CN103081351B - 电动机控制装置及电动机控制方法 - Google Patents

电动机控制装置及电动机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置，即使在发生电压瞬间下降等情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动作的电动机。对自动设备动作用的电动机（102）进行控制的电动机控制装置（101）包括：计算从位置指令减去实测的旋转位置后得到的位置偏差的减法部（109）；将位置偏差变换成速度指令的位置控制部（110）；计算从速度指令减去实测的转速后得到的速度偏差的减法部（111）；将速度偏差变换成转矩指令的速度控制部（112）；设定转矩指令的上限值的限制器（113）；驱动电动机（102）的驱动器（114）；及检测出电源（103）的电压变动的电压变动检测部（115）。在电动机控制装置（101）中，若利用电压变动检测部（115）检测出电压瞬间下降的发生，则位置指令输出部（108）使位置指令变动，以使电动机（102）的转速下降，位置控制部（110）限制所输出的速度指令。

Description

电动机控制装置及电动机控制方法
技术领域
本发明涉及对使自动设备动作的电动机进行控制的电动机控制装置。此外，本发明涉及对使自动设备动作的电动机进行控制的电动机控制方法。此外，本发明涉及能适用于例如自动设备、数值控制装置等驱动系统、旋转系统的控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法。
背景技术
以往，已知有对使自动设备动作的DC电动机(也包含直流电动机、DC无刷电动机)进行控制的电动机控制装置(例如，参照专利文献1)。在专利文献1所记载的电动机控制装置中，利用位置检测器来检测出电动机的旋转位置，利用速度检测器来检测出电动机的转速。此外，利用减法器来计算出从位置指令减去位置检测器的输出后得到的位置偏差，利用位置控制器，将位置偏差变换成速度指令，利用加减法器，将速度指令与来自前馈控制器的输出进行相加并减去速度检测器的输出，利用PI控制器，将加减法器的输出变换成转矩指令。此外，利用限制器对从PI控制器输出的转矩指令施加限制之后，电动机驱动器基于该转矩指令来驱动电动机。
此外，一般而言，在自动设备、数值控制装置等领域中，适用用于对它们进行驱动的控制系统。例如，在使自动设备进行工件的传送、焊接等各种操作的情况下，控制系统向对使自动设备的关节转动的电动机进行伺服控制的伺服控制器发出动作指令(位置指令)。另一方面，自动设备的关节具有测定电动机的旋转角度的编码器，主机控制器经由伺服控制器，参照从该编码器发送来的反馈的位置数据(旋转角度测定值等)进行采样，并识别目标值与实测值的偏差，以进行伺服控制。
此处，由于以规定的采样周期对上述反馈的位置数据进行采样，因此，无法知道在采样周期以外的时刻的位置，采样周期成为位置分辨率的限制。然而，在进行高速/高精度的位置控制的情况下，位置分辨率的高低成为重要因素，因此，为了提高位置分辨率的极限，需要进行位置推定。
在专利文献2所记载的自动设备控制装置中，即使绝对值编码器的测定周期与伺服周期不同步，也可通过外插运算来推定与伺服周期同步的位置脉冲，提高位置分辨率。
更具体地进行说明，在专利文献2所公开的自动设备控制装置中，首先，对反馈位置X进行采样。然后，利用与最近的采样时刻的关系，计算采样时间间隔，计算反馈位置的差分，并将反馈位置的差分除以采样时间间隔，来求出反馈位置的变化率(变化率A)。另一方面，计算从采样时刻到伺服指令时刻的时间差(时间差B)。然后，在最后，将对变化率A乘以时间差B后得到的值与上述反馈位置X进行相加，从而推定伺服指令时刻的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10－309683号公报
专利文献2：日本专利特开平5－333931号公报
发明内容
在由专利文献1所记载的电动机控制装置所控制的DC电动机中，能得到与流过驱动用线圈的电流成比例的转矩。流过驱动用线圈的电流在静态下与施加于电动机驱动器的电压成比例，因此，通过对施加于电动机驱动器的电压进行控制，从而能控制电动机的转矩。此处，在施加于电动机驱动器的源电压下降的情况下，通过提高转矩指令，能防止转矩的下降。然而，一般而言，由于电动机驱动器等的物理上的限制，无法将转矩指令提高到一定值以上。因此，若施加于电动机驱动器的源电压大幅下降，则不仅无法使自动设备进行所希望的动作，而且因PI控制器等所具有的积分功能的影响而发生所谓饱和(wind-up)现象，自动设备有时会出现振动动作等不稳定的动作。
因而，以往，例如，若发生源电压瞬间下降现象即瞬间下降(电压瞬间下降)，则在自动设备出现不稳定的动作之前强制停止电动机，确保安全性，并防止自动设备及工件的损伤。然而，在发生了电压瞬间下降等时，若停止电动机以停止自动设备，则会花费用于使自动设备重新起动的恢复时间，生产性下降。特别是在电源状况较差的工厂等使用自动设备的情况下，若每次发生电压瞬间下降时，都使自动设备停止，则生产性大幅下降。
因而，本发明的课题在于提供一种电动机控制装置，即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动作的电动机。此外，本发明的课题在于提供一种电动机控制方法，即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动作的电动机。
此外，在专利文献2所记载的自动设备控制装置中，由于通过将反馈位置的差分除以采样时间间隔来求出变化率A，仅通过单纯的外插运算进行位置推定，因此，存在不善于应对电动机的速度变动的问题。在此情况下，虽然能通过缩小编码器的测定周期来提高位置的推定精度，但需要加快通信周期和CPU的处理速度等，因此，存在成本增加的问题。
因而，本发明是鉴于这些点而完成的，其课题在于提供一种能高精度地应对电动机的速度变动等、而无需缩小采样周期的控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法。
