CN113472253A - 一种半导体封装控制系统的控制方法 - Google Patents

一种半导体封装控制系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种半导体封装控制系统的控制方法，属于半导体技术领域。本发明首先基于PID/PI/PI控制位置环、速度环和电流环，在此基础上以控制对象、电流环和速度环作为一个控制整体，在位置环加入加速度和速度前馈提高系统响应能力，保证“目标跟踪特性”性能，同时也在位置环加入特定的干扰观测器，提高内部干扰和外部干扰的抑制能力，实现“外扰抑制特性”性能。

Description

一种半导体封装控制系统的控制方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体封装控制系统的控制方法。
背景技术
在集成电路制造中，小型化、多引脚、细间距的芯片对封装设备运动控制系统的响应能力、定位精度、定位时间等伺服性能要求极高，往往需要运动平台在极短时间内快速、平稳、精确地运行到给定目标位置。然而，在快速启停的高速高精点到点运动过程中，外部干扰、机械共振及控制系统本身的非线性因素均不同程度地影响着系统的伺服性能，直接影响到封装设备控制系统的定位精度和定位时间，因此系统伺服控制策略是芯片封装控制系统的核心难点。
在中国专利申请文献CN102237101A中，提供了一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法，该伺服控制器具有一个滑模变结构控制运算模块，其伺服控制方法是由所述DSP模块输出下一时刻位置指令R(s)和当前位置信号X(s)至滑模变结构控制运算模块，经数据处理输出电压控制信号u(s)。但该方法中滑模变结构控制的“抖振”现象，切换面的不连续性并没有很好的提出和解决，会影响运行的整体性能。
在中国专利申请文献CN105867113A中，提出了一种涉及卫星跟踪的伺服控制方法，该方法应用卡尔曼滤波算法对采集的误差信号进行数据平滑，接着采用模糊PID算法指定模糊规则表，根据模糊规则表调节PID运算参数对数据平滑处理后的误差信号进行PID运算，得到伺服驱动信号，有效提高目标信号的自动跟踪精度和效率。但该方法应用于实时性能和精度要求更高的半导体封装设备控制中，其控制和定位精度，快速启停的高速高精运动性能会稍显不足。
基于文献的分析，伺服控制方法是众多控制系统的重要技术瓶颈，然而不同场合的伺服控制方法需要根据各自应用特点进行不同程度改进。
当运动机构和电气系统确定后，半导体封装设备能否在高加速度高速动态运行下实现快速精确定位控制完全取决于控制系统的性能，特别是系统的伺服控制性能。而从伺服控制的角度看，高精度、高加速度和运动时间短显然是一组难以调和的矛盾，当运动距离一定时，运行时间短势必要求高加速度，而高加速度又会延长系统的稳定时间和降低运动平台的定位精度，反之亦然。因此对高速高精半导体封装装备控制系统的控制方法研究十分必要。
基于半导体封装设备对高速、高加速、高精运动的高要求，设备控制系统的伺服控制技术至关重要。传统的PID控制结构简单、参数调谐方便、鲁棒性好、工作可靠，是自动化领域应用的主要控制方法之一，然而传统PID控制自身也存在着一定的局限性，难以同时兼顾“目标跟踪特性”和“外扰抑制特性”，即难以在高速高加速高精运动中抵消外部干扰的同时实现极低的跟随误差完成指令运动。
现有技术在半导体封装控制中多存在以下不足：
1.现有技术采用速度加速度前馈等改进PID技术，不能良好解决半导体封装设备中的外部干扰问题；
2.现有技术采用模糊算法、神经网络算法等智能算法控制手段时，不能良好解决半导体封装设备中高速、高加速、高精和高频启停定位等性能要求；
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明在传统PID基础上，针对半导体封装设备对高速高加速高精运动要求，采用新改进算法，重点解决半导体封装设备直线电机的控制技术难题，首先基于PID/PI/PI控制位置环、速度环和电流环，在此基础上以控制对象、电流环和速度环作为一个控制整体，在位置环加入加速度和速度前馈提高系统响应能力，保证“目标跟踪特性”性能，同时也在位置环加入特定的干扰观测器，提高内部干扰和外部干扰的抑制能力，实现“外扰抑制特性”性能。
本发明基于传统的PID原理实现改进，首先经控制对象(直线电机)和电流环和速度环固化不变，作为整体的新的控制对象，传统的PID控制的话其控制对象仅是直线电机；其次在新的控制对象为基础，在其位置环控制处并列加入提出的速度和加速度控制模型，提高系统响应能力，达到高速高加速和低跟踪误差；再次加入提出的干扰观测器模型，实现内外部干扰抑制，实现低跟踪误差和高精定位。基于这两个手段解决直线电机控制技术难题。
本发明提供了一种半导体封装控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数GV(s)；
步骤2，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数；
步骤3，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)；
步骤4，建立加入专用干扰观测器的传递函数；
步骤5，综合速度加速度前馈、位置环PID控制、干扰观测器模型控制，建立控制系统的直线电机位移输出y表达式为：
Figure BDA0003151717570000021
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
Gp为位置环传递函数；
Figure BDA0003151717570000031
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数；
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms；
Q(s)为滤波器传递函数。
优选地，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)具体如下：
