mm,满足2μm定位精度的运动时间为31ms。4.针对一类相对阶数为2的系统的重复运动设计了P+A-ILC控制器。此控制器结合P控制器和A-type ILC算法,用A-ILC对负载惯量和可重复干扰的影响进行补偿,而用P控制器对系统中不可重复的外界干扰进行抑制。同文献中相关方法相比,P+A-ILC的参数更容易选择,且鲁棒性更强。实验结果显示,结合点到点之间的S-曲线运动规划(最大加速度8.15g;最大速度为0.48mm/ms),平台运动4mm,满足3μm定位精度的运动时间为27ms,此时运动平台基本达到其性能极限。本文针对影响高加速度系统快速高精定位两个关键因素——负载惯量和外界干扰给出了一般的控制策略,并依此设计了四个控制器,取得了一些研究成果,为后续研究电子制造装备的高速高精控制提供了理论和技术支撑。