为了解决上述课题，本发明的电动机控制装置对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，包括：位置指令输出单元，该位置指令输出单元输出用于对电动机进行控制的位置指令；第1减法单元，该第1减法单元基于旋转位置和位置指令来计算位置偏差并输出，该旋转位置基于来自在电动机每旋转规定角度时产生脉冲信号的旋转检测单元的输出而计算出；位置控制单元，该位置控制单元将位置偏差变换成速度指令并输出；第2减法单元，该第2减法单元基于转速和速度指令来计算速度偏差并输出，该转速基于来自旋转检测单元的输出来计算出；速度控制单元，该速度控制单元将速度偏差变换成转矩指令并输出；限制器，该限制器在转矩指令的值为规定的限制值以下时，将转矩指令原样输出，并且，在转矩指令的值超过限制值时，输出将限制值作为其值的转矩指令；电动机驱动单元，该电动机驱动单元基于来自限制器的转矩指令来驱动电动机；及电压变动检测单元，该电压变动检测单元检测对电动机驱动单元施加电压的电源的电压变动，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压为规定的基准值以下时，进行如下动作中的至少任一种：位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降；及位置控制单元限制所输出的速度指令。
在本发明的电动机控制装置中，若利用电压变动检测单元检测出电源的电压为规定的基准值以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，并且，位置控制单元限制所输出的速度指令。或者，在本发明中，若利用电压变动检测单元检测出电源的电压为基准值以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，或者，位置控制单元限制所输出的速度指令。
因此，在本发明中，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，能抑制速度指令的值的增加，从而抑制速度偏差的增加。因而，在本实施方式中，即使发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下，通过使电动机的转速下降，从而也能适当控制电动机，使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和现象的发生，并能防止自动设备呈现不稳定的动作。其结果是，在本发明中，即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需使电动机停止。
此处，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，仅进行位置指令的变动的情况下，能抑制从第1减法单元输出的位置偏差的增加，因此，能对电源的电压恢复到超过基准值、将位置指令恢复到原来的状态时的速度指令的急剧变动进行抑制。另一方面，由于位置指令的变动的影响有少许延迟地呈现在速度指令中，因此，在此情况下，在电源的电压为基准值以下时，会发生难以在短时间内抑制速度指令的值的增加的状况。此外，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，仅进行速度指令的限制的情况下，在电源的电压为基准值以下时，能在短时间内抑制速度指令的值的增加，但由于从第1减法单元输出的位置偏差有时会增加，因此，在电源的电压恢复到超过基准值、解除了对速度指令的限制时，有可能速度指令的值急剧变大，电动机急剧加速，自动设备急剧动作。
因此，在本发明中，优选为，若利用电压变动检测单元检测出电源的电压为基准值以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，并且，位置控制单元限制所输出的速度指令。若采用这种结构，则在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，能解决在仅进行位置指令的变动的情况下会产生的问题和在仅进行速度指令的限制的情况下会产生的问题这两者。
在本发明中，优选为，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出单元使位置指令延迟，以使从第1减法单元输出的位置偏差变小，之后，进行如下动作中的至少任一种：位置指令输出单元在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态；及位置控制单元解除对所输出的速度指令的限制。若采用这种结构，则在电源的电压恢复到超过基准值之后将位置指令恢复到原来的状态时、解除对速度指令的限制时，能防止速度指令的值急剧变大。因而，能防止在电源的电压恢复到超过基准值之后将位置指令恢复到原来的状态时、解除对速度指令的限制时的电动机的急加速，其结果是，能防止自动设备的急剧动作。
在本发明中，优选为，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压为基准值以下时，位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，在该情况下，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出单元使位置指令延迟，以使从第1减法单元输出的位置偏差变小，之后，位置指令输出单元在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态。若采用这种结构，则能防止在电源的电压恢复到超过基准值之后将位置指令恢复到原来的状态时的电动机的急加速，其结果是，能防止自动设备的急剧动作。