Figure BDA0003151717570000032
式中：
GV(s)为固化控制内核函数；
Gp为位置环传递函数；
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数。
优选地，建立加入专用干扰观测器的传递函数具体包括如下步骤：
根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器；
根据建立的干扰观测器，建立参考输入u到系统输出y的传递函数Guy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000041
根据建立的干扰观测器，建立系统低频干扰d到系统输出y的传递函数Gdy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000042
根据建立的干扰观测器，建立系统高频干扰ξ到系统输出y的传递函数Gξy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000043
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
ξ为系统高频干扰；
y为系统输出；
Q(s)为滤波器传递函数。
优选地，滤波器Q(s)为二项式低通滤波器，其表达式如下：
Figure BDA0003151717570000044
其中，
τ为时间常数，是Q(s)的唯一可调参数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
优选地，根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器具体包括如下步骤：
设定u为带干扰观测器基本模型的参考输入，其值为得到的速度加速度前瞻Kafs2、Kvfs2与位置环控制输出GPID(s)之和；
设定d为系统低频干扰，ξ为系统高频干扰，Q(s)为滤波器，GV(s)为已建立的控制内核模型，
Figure BDA0003151717570000051
是控制对象标称模型Gn(s)逆，y为系统输出；
取Gn(s)＝GV(s)。在实际应用时，通常取控制内核仿真模型与标称模型非常接近，即Gn(s)＝GV(s)。
优选地，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数具体包括如下步骤：
建立控制系统中直线电机平台的数学模型；
基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数。
优选地，建立控制系统中直线电机平台的数学模型，公式如下：
Figure BDA0003151717570000052
其中，
GM控制系统中直线电机平台的输出；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
Kf是直线电机力常数(单位：N/A)；
m是直线电机移动质量(单位：kg)；
B是粘滞摩擦系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
优选地，基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
电流环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000053
建立采用PI控制电流环的传递函数GI(S)为：
Figure BDA0003151717570000054
其中，
Kip为电流环控制的比例系数；
Kii为积分系数；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
Gi为电流环的输出；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
优选地，基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数；
速度环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000061
建立采用PI控制速度环的传递函数GV(S)为：
Figure BDA0003151717570000062
其中，
Kvp为速度环控制的比例系数；
Kvi为积分系数；
Gv为速度环的输出；
B2＝KfKvpKip；
B1＝Kf(KviKip+KvpKii)；
B0＝KfKviKii；
A4＝mL；
A3＝mR+BL+mKip；
A2＝BR+mKii+BKip+Kf(Ke+KvpKip)；
A1＝BKii+Kf(KipKvi+KvpKii)；
A0＝KfKviKii；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
优选地，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数，具体包括如下步骤：
位置环的PID控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000071
建立采用PID控制位置环的传递函数为：
Figure BDA0003151717570000072
其中，
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
Gp为位置环输出；
D4＝KppB2；
D3＝KppB2+KpdB1；
D2＝KppB1+KpiB2+KpdB0；
D1＝KppB0+KpiB1；
D0＝KpiB0；
C6＝A4；
C5＝A3；
C4＝A2+KPdB2；
C3＝A1+KppB2+KpdB1；
C2＝A0+KppB1+KpiB2+KpdB0；
C1＝KppB0+KPiB1；
C0＝KpiB0；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：
