CN101714843A - 龙门架型xy定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种龙门架型XY定位装置，其在由位于各轴两端的一对电动机共同驱动一个负载且共用一个编码器的结构中，也可以应用包含负载侧扰动观测器的假想模式控制。在对于驱动轴两端的电动机的控制，通过基于2阶阿达玛矩阵而分解为累加模式和差动模式的假想模式控制，分别对累加轴构成位置伺服器、对差动轴构成位置调节器，进行2轴同步控制时，将线性编码器的信号视为累加模式的线性编码器信号，根据轴扭转角和负载加速度构成累加模式专用负载侧扰动观测器，将利用前述累加模式专用负载侧扰动观测器推定的负载侧扰动，从负载侧扰动至位置指令值的逆系统反馈至累加模式侧，另一方面对于差动模式不构成负载侧扰动观测器的控制系统。

Description

龙门架型XY定位装置

技术领域

本发明涉及一种适于在电子部件搭载装置等中使用的可进行同步防振控制的龙门架型XY定位装置。

背景技术

例如，电子部件搭载装置中使用的现有的龙门架型XY定位装置，如图1所例示，具有用于向Y方向移动而左右1对平行配置的Y轴驱动部(YL轴9L、YR轴9R)，并利用在其上方设置的X轴驱动部(X轴12)进行向X方向的移动。在图1中，7是Y轴电动机，8是同步带，11是X轴电动机，15是保持在X轴12上且可沿Z方向(上下方向)自由移动的搭载头。

在X轴、Y轴的驱动中，使用旋转型电动机+同步带(链)或滚珠丝杠等。各轴根据由指令产生部发出而由各电动机接收的指令，进行电动机控制而进行定位。

在这种定位装置中，为了实现高速·高加速度的定位，申请人在专利文献1中提出，各轴如图2中X轴的要部结构所示，分别在两端设置驱动用电动机11L、11R，各轴的一对电动机共用针对每个轴设置的一个线性编码器(图示省略)。在图2中，13是同步带。

在前述龙门架型XY定位装置中，左右1对Y轴必须两轴同步地进行移动。

在图1的结构中，利用YL轴9L侧的1个电动机7将X轴12向Y方向驱动。在这种情况下，因为仅驱动轴的一端(YL轴9L)，而另一端(YR轴9R)仅是由直动轴承引导，所以是悬臂构造。因为负载的重量平衡差，且控制系统的刚度低，所以很难提高控制增益，不适合于高速、高加速度的定位。

为了解决上述问题点，如专利文献1所述，在利用在YL轴和YR轴这两个轴上设置了电动机的龙门架型XY定位装置进行定位的情况下，由于X轴12上的负载(搭载头15)的位置移动，会使设置于两侧的YL轴电动机和YR轴电动机所承受的负载的平衡变化，因此，在左右Y轴上会产生偏差，产生对定位精度或定位时间造成不良影响的问题点。

作为用于防止该问题点的一种方法，发明人已提出了专利文献2。这是如与专利文献2的图20相对应的图3所示，在向左右Y轴施加的负载变化的情况下，也使用假想模式控制或负载侧扰动观测器40等进行鲁棒控制的方法，其有利于轴的同步防振控制。在图3中，20是用于抑制扰动的扰动观测器，50是逆系统。

专利文献1：日本国专利第3510912号公报

专利文献2：日本国特开2007-236185号公报(图7、图20)

发明内容

在如图2所例示的，在将专利文献2的方法应用于利用位于各轴两端的一对电动机11L、11R共同驱动1个负载(搭载头15)，并共用1个线性编码器的结构的情况下，考虑向累加模式侧和差动模式侧分配提供线性编码器的信号。但是，由于是由位于各轴两端的一对电动机11L、11R共同驱动1个负载，所以该线性编码器的信号中不包含差动模式的信息。因此，存在不能构成图3所示的使用了负载侧扰动观测器40的累加模式和差动模式的控制系统，从而无法得到充分的效果的问题点。

本发明是为了解决前述现有问题点而提出的，其课题在于，在利用位于各轴两端的一对电动机共同驱动一个负载，并共用1个线性编码器的结构中，也可以使用包含负载侧扰动观测器的假想模式控制。