此外，在本发明中，优选为，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压为基准值以下时，位置控制单元限制所输出的速度指令，在利用电压变动检测单元检测出电源的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出单元使位置指令延迟，以使从第1减法单元输出的位置偏差变小，之后，位置控制单元解除对所输出的速度指令的限制。若采用这种结构，则能防止在电源的电压恢复到超过基准值之后解除对速度指令的限制时的电动机的急加速，其结果是，能防止自动设备的急剧动作。
此外，为了解决上述课题，本发明的电动机控制方法对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，基于用于控制电动机的位置指令和电动机的实测旋转位置，计算位置偏差，将位置偏差变换成速度指令，基于速度指令与电动机的实测转速，计算速度偏差，将速度偏差变换成转矩指令，且在转矩指令的值为规定的限制值以下时，基于原样的转矩指令，驱动电动机，在转矩指令的值超过限制值的情况下，基于将限制值作为其值的转矩指令来驱动电动机，并且，在检测出电动机的电源的电压为规定的基准值以下时，进行如下动作中的至少任一种：使位置指令变动，以使电动机的转速下降；及限制速度指令。
在本发明的电动机控制方法中，若检测出电动机的电源的电压为规定的基准值以下，则使位置指令变动，以使电动机的转速下降，并且，限制速度指令。或者，在本发明的电动机控制方法中，若检测出电动机的电源的电压为基准值以下，则使位置指令变动，以使电动机的转速下降，或者，限制速度指令。因此，在本发明中，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，能抑制速度指令的值的增加，从而抑制速度偏差的增加。因而，在本实施方式中，即使发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下，通过使电动机的转速下降，从而也能适当控制电动机，使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和现象的发生，并能防止自动设备呈现不稳定的动作。其结果是，若利用本发明的电动机控制方法来控制电动机，则即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需使电动机停止。
此外，为了解决上述课题，本发明提供以下技术。
一种控制系统，该控制系统具有：驱动被控制体的电动机；以规定的周期检测出基于所述电动机的旋转角度的所述被控制体的位置数据的传感器；对所述电动机进行伺服控制的伺服控制部；及对所述伺服控制部发出动作指令(位置指令)的位置控制部，其特征在于，所述位置控制部包括：生成所述伺服控制部的动作指令的指令生成单元；将从所述传感器获取的所述位置数据与获取时刻一起存储的位置数据存储单元；及基于规定周期的所述位置数据来推定所述被控制体在任意时刻的位置的位置推定单元，所述位置推定单元基于所述位置数据，利用多项式来表示所述被控制体在时刻t的位置f(t)，通过多项式插补来推定所述被控制体在任意时刻的位置。
根据本发明，位置推定单元基于位置数据，利用多项式来表示被控制体在时刻t的位置f(t)，通过多项式插补来推定在任意时刻的位置，因此，能高精度应对电动机的负荷变动、速度变动等，而不用缩小采样周期。
即，位置推定单元基于在位置数据存储单元中与时刻一起存储的位置数据，利用多项式来表示被控制体在时刻t的位置f(t)，因此，即使在电动机的速度有变动的情况下，也能将位置作为t的函数忠实地呈现，从而能高精度地推定在任意时刻的位置，而不用缩小采样周期。此外，位置推定单元利用反馈来的位置数据来推定被控制体的位置，因此，不易被电动机的负荷变动所影响，能高精度地推定在任意时刻的位置。
自动设备控制系统具有如下特征：所述位置推定单元利用下述数学式1的多项式来表示所述被控制体在时刻t的位置f(t)，基于所述位置数据存储单元所存储的所述位置数据yi及获取时刻ti，利用下述数学式2求出该多项式的系数ai，推定所述被控制体在任意时刻的位置。
[数学式1]
f ( t ) = Σ i = 0 n a i t i
[数学式2]
根据本发明，基于位置数据存储单元所存储的位置数据yi及获取时刻ti，能利用多项式来表示被控制体在任意时刻t的位置f(t)，从而即使在电动机的速度有变动的情况下，也能高精度推定被控制体的位置。
自动设备控制系统具有如下特征：所述位置推定单元利用3次多项式，推定所述被控制体在任意时刻的位置。
根据本发明，由于利用3次多项式来表示被控制体的位置，因此，即使在电动机加速时或减速时等速度有变动的情况下，也能将被控制体的位置作为t的函数来正确呈现，从而能高精度地推定被控制体的位置。此外，求解3次多项式的计算不会造成较大的运算负荷，能减小用于位置推定的运算负荷。
控制系统具有如下特征：所述位置推定单元基于推定所述被控制体的位置的任意时刻附近的所述位置数据，推定所述被控制体在该时刻的位置。
根据本发明，由于利用想进行位置推定的任意时刻附近的位置数据，因此，能从位置数据存储单元所存储的位置数据中选择适合进行位置推定的位置数据，利用3次多项式来表示被控制体的位置，从而即使在电动机的速度有变动的情况下，也能高精度地推定被控制体的位置，并能减轻运算负荷。
控制系统具有如下特征：包括检测设置于所述被控制体的位置对准标记的标记传感器，所述位置推定单元推定所述被控制体在所述标记传感器检测出所述位置对准标记的时刻的位置。
根据本发明，由于能推定被控制体在该传感器检测出位置对准标记的时刻的位置，因此，能高精度地对准被控制体的位置。
一种位置推定方法，其特征在于，在具有：驱动被控制体的电动机；以规定的周期检测出基于所述电动机的旋转角度的所述被控制体的位置数据的传感器；对所述电动机进行伺服控制的伺服控制部；及对所述伺服控制部发出动作指令的位置控制部的控制系统中，所述位置控制部生成所述伺服控制部的动作指令，并将从所述传感器获取的所述位置数据与获取时刻一起存储，基于所述位置数据，利用多项式来表示所述被控制体在时刻t的位置f(t)，通过多项式插补来推定所述被控制体在任意时刻的位置。