1.本发明基于PID/PI/PI控制位置环、速度环和电流环，在此基础上以控制对象、电流环和速度环作为一个控制整体，在位置环加入加速度和速度前馈提高系统响应能力，保证“目标跟踪特性”性能，达到半导体封装设备对运动的高速高加速快速定位要求；
2.本发明在位置环加入特定的干扰观测器，提高内部干扰和外部干扰的抑制能力，保证“外扰抑制特性”性能，实现高精定位。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的系统控制结构图；
图2为本发明的一个实施例的系统控制结构简图；
图3为本发明的一个实施例的控制系统框架图；
图4为本发明的一个实施例的控制方法流程图。
图中：
1-速度加速度前馈，2-干扰观测器，3-位置环控制，4-控制内核，5-上位机，6-运动控制器，71-X轴伺服驱动器，72-Y轴伺服驱动器，73-Z轴伺服驱动器，81-X轴直线电机，82-Y轴直线电机，83-Z轴直线电机。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细的说明。
如图3所示，为半导体封装控制系统的一个实施例。该控制系统包含了上位机5，运动控制器6，X轴伺服驱动器71，Y轴伺服驱动器72，Z轴伺服驱动器73，X轴直线电机81，Y轴直线电机82，Z轴直线电机83。
上位机5可以为PC电脑，在PC电脑上运行有上位机控制程序，上位机5通过网线电缆与运动控制器6连接，运动控制器6基于EtherCat总线协议通过网线电缆分别与X轴伺服驱动器71、Y轴伺服驱动器72和Z轴伺服驱动器73连接，X轴伺服驱动器71以模拟量电压的信号电缆与X轴直线电机81连接，Y轴伺服驱动器72以模拟量电压的信号电缆与Y轴直线电机82连接，Z轴伺服驱动器73以模拟量电压的信号电缆与Z轴直线电机83连接。
X轴伺服驱动器71、Y轴伺服驱动器72和Z轴伺服驱动器73中均包含3个软件功能模块，分别是参数管理、状态管理和电机控制；参数管理功能模块用于伺服驱动器的伺服参数设置，状态管理功能模块用于伺服驱动器程序状态管理，电机控制功能模块是伺服驱动器核心模块，用于伺服驱动器的电机控制技术实现。
此处伺服参数主要是指通用的电子齿轮比、控制模式、滤波参数等，使用前设置好；
状态管理只要是指伺服驱动器的运行状态，比如运动模式、运动启停状态、运动报警状态、内部系统状态等；
参数管理、状态管理和电机控制模块三大模块构成了伺服驱动软件系统，电机控制模块与参数管理模块存在参数数据交互，电机控制模块与状态管理模块存在状态数据交互；
本发明提供的半导体封装控制系统的控制方法，在X轴伺服驱动器71、Y轴伺服驱动器72和Z轴伺服驱动器73中的电机控制功能模块实现。
控制方法最后得到是直线电机位移输出y，用于伺服驱动器对直线电机的控制输出，r是指令值，y是经过控制算法后实际输出值，s拉普拉斯变换中间变量，此处可关联为时间。
本发明提供了一种半导体封装控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数GV(s)；
步骤2，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数；
步骤3，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)；
步骤4，建立加入专用干扰观测器的传递函数；
步骤5，综合速度加速度前馈、位置环PID控制、干扰观测器模型控制，建立控制系统的直线电机位移输出y表达式为：
Figure BDA0003151717570000091
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
Gp为位置环传递函数；
Figure BDA0003151717570000092
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数；
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms；
Q(s)为滤波器传递函数。
根据本发明的一个具体实施方案，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)具体如下：
Figure BDA0003151717570000101
式中：
GV(s)为固化控制内核函数；
Gp为位置环传递函数；
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数。
根据本发明的一个具体实施方案，建立加入专用干扰观测器的传递函数具体包括如下步骤：
根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器；
根据建立的干扰观测器，建立参考输入u到系统输出y的传递函数Guy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000102
根据建立的干扰观测器，建立系统低频干扰d到系统输出y的传递函数Gdy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000103
根据建立的干扰观测器，建立系统高频干扰ξ到系统输出y的传递函数Gξy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000111
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
ξ为系统高频干扰；
y为系统输出；
Q(s)为滤波器传递函数。
根据本发明的一个具体实施方案，滤波器Q(s)为二项式低通滤波器，其表达式如下：
Figure BDA0003151717570000112
其中，
τ为时间常数，是Q(s)的唯一可调参数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
根据本发明的一个具体实施方案，根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器具体包括如下步骤：