本发明通过下述方式解决前述课题，即，在1个驱动轴上设置1个线性编码器，并向1个驱动轴两端的电动机分配同一线性编码器信号这种结构的龙门架型XY定位装置中，通过对于驱动轴两端的电动机控制，进行根据2阶阿达玛矩阵分解为累加模式和差动模式的假想模式控制，由此分别对累加轴构成位置伺服器，对差动轴构成用于抑制偏差量的位置调节器，从而进行2轴同步控制时，将线性编码器的信号视为累加模式的线性编码器信号，根据轴扭转角和负载加速度构成累加模式专用的负载侧扰动观测器，将利用前述累加模式专用的负载侧扰动观测器推定的负载侧扰动，通过从负载侧扰动至位置指令的逆系统而反馈给累加模式侧，另一方面，对于差动模式不构成负载侧扰动观测器的控制系统。

发明的效果

根据本发明，在如图2例示的利用位于轴两端的一对电动机共同驱动一个负载，并共用1个线性编码器的结构中，也可以进行专利文献2中提出的使用负载侧扰动观测器的假想模式控制。在这里，因为对于2个电动机使用1个线性编码器，所以可以降低成本。另外，因为可以省略差动模式侧的负载侧扰动观测器，所以可以减少运算量，能够减轻计算机的负担。

此外，通过使用累加模式负载侧扰动观测器，可以将由负载移动引起的负载质量的变化、施加在轴上的扰动、由刚度等参数变化产生的扰动汇总而进行补偿。即，无论负载位于什么位置，都可以如同其固定于中央部一样进行处理，另外，因为相对于因负载移动而轴受到的扰动也具有鲁棒性，所以可以容易地实现同步控制。因为是基于扰动观测器的控制方法，所以具有振动抑制效果，同时还可以实现鲁棒性的确保。

另外，通过将轴两侧的电动机，根据假想模式控制分解为累加和差的模式而进行控制，从而可以分别对假想累加轴构成位置伺服器，对假想差动轴构成用于抑制两侧电动机的偏差量的位置调节器。

另外，本方案的控制方法，与状态反馈控制或H∞控制相比，因为控制系统简单，且运算量少，所以不需要使用高价的CPU等。此外，设计或调整也容易。

附图说明

图1是表示电子部件搭载装置中的现有龙门架型XY定位装置的结构的斜视图。

图2是表示现有龙门架型XY定位装置的X轴驱动部的其它例子的斜视图。

图3是表示专利文献2中提出的同步防振控制装置的结构的框图。

图4是表示使用本发明的第1实施方式的电子部件搭载装置的龙门架型XY定位装置的结构的斜视图。

图5是表示第1实施方式中的X轴驱动部的同步防振控制装置的框图。

图6是表示前述同步防振控制装置中的累加模式负载侧扰动观测器的结构的框图。

图7是表示使用本发明的第2实施方式的电子部件搭载装置的龙门架型XY定位装置的斜视图。

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本发明的实施方式。

本发明的第1实施方式如图4所示，在X轴12的两端设置一对电动机11L、11R，通过同步带(图示省略)驱动搭载头15。因为使用专利文献2中提出的包含负载侧扰动观测器的假想模式控制，所以作为负载侧扰动观测器，如图5所示，构成累加模式专用的负载侧扰动观测器42，其使用了共用的线性编码器16的信号。即，线性编码器16的信号，可以视为在专利文献2的假想模式控制中所说的累加模式的信号(相当于专利文献2的结构中，沿并进方向控制位于左右电动机重心位置的负载的情况)。

并且，构成下述控制系统，即，将由该累加模式专用的负载侧扰动观测器42检测到的扰动推定值，经由与专利文献2相同的逆系统50，仅反馈至假想模式内的累加模式侧，从而，可以得到与专利文献2相同的同步防振控制效果。该情况下，因为差动模式侧的负载侧扰动观测器不需要，因而不设置。

在图4中，7L、7R是左右的Y轴电动机，8L、8R是左右的Y轴同步带，在图5中，θ^com _cmd是累加模式位置指令，θ_m ^com是累加模式电动机编码器值，θ^dif _cmd是差动模式位置指令，θ_m ^dif是差动模式电动机编码器值，K_p是位置增益，θ1是负载位置，K_r是轴扭转反作用力的反馈增益，K_v是速度增益，T^*com _reac是累加模式扭转反作用力，T^*reac _dif是差动模式扭转反作用力，J_m是电动机惯性，K_t是扭矩常数，I^ref是电动机电流参照值，T_dism是扰动，T_reac是扭转反作用力，K_f是轴刚度，J_l是负载侧的惯性，T^*all _disl是累加模式负载侧扰动推定值，θ_lc是累加模式线性编码器值。

由此，通过使用该累加模式专用的负载侧扰动观测器42，构成假想模式控制系统，可以将由负载移动引起的轴两端的电动机受到的负载质量的变化、施加在轴上的扰动、由刚度等参数变化产生的扰动汇总而进行补偿。即，无论负载位于轴上的什么位置，都可以如同其固定于轴中央部一样地进行处理，另外，因为对于扰动也具有鲁棒性，所以可以容易地实现同步控制。

