Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Моделирование и алгоритмизация управления роботизированными модульно-кластерными комплексами в технологических процессах фотолитографии

Диссертация: Моделирование и алгоритмизация управления роботизированными модульно-кластерными комплексами в технологических процессах фотолитографии
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В четвертой главе использовался пакет программ, написанный в среде Matlab 5.0, для расчета управляющих воздействий и построения требуемых программных траекторий движения, состоящий из следующих подпрограмм: подпрограмма формирования динамической модели манипулятора и расчета управляющих моментов (сил), подпрограмма формирования динамической модели привода и расчета управляющих воздействий… Читать ещё >

Моделирование и алгоритмизация управления роботизированными модульно-кластерными комплексами в технологических процессах фотолитографии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ФОРМИРОВАНИЮ СТРУКТУРЫ МОДУЛЬНО-КЛАСТЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ФОТОЛИТОГРАФИИ
    • 1. 1. Особенности технологического процесса фотолитографии
    • 1. 2. Специфика кластерной компоновки роботизированных комплексов в электронной промышленности
    • 1. 3. Математические модели модульно-кластерных комплексов фотолитографии
    • 1. 4. Цели работы и задачи исследования
  • 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ
    • 2. 1. Структурная модель системы управления технологическим модулем
    • 2. 2. Математическая модель системы управления механизмом перемещения в составе РТК
    • 2. 3. Математическая модель манипулятора с учетом динамики исполнительных приводов
    • 2. 4. Критерии планирования траектории движения схвата робота и анализ области практической устойчивости робототехнической системы
  • Выводы
  • 3. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ
    • 3. 1. Алгоритмы управления роботом в составе комплекса фотолитографии
    • 3. 2. Алгоритмы управления технологическими модулями
    • 3. 3. Критерии выбора элементов системы управления
  • Выводы
  • 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ
    • 4. 1. Исследование системы управления комплексом фотолитографии
    • 4. 2. Математическое моделирование программных траекторий движения робота с учетом динамики исполнительных приводов робота-перегрузчика
    • 4. 3. Структура системы управления кластером фотолитографии «Лада-200Кфл»

Актуальность темы

Рост требований, накладываемых на СБИС и совершенствование технологии производства полупроводниковых пластин, предъявляют повышенные требования к технологическому оборудованию: к транспортным механизмам, к точности позиционирования пластин на модулях центрифугирования, к системе управления оборудованием в отношении взаимодействия технологических модулей между собой с целью обеспечения необходимых качественных характеристик технологического процесса.

Использование специализированного робота-перегрузчика в качестве транспортного механизма позволяет решить задачи по обеспечению требуемой точности позиционирования, производительности комплекса.

Для реализации данных задач необходима разработка принципиально новых видов оборудования, так как вписывание робота в оборудование старой конфигурации не будет целесообразным и не даст большого экономического эффекта.

Для создания единого комплекса технологического оборудования нужно решить задачи, связанные с разработкой методов планирования траекторий движения робота, с оптимизацией совмещения циклов активности робота с циклами работы технологических модулей, вопросы о выборе структуры системы управления и ее реализации.

На настоящий момент недостаточно изучен ряд теоретических вопросов, связанных с проблемой создания алгоритмов, позволяющих совместить несколько технологических процессов в одном комплексе оборудования.

В этой связи актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью дальнейшего совершенствования математических моделей и алгоритмов управления модульно-кластерными комплексами для повышения эффективности работы сложного технологического оборудования.

Тема диссертации соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы».

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка структур систем управления роботизированными технологическими установками фотолитографии, а также моделей и алгоритмов, обеспечивающих оптимальное решение задач технологической обработки. Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

— анализ существующих структур систем управления оборудования для фотолитографии, основных требований, предъявляемых к ним, путей их оптимизации;

— разработка математических моделей системы управления РТК и отдельных ее элементов относительно информационных сигналов;

— анализ методов синтеза алгоритмов управления роботом в составе РТК, создание универсальных алгоритмов предназначенных для использования в самых широких областях промышленности;

— анализ результатов моделирования и экспериментального исследования, макетирования и внедрения системы управления комплексом субмикронной литографии.

Методы исследования. Теоретические результаты работы получены с использованием разделов теории моделирования и идентификации объектов управления, алгоритмизации управления, теории оптимального управления, теории электропривода, методы синтеза систем управления.

Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

— математические модели системы управления робототехническим комплексом, отличающиеся структурным воспроизведением информационных взаимодействий между отдельными элементами САУ;

— универсальные критерии выбора системы управления технологическим оборудованием, применимые для различных многоуровневых САУ;

— алгоритмы управления роботом в составе спецтехнологического оборудования, отличающиеся реализацией технологической гибкости процесса фотолитографии;

— структура системы многоуровневого управления РТК субмикронной литографии на основе запатентованного устройства (патент на полезную модель РФ № 36 906, 2004).

Практическая значимость и результаты внедрения. В результате проведенных исследований разработаны компоненты математического, программного и информационного обеспечения для модульно-кластерных комплексов субмикронной литографии.

Разработанные методы, алгоритмы, методики и устройства использовались в ОАО «НИИ ПМ» (г. Воронеж) при разработке и изготовлении оборудования, введенного в промышленную эксплуатацию на ФГУП ПО «УОМЗ» г. Екатеринбург, ГУП ППП «Электрон» г. Санкт-Петербург, ОАО «Ангстрем» г. Зеленоград, ФГУП НПО «Орион» г. Москвав Воронежском государственном техническом университете в рамках учебного процесса по исследованию АСУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции «Автоматизация и роботизация технологических процессов» (Воронеж, 2001), научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Вычислительные машины. Автоматика и робототехника» (Воронеж, 2002), региональной научно-технической конференции «Автоматизация и роботизация технологических процессов» (Воронеж, 2002), научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Вычислительные машины. Автоматика и робототехника» (Воронеж, 2003), на тематических семинарах кафедры «Роботы и робототехнические системы» Воронежского государственного технического университета (2003;2006).

Публикации по работе. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 1 — в издании, рекомендованном ВАК РФполучен патент на полезную модель «Устройство для управления технологическим процессом фотолитографии» (патент РФ № 36 906, 2004).

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: разработка математического описания информационных сигналов [71]- разработка структуры системы управления комплексом фотолитографии [73]- определение направление развития технологического оборудованием для фотолитографии [62, 63]- обоснование направлений оптимизации основных технологических характеристик фотолитографического оборудования [64]- разработка динамической модели робота со сферической системой координат с учетом ограничений его рабочей зоны [66]- разработка математической модели планирования движения схвата робота [67]- определение метода сбора технологической информации [72].

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Материал изложен на 134 страницах, содержит список литературы из 73 наименований, 31 рисунок, 5 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы исследования, определена цель, научная проблема и задачи исследования, изложены основные научные результаты, выносимые на защиту, практическая ценность работы, апробация и реализация результатов, определены ее структура, объем и содержание.

Первая глава посвящена анализу современного этапа развития теории и практики систем управления технологическим оборудованием фотолитографии, рассмотрены особенности технологического процесса фотолитографии, предъявляющие требования к системе управления ее комплексом.

Вторая глава диссертации посвящена вопросам разработки математической модели отдельных элементов и всей системы управления в целом для рассматриваемой области применения.

В третьей главе разработаны алгоритмы работы робота в рабочем режиме, в аварийной ситуации и алгоритм позиционирования. Также приведены алгоритмы активизации основных технологических модулей.

В четвертой главе использовался пакет программ, написанный в среде Matlab 5.0, для расчета управляющих воздействий и построения требуемых программных траекторий движения, состоящий из следующих подпрограмм: подпрограмма формирования динамической модели манипулятора и расчета управляющих моментов (сил), подпрограмма формирования динамической модели привода и расчета управляющих воздействий, программа расчета управляющих воздействий робота.

Определены программные траектории движения робота при перемещении пластин с одной позиции на другую.

Практически апробирована структура системы управления кластером фотолитографии «Лада-200Кфл».