设定u为带干扰观测器基本模型的参考输入，其值为得到的速度加速度前瞻Kafs2、Kvfs2与位置环控制输出GPID(s)之和；
设定d为系统低频干扰，ξ为系统高频干扰，Q(s)为滤波器，GV(s)为已建立的控制内核模型，
Figure BDA0003151717570000113
是控制对象标称模型Gn(s)逆，y为系统输出；
取Gn(s)＝GV(s)。在实际应用时，通常取控制内核仿真模型与标称模型非常接近，即Gn(s)＝GV(s)。
根据本发明的一个具体实施方案，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数具体包括如下步骤：
建立控制系统中直线电机平台的数学模型；
基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数。
根据本发明的一个具体实施方案，建立控制系统中直线电机平台的数学模型，公式如下：
Figure BDA0003151717570000121
其中，
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
Kf是直线电机力常数(单位：N/A)；
m是直线电机移动质量(单位：kg)；
B是粘滞摩擦系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
根据本发明的一个具体实施方案，基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
电流环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000122
建立采用PI控制电流环的传递函数GI(S)为：
Figure BDA0003151717570000123
其中，
Kip为电流环控制的比例系数；
Kii为积分系数；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
Gi为电流环的输出；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
根据本发明的一个具体实施方案，基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数；
速度环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000131
建立采用PI控制速度环的传递函数GV(S)为：
Figure BDA0003151717570000132
其中，
Kvp为速度环控制的比例系数；
Kvi为积分系数；
Gv为速度环的输出；
B2＝KfKvpKip；
B1＝Kf(KviKip+KvpKii)；
B0＝KfKviKii；
A4＝mL；
A3＝mR+BL+mKip；
A2＝BR+mKii+BKip+Kf(Ke+KvpKip)；
A1＝BKii+Kf(KipKvi+KvpKii)；
A0＝KfKviKii；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
根据本发明的一个具体实施方案，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数，具体包括如下步骤：
位置环的PID控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000133
建立采用PID控制位置环的传递函数为：
Figure BDA0003151717570000141
其中，
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
Gp为位置环输出；
D4＝KppB2；
D3＝KppB2+KpdB1；
D2＝KppB1+KpiB2+KpdB0；
D1＝KppB0+KpiB1；
D0＝KpiB0；
C6＝A4；
C5＝A3；
C4＝A2+KPdB2；
C3＝A1+KppB2+KpdB1；
C2＝A0+KppB1+KpiB2+KpdB0；
C1＝KppB0+KPiB1；
C0＝KpiB0；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
实施例1
根据本发明的一个具体实施方案，对本发明的半导体封装控制系统的控制方法中建立加入专用干扰观测器的传递函数的步骤进行详细说明。
根据本发明的一个具体实施方案，建立加入专用干扰观测器的传递函数具体包括如下步骤：
根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器，具体包括如下步骤：
设定u为带干扰观测器基本模型的参考输入，其值为得到的速度加速度前瞻Kafs2、Kvfs2与位置环控制输出GPID(s)之和；
设定d为系统低频干扰，ξ为系统高频干扰，Q(s)为滤波器，GV(s)为已建立的控制内核模型，
Figure BDA0003151717570000151
是控制对象标称模型Gn(s)逆，y为系统输出；
取Gn(s)＝GV(s)。在实际应用时，通常可取控制内核仿真模型与标称模型非常接近，即Gn(s)＝GV(s)。
根据建立的干扰观测器，建立参考输入u到系统输出y的传递函数Guy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000152
根据建立的干扰观测器，建立系统低频干扰d到系统输出y的传递函数Gdy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000153
根据建立的干扰观测器，建立系统高频干扰ξ到系统输出y的传递函数Gξy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000154
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
ξ为系统高频干扰；
y为系统输出；