根据本发明，由于位置控制部生成所述伺服控制部的动作指令，并将从所述传感器获取的所述位置数据与获取时刻一起存储，基于所述位置数据，利用多项式来表示所述被控制体在时刻t的位置f(t)，通过多项式插补来推定所述被控制体在任意时刻的位置，因此，能高精度地应对电动机的负荷变动、速度变动，而不用缩小采样周期。
即，位置控制部基于与时刻一起存储的位置数据，利用多项式来表示被控制体在时刻t的位置f(t)，因此，即使在电动机的速度有变动的情况下，也能将位置作为t的函数忠实地呈现，从而能高精度地推定在任意时刻的位置，而不用缩小采样周期。此外，位置控制部利用反馈来的位置数据来推定被控制体的位置，因此，不易被电动机的负荷变动所影响，能高精度地推定在任意时刻的位置。
如上所述，在本发明的电动机控制装置中，即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动作的电动机。此外，若利用本发明的电动机控制方法来控制使自动设备动作的电动机，则即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需使电动机停止。
本发明所涉及的控制系统及适用于该控制系统位置推定方法如以上说明那样，能高精度地应对电动机的速度变动等，而不用缩小采样周期，能进行高精度的位置推定，而不用降低电动机的速度。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的电动机控制装置及与电动机控制装置相关联的结构的框图。
图2是表示从图1所示的位置指令输出部输出的位置指令的一个示例的曲线图。
图3是表示从图1所示的位置控制部输出的速度指令的一个示例的曲线图。
图4是表示从图1所示的减法部输出的位置偏差的一个示例、及图1所示的电动机的转速和转矩的一个示例的曲线图。
图5是用于对在利用本发明的第1实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图6是用于对在利用现有的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图7是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图8是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图9是表示在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时的、从位置指令输出部输出的位置指令的一个示例的曲线图。
图10是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图11是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图12是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图13是用于对在利用本发明的其他实施方式所涉及的电动机控制装置来控制电动机时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
图14是表示本发明的第2实施方式所涉及的自动设备控制系统的系统结构的框图。
图15是表示能适用于本发明的第2实施方式所涉及的自动设备控制系统的自动设备的图。
图16是表示由本发明的第2实施方式所涉及的对准器和卡盘所保持的晶片的俯视图。
图17是表示本发明的第2实施方式所涉及的对准器驱动控制的流程的流程图。
图18是对利用由本发明的第2实施方式所涉及的位置推定单元求出的多项式插补进行的推定运算作出说明的图。
图19是表示该对准器的精度试验结果的图。
具体实施方式
(第1实施方式电动机控制装置及电动机控制方法)
以下，参照附图来说明本发明的第1实施方式。
(电动机控制装置的结构)
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的电动机控制装置101及与电动机控制装置101相关联的结构的框图。图2是表示从图1所示的位置指令输出部108输出的位置指令的一个示例的曲线图。图3是表示从图1所示的位置控制部110输出的速度指令的一个示例的曲线图。图4是表示从图1所示的减法部109输出的位置偏差的一个示例、及图1所示的电动机102的转速和转矩的一个示例的曲线图。
本实施方式的电动机控制装置101是用于控制使工业用自动设备动作的电动机102的装置。电动机102是DC伺服电动机，例如使工业用自动设备的臂部动作。如图1所示，电动机控制装置101与电动机102的电源103相连接。此外，在电动机控制装置101与电动机102之间配置有编码器104。编码器104例如由固定于电动机102的转轴的圆板状狭缝板、及具有配置成夹住狭缝板的发光元件和受光元件的光学式传感器构成，光学式传感器与电动机控制装置101相连接。
电动机控制装置101包括MPU等运算单元、ROM、RAM、非易失性存储器等存储单元、及I/O端口等输入输出单元等。此外，电动机控制装置101在功能上包括位置检测部106、速度检测部107、作为位置指令输出单元的位置指令输出部108、作为第1减法单元的减法部109、作为位置控制单元的位置控制部110、作为第2减法单元的减法部111、作为速度控制单元的速度控制部112、限制器113、作为电动机驱动单元的驱动器114、及作为电压变动检测单元的电压变动检测部115。
位置检测部106基于来自编码器104的输出，来计算电动机102的旋转位置。速度检测部107基于来自编码器104的输出，来计算电动机102的转速。位置指令输出部108输出用于控制电动机102的转速及旋转位置的位置指令。具体而言，位置指令输出部108将与电动机102起动后经过的时间相应的目标旋转位置作为位置指令输出。若设电动机102起动后经过的时间为横轴、目标旋转位置为纵轴，则从位置指令输出部108输出的位置指令例如像图2所示的曲线图那样。