В заключении изложены основные результаты проведённых теоретических и экспериментальных исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований в работе получены следующие основные результаты:

• математические модели системы управления робототехническим комплексом, отличающиеся структурным воспроизведением информационного взаимодействия между отдельными элементами САУ;

• универсальные критерии выбора системы управления технологическим оборудованием, применимые для различных многоуровневых САУ;

• алгоритмы управления роботом в составе спецтехнологического оборудования, позволяющие реализовать его технологическую гибкость;

• структура системы многоуровневого управления РТК субмикронной литографии на основе запатентованного устройства (патент на полезную модель РФ № 36 906, 2004);

• компоненты математического, программного и информационного обеспечения для модульно-кластерных комплексов субмикронной литографии;

• методы, алгоритмы, методики и устройства использованные в ОАО «НИИ ПМ» г. Воронеж при разработке и изготовлении оборудования, введенном в промышленную эксплуатацию на ФГУП ПО «УОМЗ» г. Екатеринбург, ГУП ППП «Электрон» г. Санкт-Петербург, ОАО «Ангстрем» г. Зеленоград, ФГУП НПО «Орион» г. Москвав Воронежском государственном техническом университете в рамках учебного процесса по исследованию АСУ.

По результатам проведенных испытаний системы управления РТК фотолитографии составлен акт испытаний устройства для управления технологическим процессом фотолитографии в котором делается вывод о том, что результаты данной диссертационной работы могут быть рекомендованы для построения системы управления технологическим процессом роботизированным комплексом фотолитографии модульно-кластерного типа, что обеспечит требуемую воспроизводимость и технологическую гибкость процесса с минимальными размерами элементов 0,25 -0,5 мкм в производстве СБИС СОЗУ уровня 1−16 Мбит и БМК 250 тыс. вентилей.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.К. Проблемы управления распределенными мобильными системами. М. — 2000. — 23 с.
  2. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука. 1996. — 457 с.
  3. Ю.А., Поляхов Н. Д., Путов В. В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. Л.: Энергоатомиздат. 1984. 216 с.
  4. А. П. Гасюк Д.П., Филюстин А. Е. Модели и методы управления развитием технических систем,— СПб.: Союз. 2003. — 277 с.
  5. С. Ф. Мирошник И.В., Стельмаков Р.Э.Системы управления движением колесных роботов- СПб.: Наука. 2001. — 227 с.
  6. Ю.В., Василькова Н. Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании. М: Финансы и статистика, 1999.-256 с.
  7. Н.П. Микропрограммные системы управления для параллельных алгоритмов // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1990. -Вып. 13.-С. 37−42.
  8. Н.П. Синтез автоматных моделей управления параллельными взаимодействующими процессами: Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Новые информационные технологии и системы». Пенза, 1994. — 49 с.
  9. A.M. Перспективы систем подчиненного регулирования // Электротехника. 1996. № 4. с. 41−47.
  10. С. В. Современные оптоэлектронные приборы для силовой электроники./ С. В. Волошин, С. А. Архипов // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2000, № 4. с. 25−27.
  11. М., Стокич Д., Кирчански Н., Неадаптивное и адаптивное управление манипуляционными роботами: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-376 с.
  12. М., Стокич Д. Управление манипуляционньши роботами: теория и приложения. М.: Наука, 1985. — 384 с.
  13. Г. В. Методы анализа и синтеза сложных автоматических систем / Г. В. Выскуб, С. В. Колодезев, А. Н. Тихонов, П.И. Чинаев- Под ред. П. И. Чинаева. М.: Машиностроение, 1992. 303 с.
  14. Гук М. Интерфейсы ПК: справочник СПб: ЗАО «Издательство «Питер», 1999. — 357 с. 15.3енкевич C. JI, Ющенко А. С. Управление роботами. Основы управления манипуляционньши роботами. М: Изд-во МГТУ им. НЭ. Баумана 2000. — 400 с.
  15. В.В. Использование математического моделирования в исследовании, разработке и оптимизации фотолитографических процессов Махвиладзе Т.М. М. — 2000. — 30 с.
  16. В. Ф., Грибачев С. А. Новые микроконтроллеры фирмы Texas Instrument TMS32×24x для высокопроизводительных встроенных систем управления электроприводами//СН1Р NEWS. — 1998, № 11−12. С. 2−6.