Q(s)为滤波器传递函数；Q(s)为二项式低通滤波器，其表达式如下：
Figure BDA0003151717570000161
其中，
τ为时间常数，是Q(s)的唯一可调参数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
实施例2
根据本发明的一个具体实施方案，对本发明的半导体封装控制系统的控制方法中基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数的步骤进行详细说明。
基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数GV(s)具体包括如下步骤：
建立控制系统中直线电机平台的数学模型，公式如下：
Figure BDA0003151717570000162
其中，
GM控制系统中直线电机平台的输出；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
Kf是直线电机力常数(单位：N/A)；
m是直线电机移动质量(单位：kg)；
B是粘滞摩擦系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；电流环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000163
建立采用PI控制电流环的传递函数GI(S)为：
Figure BDA0003151717570000171
其中，
Kip为电流环控制的比例系数；
Kii为积分系数；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
Gi为电流环的输出；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数；
速度环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000172
建立采用PI控制速度环的传递函数GV(S)为：
Figure BDA0003151717570000173
其中，
Kvp为速度环控制的比例系数；
Kvi为积分系数；
Gv为速度环的输出；
B2＝KfKvpKip；
B1＝Kf(KviKip+KvpKii)；
B0＝KfKviKii；
A4＝mL；
A3＝mR+BL+mKip；
A2＝BR+mKii+BKip+Kf(Ke+KvpKip)；
A1＝BKii+Kf(KipKvi+KvpKii)；
A0＝KfKviKii；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
实施例3
根据本发明的一个具体实施方案，对本发明的半导体封装控制系统的控制方法中基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数的步骤进行详细说明。
基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数，具体包括如下步骤：
位置环的PID控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000181
建立采用PID控制位置环的传递函数GPID(S)为：
Figure BDA0003151717570000182
其中，
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
Gp为位置环输出；
D4＝KppB2；
D3＝KppB2+KpdB1；
D2＝KppB1+KpiB2+KpdB0；
D1＝KppB0+KpiB1；
D0＝KpiB0；
C6＝A4；
C5＝A3；
C4＝A2+KPdB2；
C3＝A1+KppB2+KpdB1；
C2＝A0+KppB1+KpiB2+KpdB0；
C1＝KppB0+KPiB1；
C0＝KpiB0；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
实施例4
根据本发明的一个具体实施方案，对本发明的半导体封装控制系统的控制方法进行详细说明。
本发明提供了一种半导体封装控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数，具体包括如下步骤：
建立控制系统中直线电机平台的数学模型，公式如下：
Figure BDA0003151717570000191
其中，
GM控制系统中直线电机平台的输出；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
Kf是直线电机力常数(单位：N/A)；
m是直线电机移动质量(单位：kg)；
B是粘滞摩擦系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数：
电流环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000201
建立采用PI控制电流环的传递函数GI(S)为：
Figure BDA0003151717570000202
其中，
Kip为电流环控制的比例系数；
Kii为积分系数；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
Gi为电流环的输出；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数：
速度环的PI控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000203
建立采用PI控制速度环的传递函数GV(S)为：
Figure BDA0003151717570000204
其中，
Kvp为速度环控制的比例系数；
Kvi为积分系数；
Gv为速度环的输出；
B2＝KfKvpKip；
B1＝Kf(KviKip+KvpKii)；
B0＝KfKviKii；
A4＝mL；
A3＝mR+BL+mKip；
A2＝BR+mKii+BKip+Kf(Ke+KvpKip)；
