| 研究概要 |
走査形電子顕微鏡の鏡筒部程度を想定した200kgの積載質量に対応した磁気浮上除振装置と,原子間力顕微鏡の鏡筒部など比較的小質量の精密機器を積載することを想定した20kgの積載物に対応した小型の磁気浮上除振装置について制御設計を実施た.200kgの除振装置は4個の磁気浮上アクテュエータを用い,20kgの除振装置は3個の磁気浮上アクテュエータを用いることにした.
それぞれの除振装置に使う1個の磁気浮上アクテュエータについて,鉛直方向だけの制御設計を行った.制御用のセンサーは,磁気浮上アクチュエータに内蔵するしている非接触浮上用の相対変位計とテーブル上の絶対加速度を計測するサーボ型絶対加速度計を想定した.制御設計においては,(1)積載物の詳細なダイナミックスを十分に得られていない,(2)磁気浮上アクチュエータの非線形特性を線形化する.(3)テーブルの柔軟性を無視し制御次数を下げた制御器を実現したい,等の理由からロバスト制御設計が必要で,H-∞制御理論を採用して制御器の設計を行った.具体的には制御設計CADを用い,線形行列不等式を採用した解法でこのH-∞設計問題を解いた.試作した小型モデルの磁気浮上型防振装置を用いて,これまでにコンピュータ上で設計・評価した制御則をインプリメントして防振性能を実測した.しかし,実験ではコンピュータシミュレーションほどの防振効果を確認できなかった.これまで採用したテーブルの制御モデルの次元は鉛直方向だけを考慮した1自由度モデルであったことが実機の防振性能劣化の原因と推定した.そこで,1自由度モデルから鉛直方向と水平2軸回りの3自由度モデルに変更して防振制御設計を行ない,コンピュータシミュレーションと実験を実施した.
さらに実機での防振性能がシミュレーションより悪い原因として,浮上テーブル,アクチュエータなどの動特性が誤差を含むことを懸念して,サブスペース法によるモデルの同定と制御を実施した.
走査電子顕微鏡など電子ビームを走査する半導体製造・検査過程では電子ビームを外部から走査できる.このことに着目し床振動加速度をフィードフォワードして適応制御法でイメージスキャンコイルを用い電子ビームを操作する防振方法の検討も行なった.
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