减法部109计算从位置指令输出部108输出的位置指令减去从位置检测部106输出的实测旋转位置后的位置偏差并输出。若设电动机102起动后经过的时间为横轴、位置偏差为纵轴，则从减法部109输出的位置偏差例如像图4所示的曲线图那样。
位置控制部110通常将从减法部109输出的位置偏差变换为速度指令并输出。具体而言，位置控制部110将与电动机102起动后经过的时间相应的目标转速作为速度指令来输出。若设电动机102起动后经过的时间为横轴、目标转速为纵轴，则从位置控制部110输出的速度指令例如像图3所示的曲线图那样。在位置控制部110中进行比例控制。
减法部111计算从位置控制部110输出的速度指令减去从速度检测部107输出的实测转速后的速度偏差并输出。速度控制部112通常将从减法部111输出的速度偏差变换为转矩指令并输出。在速度控制部112中，进行将比例控制和积分控制组合得到的PI控制。
限制器113在从速度控制部112输出的转矩指令的值为规定的限制值以下的情况下，将从速度控制部112输出的转矩指令作为转矩指令原样输出，并且，在从速度控制部112输出的转矩指令的值超过限制值的情况下，输出将该限制值作为其值的转矩指令。即，利用限制器113来设定向驱动器114输出的转矩指令的上限值。
驱动器114连接有电源103，驱动器114基于从限制器113输出的转矩指令，对电动机102施加电压以驱动电动机102。若设电动机102起动后经过的时间为横轴、转速和转矩为纵轴，则由驱动器114所驱动的电动机102的转速和转矩像图4所示的曲线图那样。
电压变动检测部115与电源103相连接，且检测电源103的电压变动。在本实施方式中，电压变动检测部115对已发生电源103的电压瞬间成为规定的基准值以下的电压瞬间下降这一情况进行检测。此外，电压变动检测部115与位置指令输出部108及位置控制部110相连接。
(发生电压瞬间下降时的电动机的控制方法)
图5是用于对在利用本发明的实施方式所涉及的电动机控制装置101来控制电动机102时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机102的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。图6是用于对在利用现有的电动机控制装置来控制电动机102时发生电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差的变化、电动机102的转速和转矩的变化进行说明的曲线图。
电动机控制装置101在发生电压瞬间下降时，像以下那样进行动作来控制电动机102。首先，由电压变动检测部115判断是否已发生电压瞬间下降。若由电压变动检测部115检测出电源103的电压已成为基准值以下(即，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生)，则位置指令输出部108基于电压变动检测部115的检测结果，使位置指令发生变动，以使电动机102的转速下降。例如，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置指令输出部108如图2的双点划线所示那样使位置指令发生变动。此时，优选为，位置指令输出部108使位置指令发生变动，从而在装载于自动设备的工件、自动设备等不发生损伤的范围内尽可能早地使电动机102的转速下降。例如，位置指令输出部108使位置指令发生变动，从而电动机102的转速以与电动机102通常减速时的减速度相同的减速度来下降。
此外，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置控制部110基于电压变动检测部115的检测结果，对变换成速度指令的位置偏差进行限制。例如，位置控制部110将电压瞬间下降时的位置偏差作为要变换为速度指令的位置偏差而进行固定(钳位)，将固定后的位置偏差变换为速度指令。或者，位置控制部110例如根据由速度检测部107检测出的电动机102的转速来使变换为速度指令的位置偏差的上限值发生变动，并且，若来自减法部109的位置偏差为上限值以下，则将该位置偏差作为变换为速度指令的位置偏差，在来自减法部109的位置偏差超过上限值的情况下，将该上限值位置偏差作为变换为速度指令的位置偏差。如上所述，由于在位置控制部110中进行比例控制，因此，若使变换为速度指令的位置偏差受到限制，则从位置控制部110输出的速度指令也受到限制。即，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置控制部110限制所输出的速度指令。
若电压瞬间下降结束，由电压变动检测部115检测出电源103的电压恢复到超过基准值，则位置控制部110解除对位置偏差的限制。即，位置控制部110解除对速度指令的限制。此外，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。例如，位置指令输出部108将以电动机102的转速下降的方式发生变动的位置指令恢复到图2的实线所示的位置指令。
由于本实施方式的电动机控制装置101在发生电压瞬间下降时，像以上那样进行动作，因此，在利用电动机控制装置101来控制电动机102时，发生了电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图5所示的曲线图那样变化。另外，若发生电压瞬间下降，则变换为速度指令的位置偏差受到限制，但从减法部109输出的实际位置偏差正在增加，因此，如图5所示，在电源103的电压恢复且位置控制部110解除对位置偏差的限制时，位置偏差以不连续的方式增加。
另一方面，在利用现有的电动机控制装置来控制电动机102时，发生电压瞬间下降的情况下的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图6所示的曲线图那样变化。