A1＝BKii+Kf(KipKvi+KvpKii)；
A0＝KfKviKii；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
步骤2，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数，具体包括如下步骤：
位置环的PID控制表达式为：
Figure BDA0003151717570000211
建立采用PID控制位置环的传递函数GPID(S)为：
Figure BDA0003151717570000212
其中，
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
Gp为位置环输出；
D4＝KppB2；
D3＝KppB2+KpdB1；
D2＝KppB1+KpiB2+KpdB0；
D1＝KppB0+KpiB1；
D0＝KpiB0；
C6＝A4；
C5＝A3；
C4＝A2+KPdB2；
C3＝A1+KppB2+KpdB1；
C2＝A0+KppB1+KpiB2+KpdB0；
C1＝KppB0+KPiB1；
C0＝KpiB0；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
步骤3，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)，加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)具体如下：
Figure BDA0003151717570000221
式中：
GV(s)为固化控制内核函数；
Gp为位置环传递函数；
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数。
步骤4，建立加入专用干扰观测器的传递函数，具体包括如下步骤：
根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器，具体包括如下步骤：
设定u为带干扰观测器基本模型的参考输入，其值为得到的速度加速度前瞻Kafs2、Kvfs2与位置环控制输出GPID(s)之和,设定d为系统低频干扰，ξ为系统高频干扰，Q(s)为滤波器，GV(s)为已建立的控制内核模型，
Figure BDA0003151717570000222
是控制对象标称模型Gn(s)逆，y依然为系统输出，在实际应用时，通常可取控制内核仿真模型与标称模型非常接近，即Gn(s)＝GV(s)
根据建立的干扰观测器，建立参考输入u到系统输出y的传递函数Guy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000231
根据建立的干扰观测器，建立系统低频干扰d到系统输出y的传递函数Gdy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000232
根据建立的干扰观测器，建立系统高频干扰ξ到系统输出y的传递函数Gξy(S)，传递函数如下所示：
Figure BDA0003151717570000233
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
ξ为系统高频干扰；
y为系统输出；
Q(s)为滤波器传递函数；Q(s)为二项式低通滤波器，其表达式如下：
Figure BDA0003151717570000234
其中，
τ为时间常数，是Q(s)的唯一可调参数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
步骤5，综合速度加速度前馈、位置环PID控制、干扰观测器模型控制，建立位移输出y表达式为：
Figure BDA0003151717570000235
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
Gp为位置环传递函数；
Figure BDA0003151717570000241
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数；
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms；
Q(s)为滤波器传递函数；
以建立的传递函数GV(s)作为固化控制内核函数，进行控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数GV(s)；
步骤2，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数Gp；
步骤3，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)；
步骤4，建立加入专用干扰观测器的传递函数；
步骤5，综合速度加速度前馈、位置环PID控制、干扰观测器模型控制，建立控制系统的直线电机位移输出y表达式为：
Figure FDA0003151717560000011
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
Gp为位置环传递函数；
Figure FDA0003151717560000012
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数；
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms；
Q(s)为滤波器传递函数。
2.根据权利要求1所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，建立加入速度和加速度前馈控制的传递函数Gry(s)具体如下：
Figure FDA0003151717560000013
式中：
GV(s)为固化控制内核函数；
Gp为位置环传递函数；
Kaf是加速度前馈系数；
Kvf是速度前馈系数。
