數控超精密加工的精度控制研究和控制參數校準技術
【一】、數控超精密加工的精度控制研究
一、超精密加工以及研究的進度
精密加工是工業的核心目標，是能力展現的核心內容。在自動化背景下進行的超精密加工技術，始終是技術加工的熱點和焦點問題。數控超精密加工上，主要包含了軟件和硬件兩個方面的研究，后者的研究很加深入。在研究硬件的體系中，超精密加工的精度控制是多元化具體控制的阻礙。大理石平臺針對數控超精密加工作為研究的主要內容，涉及到加工精度的未來技術的突破，為后續的實踐和提供理論和實踐的基礎。
二、超精密加工要求及影響要素
1、在超精密切削加工階段
超精密切削是特指采用金剛石等超硬材料作為刀具的切削加工技術，其加工表面粗糙度Ra可達到幾十納米。在此加工階段，機械控制精度與材料選擇之間的互動對加工結果具有顯著的影響。提高機械精度都才用精度很高、精度誤差很小的大理石平臺作為機床導軌基座。
2、在精密磨削加工階段
利用細粒度和抄襲力度的固結磨料砂輪以及高性能的磨床上，將加工細度提高到超過0.1nm，取出磨床材料，達到加工表面粗糙度的加工方法，指數系數達到了機械結構能夠達到了較大的加工精度。不同的精度控制模式相對于加工精度和表面粗糙度，產生的精度范圍是不同的，通過排序，得到的精度從12nm到30nm不等，較佳精度可以達到原子級，精度和控制模式上表現的很加穩定，精度較高的磨削方式在穩定性上的表現從24到30，出入很大。
3、在超精密拋光加工階段
超精密拋光是利用微細磨粒的機械作用和化學作用，在軟質拋光工具或化學液、電/磁場等輔助作用下，為獲得光滑或超光滑表面，減少加工變質層，從而獲得高表而質量的加工方法。
【二】、控制參數校準技術
光刻機工作臺是多變量的控制系統，存在動力學模型非線性、各白由度強藕合的特點，大理石機械構件控制策略在工程實施過程中存在著不可避免的簡化，導致控制精度的下降。此外，工作臺長期高速運動所致的器件溫漂，部件運動過程中的松動也會造成控制參數與實際模型不匹配，進而影響控制精度。因此，需要對工作臺的運動特點進行分析，設計相應的參數校準方法，通過對控制參數的校準與標定進而補償工作臺系統中的不確定因素。
1、電動機常數校準
電動機常數負責將控制器輸出的力轉換為驅動電動機運動的電流值，基于控制系統中實測的機械傳遞函數，計算出系統的測試質量，通過測試質量與工作臺實際質量的比值，校正電動機常數，使控制器輸出力轉換為驅動電流。
2、加速度前饋控制參數校準
加速度前饋環路與位置反饋環路之問存在耦合。理論上，如果加速度前饋控制參數足夠準確，工作臺運動所需驅動力由前饋環節提供，此時，位置誤差將為零。基于上述分析，將實測反饋環路的控制力轉移到前饋環節，通過改變前饋控制參數來承擔所轉移的反饋控制力，進而起到校準前饋控制參數的目的。校準過程應該迭代進行，基于跟隨誤差較小的原則建立目標函數，并采用梯度矢量求解的方法對固定前饋控制結構中的參數進行了校準；基于工作臺的規劃加速度和實測反饋控制力，計算出轉換質量并進行疊加，實現了前饋控制參數的迭代校準。
3、解耦控制參數校準
解耦控制器是微動臺動力學模型的逆變換，由于工程實施過程中存在簡化，解耦控制參數無法與系統特性匹配。在水平向3白由度運動控制中，如果解耦參數準確，一個方向的運動對其他兩個方向的跟隨誤差不會產生影響，基于此，利用運動方向的規劃加速度和非運動方向的反饋控制力計算串擾系數，將非運動方向的反饋控制力通過解耦參數的改變(即校準過程)進行轉移；基于運動過程中非運動方向跟隨誤差較小的原則，構建目標函數并進行極值求解，對解耦控制器中的參數進行了校準。