另外，图5、图6所示的曲线图是表示变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩的变化趋势概况的图，变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩的实际变化与图5、图6所示的曲线图不完全一致。此外，根据电动机控制装置101的控制参数和动作环境等，变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩的的变化方式发生改变。对于后述的图7、图8、图10～图13也是同样的。
(第1实施方式的主要效果)
如上所述，在本实施方式中，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置控制部110限制所输出的速度指令。因此，在本实施方式中，在发生了电压瞬间下降时，能抑制从减法部111输出的速度偏差的增加，并能抑制从速度控制部112输出的转矩指令的值的增加。因而，在本实施方式中，即使发生电压瞬间下降，也能适当控制电动机102，使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和(wind-up)现象的发生，并能防止自动设备呈现不稳定的动作。其结果是，在本实施方式中，即使发生电压瞬间下降，也能使自动设备适当地进行动作，而无需使电动机102停止。此外，在本实施方式中，由于在发生电压瞬间下降时，对位置控制部110所输出的速度指令进行限制，因此，在发生电压瞬间下降后，能在短时间内抑制速度偏差的增加。
在本实施方式中，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置指令输出部108使位置指令发生变动，以使电动机102的转速下降。因此，在本实施方式中，在电压瞬间下降发生时，能抑制从减法部109输出的实际位置偏差的增加。因而，在本实施方式中，能对电源103的电压恢复、位置控制部110解除对速度指令的限制时的速度指令的值的急剧增加进行抑制。其结果是，在本实施方式中，能抑制电动机102的急加速，防止自动设备的急剧动作。
另外，在利用现有的电动机控制装置来控制电动机102时，若发生电压瞬间下降，则如图6所示，变换为速度指令的位置偏差正在增加，因此，速度指令的值及速度偏差增加，其结果是，转矩指令的值增加，转矩指令的值有可能超过限制值。此外，若电压瞬间下降结束，电源103的电压恢复，则为了消除所增加的位置偏差，如图6所示，电动机102的转速急剧增加。
(发生电压瞬间下降时的电动机的控制方法的变形例1)
在上述实施方式中，若发生电压瞬间下降，则位置指令输出部108使位置指令变动，以使电动机102的转速下降，并且，位置控制部110限制所输出的速度指令。除此之外，例如在发生了电压瞬间下降时，也可以仅进行使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动。在此情况下，发生了电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图7所示的曲线图那样变化。
即使在发生了电压瞬间下降时、仅进行使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动的情况下，若将图6和图7进行比较可知，与利用现有的电动机控制装置来控制电动机102的情况相比，能抑制变换为速度指令的位置偏差的增加，因此，能抑制速度指令的值及速度偏差的增加。因而，即使在此情况下，在发生电压瞬间下降时，也能适当控制电动机102，使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和现象的发生，并能防止自动设备呈现不稳定的动作，其结果是，即使发生电压瞬间下降，也能使自动设备适当动作，而无需使电动机102停止。此外，在此情况下，在发生电压瞬间下降时，能抑制从减法部109输出的实际的位置偏差的增加，因此，能对在电源103的电压恢复、位置指令恢复到原来的状态时的速度指令的急剧变动进行抑制。
(发生电压瞬间下降时的电动机的控制方法的变形例2)
在上述实施方式中，若发生电压瞬间下降，则位置指令输出部108使位置指令变动，以使电动机102的转速下降，并且，位置控制部110限制所输出的速度指令。除此之外，例如也可以在发生了电压瞬间下降时，仅限制从位置控制部110输出的速度指令。在此情况下，发生了电压瞬间下降的情况下的变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图8所示的曲线图那样变化。
在此情况下，如上所述，在发生了电压瞬间下降时，能抑制从减法部111输出的速度偏差的增加，并能抑制从速度控制部112输出的转矩指令的值的增加。因此，即使发生电压瞬间下降，也能适当控制电动机102，能使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和现象的发生，并能防止自动设备呈现不稳定的动作。此外，在发生电压瞬间下降时，限制由位置控制部110所输出的速度指令，因此，在发生电压瞬间下降后，能在短时间内抑制速度偏差的增加。
(电压瞬间下降结束后的电动机的控制方法的变形例1)
在上述实施方式中，若电压瞬间下降结束，电源103的电压恢复到超过基准值，则位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。除此之外，例如，也可以在电源103的电压恢复到超过基准值时，在位置指令输出部108使位置指令延迟、以使从减法部109输出的位置偏差变小之后(即，在位置指令输出部108输出将电动机102的目标旋转位置回转规定量的指令位置之后)，位置控制部110解除对速度指令的限制，并且，位置指令输出部108在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态。