3.根据权利要求1所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，建立加入专用干扰观测器的传递函数具体包括如下步骤：
根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器；
根据建立的干扰观测器，建立参考输入u到系统输出y的传递函数Guy(S)，传递函数如下所示：
Figure FDA0003151717560000021
根据建立的干扰观测器，建立系统低频干扰d到系统输出y的传递函数Gdy(S)，传递函数如下所示：
Figure FDA0003151717560000022
根据建立的干扰观测器，建立系统高频干扰ξ到系统输出y的传递函数Gξy(S)，传递函数如下所示：
Figure FDA0003151717560000023
其中，
GV(s)为固化控制内核函数；
Gn(s)为控制对象标称模型；Gn(s)＝GV(s)；
ξ为系统高频干扰；
y为系统输出；
Q(s)为滤波器传递函数。
4.根据权利要求3所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，滤波器Q(s)为二项式低通滤波器，其表达式如下：
Figure FDA0003151717560000031
其中，
τ为时间常数，是Q(s)的唯一可调参数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
5.根据权利要求3所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，根据干扰观测器的原理，建立干扰观测器具体包括如下步骤：
设定u为带干扰观测器基本模型的参考输入，其值为得到的速度加速度前瞻Kafs2、Kvfs2与位置环控制输出GPID(s)之和；
设定d为系统低频干扰，ξ为系统高频干扰，Q(s)为滤波器，GV(s)为已建立的控制内核模型，
Figure FDA0003151717560000033
是控制对象标称模型Gn(s)逆，y为系统输出；
取Gn(s)＝GV(s)。
6.根据权利要求1所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，基于直线电机数学模型、电流环和速度环，建立固化控制内核函数具体包括如下步骤：
建立控制系统中直线电机平台的数学模型；
基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数。
7.根据权利要求6所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，建立控制系统中直线电机平台的数学模型，公式如下：
Figure FDA0003151717560000032
其中，
GM控制系统中直线电机平台的输出；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
Kf是直线电机力常数(单位：N/A)；
m是直线电机移动质量(单位：kg)；
B是粘滞摩擦系数；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
8.根据权利要求6所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，基于直线电机平台数学模型，建立采用PI控制电流环的传递函数；
电流环的PI控制表达式为：
Figure FDA0003151717560000041
建立采用PI控制电流环的传递函数GI(S)为：
Figure FDA0003151717560000042
其中，
Kip为电流环控制的比例系数；
Kii为积分系数；
R是直线电机电枢电阻(单位：Ω)；
L是直线电机电枢电感(单位：mH)；
Gi为电流环的输出；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
9.根据权利要求6所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，基于电流环的传递函数，建立采用PI控制速度环的传递函数；
速度环的PI控制表达式为：
Figure FDA0003151717560000043
建立采用PI控制速度环的传递函数GV(S)为：
Figure FDA0003151717560000044
其中，
Kvp为速度环控制的比例系数；
Kvi为积分系数；
Gv为速度环的输出；
B2＝KfKvpKip；
B1＝Kf(KviKip+KvpKii)；
B0＝KfKviKii；
A4＝mL；
A3＝mR+BL+mKip；
A2＝BR+mKii+BKip+Kf(Ke+KvpKip)；
A1＝BKii+Kf(KipKvi+KvpKii)；
A0＝KfKviKii；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
10.根据权利要求1所述的半导体封装控制系统的控制方法，其特征在于，基于固化控制内核函数GV(s)，建立采用PID控制的位置环传递函数，具体包括如下步骤：
位置环的PID控制表达式为：
Figure FDA0003151717560000051
建立采用PID控制位置环的传递函数GPID(S)为：
Figure FDA0003151717560000052
其中，
Kpp为该位置环的比例系数；
Kpi为位置环的积分系数；
Kpd为位置环的微分系数；
Gp为位置环输出；
D4＝KppB2；
D3＝KppB2+KpdB1；
D2＝KppB1+KpiB2+KpdB0；
D1＝KppB0+KpiB1；
D0＝KpiB0；
C6＝A4；
C5＝A3；
C4＝A2+KPdB2；
C3＝A1+KppB2+KpdB1；
C2＝A0+KppB1+KpiB2+KpdB0；
C1＝KppB0+KPiB1；
C0＝KpiB0；
S为拉普拉斯变换后复空间变量，其物理意义对应为实空间的时间，单位为ms。
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