  17. Козаченко В, Ф. Микроконтроллеры: Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. — М.:Эком, — 1997. 688 с.
  18. В., Соловьев JI. Новые DSP-микроконтроллеры фирмы Analog Devices ADMC300/330 для высокопроизводительных систем векторного управления электроприводами переменного тока//СН1Р NEWS. — 1998, № 5. С. 16−21.
  19. А.В. Исследование систем управления. «МНЭПУ» 2001. — 48 с.
  20. .Г. и др. Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами. JI.: Энергоатомиздат, 1995. 456 с.
  21. Э.М. Исследование систем управления. ИНФРА-М, 2 003 176 с.
  22. А.В. Динамика промышленных роботов. Челпанов И. Б., Бржозовский Б. М. Саратов. — 1999. — 134с.
  23. Краткий каталог Prosoft 4.0. М.: изд-во Prosoft. 2000. — 200 с.
  24. П.Д. Управление исполнительными системами роботов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1991. — 336 с.
  25. Г. А. Управление транспортными системами: Ч. З СПб. -2001.-224 с.
  26. А. А., Моделирование информационно-вычислительных процессов. М.: Изд-во МГТУ им. Э. Баумана, 1999. — 360 с.
  27. Международный стандарт ИСО 9000. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. 2-е изд. 2000−12−15. ISO-2000.
  28. У. Микролитография: Пер. с англ./Под ред. Р.Х.Тимерова/М: Мир, 1990.605 с
  29. Д.Г., Финк К. Д. Численные методы. Использование MATLAB. 3-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. 720 с.
  30. Г. Цифровые системы автоматизации и управления. З.изд., перераб. и доп. — СПб.: Невский Диалект. — 2001. — 556 с.
  31. В.А. Теория систем. М.: Наука, 1986. 240 с.
  32. Ю.Н. Имитационные модели и системы. М: Фазис: ВЦ РАН, 2000- 134 с.
  33. Пак В. В. Простые методы математического моделирования природных и технологических процессов Донецк: ДонГТУ, 1995. — 224 с.
  34. Перспективы развития и анализ особенностей систем управления мобильных роботов. Платонов А. К., Степанов Ю. И., Трубицын О. Н., Кирильченко А. А. М.: ИПМ. — 1996. — 32 с.
  35. В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.Х. В 2-х томах. Т. 1. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 366 с.
  36. В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.Х. В 2-х томах. Т. 2. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 304 с.
  37. М.А. Цифровая обработка информации для задач оперативного управления в электроэнергетике. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. — 2001. -343 с.
  38. Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами. М.: Высшая школа, 2003. — 298 с.
  39. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. Кн. 5 Моделирование робототехнических систем и гибких автоматизированных производств. / Под ред. И. М. Макарова, М.: Высшая школа, 1986. 383 с.
  40. Ю.М. Электроприводы промышленных роботов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 176 с.
  41. Системы автоматического управления с микроЭВМ / В. Н. Дроздов, И. В. Мирошник, В. И. Скорубский. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1989 — 284 с.
  42. А.Н. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / Тихонов А. Н., Кальнер В. Д., Гласко В. Б. М.: Машиностроение, 1990.-262 с.
  43. А.Л. Адаптивное управление в сложных системах. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. 296 с.
  44. М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. В 2- ч. / Пер. с англ. В. И. Неймана. 4.1.-1992.-335 с.
  45. М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2ч. / Пер. с англ. В. И. Неймана Ч.2.-1992.-272 с.
  46. Энциклопедия машиностроения: в 4 т. Т 1: Динамика и прочность машин. М.: Машиностроение -1994.-565 с.
  47. Adaptive systems in control and signal processing. First ed. — Oxford etc.: Pergamon. — 2000. — IX, 482 p.
  48. Advances in robotics: Proc. of the IASTED intern, symp., Santa Barbara, May 29−31, 1985 Ed.: M.H.Hamza. Anaheim etc.: Acta press. — 1985. — 155 p.
  49. Gruene Lars. Asymptotic behavior of dynamical and control systems under perturbation and discretization. Berlin etc.: Springer. — 2002. — IX, 231 p.
  50. Industrial robots: Robots Accessories. Components. Sensors. Control systems. Consultants. Motion control. Drives. Tooling. 2nd ed. — Dearborn (Mi): Soc. of manufacturing engineers. — 784 p. -(Productiviti equipment ser.).