即，在电源103的电压恢复到超过基准值时，例如，也可以如图9的实线所示，位置指令输出部108在使位置指令延迟之后，在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态，并且，位置控制部110解除对速度指令的限制。在此情况下，变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图10所示的曲线图那样变化。另外，图9的虚线表示未发生电压瞬间下降时的位置指令的变化，图9中实线与虚线平行，其中实线表示位置指令输出部108在使位置指令延迟之后在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态后的位置指令的变化、虚线表示未发生电压瞬间下降时的位置指令的变化。
在此情况下，在电源103的电压恢复到超过基准值之后解除对速度指令的限制、并且将位置指令恢复到原来的状态时，能抑制速度指令的值急剧变大。因此，例如，若将图5和图10进行比较可知，在此情况下，能大幅抑制在电源103的电压恢复到超过基准值之后解除对速度指令的限制、并且将位置指令恢复到原来的状态时的电动机102的转速的变动。因而，在此情况下，能防止在电源103的电压恢复到超过基准值之后将位置指令恢复到原来的状态时、解除对速度指令的限制时的电动机102的急加速，其结果是，能防止自动设备的急剧动作。
另外，也可以在电源103的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态之后，使位置指令延迟，之后，位置控制部110解除对速度指令的限制。此外，也可以在检测到电源103的电压恢复到超过基准值时，在位置控制部110解除对速度指令的限制之后，位置指令输出部108使位置指令延迟，之后，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。
此外，在发生了电压瞬间下降时、仅进行使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动的情况下，也可以在电源103的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出部108在使位置指令延迟、以使从减法部109输出的位置偏差变小之后，在延迟后的位置将位置指令恢复到原来的状态。在此情况下，变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图11所示的曲线图那样变化。
在此情况下，在电源103的电压恢复到超过基准值之后、将位置指令恢复到原来的状态时，也能抑制速度指令的值急剧变大。因此，例如，若将图7和图11进行比较可知，在此情况下，能大幅抑制在电源103的电压恢复到超过基准值之后、将位置指令恢复到原来的状态时的电动机102的转速的变动。
此外，在发生了电压瞬间下降时、仅限制从位置控制部110输出的速度指令的情况下，也可以在电源103的电压恢复到超过基准值时，位置指令输出部108在使位置指令延迟、以使从减法部109输出的位置偏差变小之后，位置控制部110解除对速度指令的限制。在此情况下，变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图12所示的曲线图那样变化。
在此情况下，在电源103的电压恢复到超过基准值之后、将位置指令恢复到原来的状态时，能抑制速度指令的值急剧变大。因此，例如，若将图8和图12进行比较可知，在此情况下，能大幅抑制在电源103的电压恢复到超过基准值之后、将位置指令恢复到原来的状态时的电动机102的转速的变动。
另外，在发生了电压瞬间下降时、进行使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动并限制从位置控制部110输出的速度指令的情况下，若在电源103的电压恢复到超过基准值之后，位置指令输出部108使位置指令延迟，以使从减法部109输出的位置偏差变小，则变换为速度指令的位置偏差、电动机102的转速及电动机102的转矩例如像图13所示的曲线图那样变化。
(电压瞬间下降结束后的电动机的控制方法的变形例2)
在上述实施方式中，若电压瞬间下降结束，电源103的电压恢复，则位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。除此之外，例如也可以在电源103的电压恢复之后，也继续进行速度指令的限制及使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动，并且，在从减法部109输出的位置偏差刚要小到某一程度时，位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。即，也可以在从电源103的电压恢复起经过规定时间之后，位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。
例如，可以为，即使在电源103的电压恢复之后，也继续进行速度指令的限制、及使电动机102的转速下降那样的位置指令的变动，直至从位置指令输出部108输出的位置指令进入使电动机102减速的减速区域、或者直至从位置指令输出部108输出的位置指令完成为止，那时，位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。若位置指令进入减速区域、或者从位置指令输出部108输出的位置指令完成，则从减法部109输出的位置偏差(即，位置指令与从位置检测部106输出的实测的旋转位置之差)变小，逐步接近由位置控制部110变换为速度指令的位置偏差。
因此，在此情况下，在电源103的电压恢复之后解除对速度指令的限制、并且将位置指令恢复到原来的状态时，能抑制速度指令的值急剧变大。因而，在此情况下，能防止在电源103的电压恢复之后将位置指令恢复到原来的状态时、解除对速度指令的限制时的电动机102的急加速，其结果是，能防止自动设备的急剧动作。
(电压瞬间下降结束后的电动机的控制方法的变形例3)
在上述实施方式中，若电压瞬间下降结束，电源103的电压恢复，则位置控制部110解除对速度指令的限制，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。除此之外，例如，也可以在电压瞬间下降结束、电源103的电压恢复时，首先，位置控制部110解除对速度指令的限制，之后，位置指令输出部108将位置指令恢复到原来的状态。
