PZT 구동 오차 저감을 위한 제어보드 설계 (Design of a Control Board for Reduction of PZT Driven Error)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 54권 / 11호 / 192 ~ 200페이지
· 저자명 : 오현우, 김복기

초록

나노기술 분야에서 고정밀도의 위치 제어를 위해 구동기로써 PZT가 많이 이용되고 있다. PZT는 수 나노미터 이하의 정밀도를 갖는 장점은 있으나 수백마이크로미터 이하로 동작영역이 제한적이다. 또한 비선형 시스템이기 때문에 모든 입/출력 값에 대한 예측이 어렵다. 이에 따라 PZT오차에 대한 보상을 위해 PID 제어를 가장 많이 사용하고 있다. 하지만 PID 제어는 게인 값을 구해 시스템에 적용하더라도 진동(Fluctuation)에 의한 오버슈트와 Settling Time의 지연으로 오차가 여전히 존재한다[1]. 따라서 본 논문에서는 PID 게인 값을 예측하여 사용하는 PZT모델의 위치 보정 성능 향상을 위한 제어보드를 설계하였다. 제어보드에 저장할 보정 값은 PZT Stroke의 위치변화량을 측정하고, 보정함수를 이용하여 추출하였다. 제어보드는 655,35bit/res(4.16nm/bit) 해상도의 보정성능을 갖고, 룩업 테이블 형태의 bit당 위치 보정 값을 저장한다. 제어보드에서 출력된 전압을 PZT AMP에 입력하고, 보정 전과 후의 위치 변화량을 반복 측정하여 결과 분석을 수행하였다. 보정 값을 저장하기 전 PZT 위치 변화에 따른 직선화 에러량은 약 150～1,800nm, 보정 후에는 약 5～30nm로 위치 보정 성능이 향상됨을 확인하였다.

영어초록

In the nano-technology field, PZT is many used as a driving device for positioning control of high-precision. PZT has the advantages of high precision below several nanometers but its operating range is limited to several hundred micrometers or less. Also, it is difficult to predict all input/output values because nonlinear system. Therefore, PID control is most used for compensate of PZT error. However, PID control has error due to external vibration and fluctuation by moving cause overshoot and settling time delay even though the gain value is obtained and applied to the system. Therefore, This paper is design of a control board for enhancing positional performance of a PZT that predicts and uses the PID gain value. The calibration values to store on the control board were measured by measuring the position of the PZT stroke and using the calibration function. The control board has a calibration performance of 16bit/res(4.16nm/bit), and stores positional calibration values per bit in the form of look-up tables. The output voltage on the control board was entered into the PZT AMP, and the result analysis was performed by repeatedly measuring the positional variation before and after the calibration. The linearization error of a PZT positional variation was about 150～1,800nm before calibration and it was measured to be about 5～80nm after calibration to confirm that the positional calibration performance was improved.

참고자료

· 없음