  51. International Symposium on industrial robots (Tokyo-15−1985).. Proceedings of the 15th intern, symp. on industrial robots, 11, 12 and 13 Sept. 1985, Tokyo, Japan: Vol.1. Amsterdam etc.: North-Holland. — 546 p.
  52. Life cycle approaches to production systems: management, control, supervision: The advanced summer inst., Budapest, Jul .14−18, 1997ASI'97-Ed.:G.Kovacs, N.Koussoulas. Amsterdam etc.: Elsevier. — 1999. — 175 238 p.
  53. Patarinski S.P. Kinematics and control of manipulation robots. Delft. -1988. — 56 с: ил. -(Publ. WTHD/Techn. Hogeschool. Afd. der werktuigbouwkunde- N187).
  54. Robotics product database Ed.: Flora P.C. 6 th ed. — Orlando (Fl). — 1989. — 503 p.
  55. RX60 FAMILY ROBOT CS7B Instruction manual. D.280.099.14.A-04/00. STAUBLI FAVERGES-2000.
  56. Stone H.W. Kinematic modeling, identification, and control of robotic manipulators, Boston etc: Kluwer acad. publ. — 1987. — XVIII, 224 p.
  57. V+ LANGUAGE. D.241.556.24 A-03/99. STAUBLI FAVERGES-1999.
  58. Vukobratovic Miomir. Applied control of manipulation robots: Analysis, synthesis a. Exerises Stokic Dragan. Berlin etc: Springer-Verl. — 1989. — XVI, 470 p.
  59. Workshop on adaptive systems in control and signal processing. 1998.
  60. Zerz E. Topics in multidimensional linear systems theory. London etc.: Springer. — 2000. — X, 164 p.
  61. H.B. Основные концепции развития фотолитографического оборудования / H.B. Ююкин Н. В., A.M. Прохоров II Автоматизация и роботизация технологических процессов: материалы регион, науч.-техн. конф. Воронеж, 2001. С. 18−20.
  62. Н.В. Тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам / Н. В. Ююкин, Е. Б. Мальков II Автоматизация и роботизация технологических процессов: материалы регион, науч.-техн. конф. Воронеж, 2001. С. 68−72.
  63. Н.В. Направления оптимизации основных технологических характеристик фотолитографического оборудования / Н. В. Ююкин, A.M. Прохоров И Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: сб. науч. тр. Воронеж, 2001. С. 143−145.
  64. Н.В. Система управления технологическими операциями фотолитографии / Н. В. Ююкин II Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: сб. науч. тр. Воронеж, 2001. С. 146−148.
  65. Н.В. Планирование траектории движения схвата робота / Н. В. Ююкин, С. А. Сергеев // Вычислительные машины. Автоматика и робототехника: материалы науч.-техн. конф. студентов и молодых ученых. Воронеж, 2002. С. 26−29.
  66. Н.В. Анализ алгоритмов адаптации управления промышленными роботами и методов их оптимизации / Н. В. Ююкин II Автоматизация и роботизация технологических процессов: материалы регион, науч.-техн. конф. Воронеж, 2002. С. 27−29.
  67. Н.В. Математическая модель системы управления РТК фотолитографической обработки / Н. В. Ююкин // Вычислительные машины. Автоматика и робототехника: материалы науч.-техн. конф. студентов и молодых ученых. Воронеж, 2003. С. 139−144.
  68. Н.В. Выбор робота для работы в составе модульно-кластерного комплекса / Н. В. Ююкин // Вычислительные машины. Автоматика и робототехника: материалы науч.-техн. конф. студентов и молодых ученых. Воронеж, 2003. С. 132−134.
  69. А.И. Математическая модель системы управления механизмом перемещения в составе комплекса субмикронной литографии. / А. И. Шиянов, Н. В. Ююкин // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та. 2006. Т.2. № 8. С. 159−162.
  70. А.Ю. Пакет программ «Statistic» для сбора и статистической обработки технологических параметров в процессах фотолитографии / А. Ю. Бондаренко, Н. В. Ююкин II Научно-техн. тр. НИИПМ. 2006. Вып. 1.С. 114−117.
  71. Патент РФ на полезную модель № 36 906 «Устройство для управления технологическим процессом фотолитографии"/ Сергеев С. А., Коваленко В. Б., Ююкин Н.В.135
  72. Оборудование, разработанное в результате выполнения данных ОКР, выполнено на высоком техническом уровне с использованием современной элементной базы и введено в промышленную эксплуатацию на ФГУП ПО
  73. Данное оборудование позволяет проводить обработку пластин широкого спектра материалов и по соотношениюцена/надежность/качество/технологические возможности конкурентоспособно на рынках стран СНГ и «дальнего зарубежья».
  74. Начальник отдела 230 Сергеев С.А.1. V'» ' .^
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!