下面，参照图5所示的使用了累加模式负载侧扰动观测器42的同步防振控制装置的框图，更加详细地进行说明。

对于轴两端的电动机，与专利文献2同样地构成假想模式控制系统。图5中的框图的上侧是累加模式的控制系统，下侧是差动模式的控制系统。此外，与专利文献2同样地，使用2阶阿达玛矩阵(hadamard matrix)，进行分解为累加模式和差动模式的假想模式控制。

在这里使用负载侧扰动观测器，但如前面说明所示，因为对于1个驱动轴是1个线性编码器，将线性编码器的信号分支施加给驱动轴两端的电动机而共同使用，所以构成图6所示的累加模式专用的负载侧扰动观测器42，将其用于累加模式控制系统。

如前所述，在图4的结构中，因为相当于将位于左右电动机11L、11R的重心位置的负载(搭载头15)向并进方向控制，所以可以认为是利用图3中的累加模式的控制。即，可以构成累加模式专用的负载侧扰动观测器42，可以应用于假想模式控制系统的累加模式侧。

换言之，图6中表示的累加模式线性编码器值，是在两侧的电动机中共用的线性编码器的值，所以其直接表示累加模式中的值。因此，在图4的结构中不存在差动模式的线性编码值。

如图6所示，累加模式负载扰动推定值为

$T_{\mathrm{dislc}}^{*\mathrm{all}}=K_{\mathrm{fn}}({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mc}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{lc}})-J_{\ln }{\stackrel{..}{\mathrm{\θ}}}_{\mathrm{lc}}...$ (式1)

可以在累加模式负载侧扰动观测器42内进行推定。

因为扰动推定值是累加模式的推定值，所以通过从负载侧扰动至位置指令的逆系统50，反馈至累加模式侧。通过将观测器增益g1设定得较大，可以消除向负载侧施加的扰动的影响。

通过将轴两侧的电动机，根据假想模式控制，分解为累加模式和差动模式而进行控制，可以对累加轴构成位置伺服器，对差动轴构成用于抑制两侧电动机的偏差量的位置调节器。在这种情况下，可以使差动模式的位置指令为0，抑制轴两侧的电动机的偏差，进行高水平的同步控制。

通过使用以上说明的采用了累加模式的负载侧扰动观测器42的同步防振控制，即使在图4的结构中，也可以与负载移动无关地，将负载侧标称化而使共振频率固定，从而可以实现同步的确保及高精度的防振定位控制。

此外，在图5所示的控制装置的框图中，在速度运算部中使用P控制，但也可以使用PI控制、PD控制、PID控制。

另外，在第1实施方式中，左右Y轴分别使用1个电动机，但不仅是X轴，如图7所示的第2实施方式所示，在左右Y轴9L、9R的前后两侧，也分别设置电动机(7LF、7LR)(7RF、7RR)，构成应用了累加模式负载侧干扰观测器的假想模式控制系统，从而可以构成应用了专利文献2中的负载侧干扰观测器的假想模式控制。在图中，8L、8R是左右Y轴9L、9R的同步带，10L、10R是相应的线性编码器。

此外，在前述实施方式中，本发明被应用于电子部件搭载装置的龙门架型XY定位装置，但显然本发明的应用对象并不限定于此，其可以同样地应用于通常的龙门架型XY定位装置中。

另外，编码器也不限定于线性编码器，可以是旋转编码器。

Claims (1)

1.一种龙门架型XY定位装置，其设有：

驱动轴；

一对电动机，其与前述驱动轴的两端连结；以及

单一的线性编码器，其设置在前述驱动轴上，

该龙门架型XY定位装置构成为，向前述一对电动机分配同一线性编码器信号，

其特征在于，

在前述一对电动机的控制中，进行根据2阶阿达玛矩阵而分解为累加模式和差动模式的假想模式控制，由此，对累加轴构成位置伺服器，同时，对差动轴构成用于抑制偏差量的位置调节器，从而进行2轴同步控制，

此时，将线性编码器的信号视为累加模式的线性编码器信号，根据轴扭转角和负载的加速度而构成累加模式专用的负载侧扰动观测器，将利用前述累加模式专用的负载侧扰动观测器推定的负载侧扰动，通过从负载侧扰动至位置指令值的逆系统反馈至累加模式侧，

另一方面，在差动模式中不构成负载侧扰动观测器的控制系统。

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