(其他实施方式)
上述的实施方式是本发明的优选实施方式的一个示例，但并不限于此，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以实施各种变形。
在上述实施方式中，若由电压变动检测部115检测出电压瞬间下降的发生，则位置指令输出部108使位置指令变动以使电动机102的转速下降，位置控制部110限制所输出的速度指令。除此之外，例如，也可以在由电压变动检测部115检测出电源103的电压下降了规定量时(即，在由电压变动检测部115检测出电源103的电压为规定的基准值以下时)，位置指令输出部108使位置指令变动以使电动机102的转速下降，位置控制部110限制所输出的速度指令。
以往，在调整速度、加减速度等电动机102的动作参数时，利用比电源103的实际电压要低的电压来使电动机102动作。例如，在电源103的实际电压为200(V)的情况下，在调整电动机102的动作参数时，对驱动器114施加低于200(V)的电压。这是由于，即使在电源103的电压恒定较低的情况下，也能安全地使电动机102动作、停止。即，以往，电动机102的动作参数是相对于电源103的实际电压有余量的值。
与此不同的是，在由电压变动检测部115检测出电源103的电压下降了规定量时，位置指令输出部108使位置指令变动以使电动机102的转速下降，位置控制部110限制所输出的速度指令，在采用这种结构的情况下，由于能跟随电源103的电压变动来适当控制电动机102，因此，即使在利用实际电压调整后的动作参数下，也能使电动机102安全地动作、停止。因而，在此情况下，能使电动机102比以往要高速度、高加速度地动作，能使自动设备高速动作。其结果是，能缩短使用自动设备的工序的节拍时间。
(第2实施方式控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法)
以下，参照附图来说明第2种用于实施本发明的最佳方式。
(自动设备系统)
图14是表示本发明的实施方式所涉及的自动设备控制系统的系统结构的框图。图15是表示能适用于本发明的实施方式所涉及的自动设备控制系统的自动设备的图。图16是表示由本发明的实施方式所涉及的对准器和卡盘所保持的晶片的俯视图。
首先，在对表示本发明所涉及的控制系统的一个实施方式的自动设备控制系统进行说明之前，对自动设备进行说明。
(自动设备)
图15所示的自动设备6例如为使装载于卡盒的半导体晶片(以下称为“晶片”)等工件移动到成膜装置内的传送自动设备(以下称为“自动设备”)。此外，在本实施方式中，晶片9成为被控制体。
如图15所示，自动设备6将多个由关节部61、62、63以可旋转的方式连接的基台侧臂部64、手部侧臂部65、手部66进行连接，将设置于未图示的基台的第1电动机41所产生的旋转力传递给基台侧臂部64、手部侧臂部65以使其进行所希望的动作。这种结构的自动设备6中，使装载晶片9的手部66始终朝向一定方向并在直线上移动。另外，由于自动设备6的结构及动作是公知的，因此，此处省略详细说明。此外，自动设备6包括：第1电动机41，该第1电动机41对基台侧臂部64、手部侧臂部65、手部66进行驱动；及第1编码器42，该第1编码器42作为以规定周期检测出基于第1电动机41的旋转角度的臂部的位置数据的传感器。另外，第1编码器固定于第1电动机41的转轴上。
(对准器)
在晶片9收纳于移送来的卡盒8的状态下，是随机配置的，因此，在利用自动设备6从卡盒8中取出晶片9、并对晶片9实施各种加工时，必须在缺口91的位置由正规位置定位的状态下进行。因此，采用如下方法：在将从卡盒8取出的晶片9送入晶片9的对准器7、利用该晶片9的对准器7使缺口的位置与正规位置一致之后，将晶片9设置于处理平台。
在自动设备6将晶片9从卡盒8取出并传送到成膜装置时，一般在晶片9的边缘部形成一处用于检测位置的缺口91。在该晶片9收纳于移送来的卡盒8的状态下，是随机配置的，因此，在对晶片9实施各种加工时，必须在缺口91的位置由正规位置定位的状态下进行。一般将进行该晶片9的位置对准即晶片9的角度对准的装置称为对准器7，在利用保持轴将晶片9保持之后，使其旋转半圈或1圈来检测出缺口91的位置，基于该检测结果，使保持轴旋转规定角度，以正规位置对晶片9进行角度对准。在本实施方式中，如图15及图16所示，对准器7是检测晶片9的缺口91并使晶片9的方向对准的装置。在本实施方式中，使晶片9旋转以调整成朝向规定方向的对准器7设置在自动设备6能传送晶片9的范围内。
对准器7具有使所装载的晶片9旋转并检测出设置在其边缘部的缺口91、从而进行所装载的所有晶片9(的缺口91)的方向/保持角度对准这样的定向功能。在本实施方式中，对准器7具有装载晶片9并一体旋转的转盘71、对装载有晶片9的转盘71进行驱动的第2电动机43、作为检测基于第2电动机43的旋转角度数据的位置数据的传感器的第2编码器44、及检测缺口91的缺口传感器73。此外，在本实施方式中，如图15及图16所示，转盘71具有多个卡盘72(图15及图16中为6处)，夹住晶片9的周围并以与转盘71无偏心的同心方式装载于转盘71。
(缺口传感器的结构)
如图15及图16所示，在晶片9的外周部形成有切除成V字状或U字状的缺口91，作为表示晶片9的圆周方向上的正规位置的标记、定位部位。在本实施方式中，检测在晶片9上形成的缺口91的缺口传感器73在图15中设置在转盘71的左侧位置(图16中为左上侧)。该缺口传感器73是包括发光元件和受光元件的光传感器，具体而言，包括照射出检测光的LED、检测该照射光的反射光的光电二极管、及将出入于该LED和光电二极管的光线引导至晶片9的光路筒。因此，在对手部66所保持的晶片9的边缘部照射LED检测光、由边缘部反射的情况下，反射光入射到光电二极管，在通过缺口91不进行反射的情况下，不会入射到光电二极管。由此，检测缺口91的位置。
(自动设备控制系统的结构)
本发明所涉及的自动设备控制系统1对在半导体制造工序中将(半导体)晶片等从卡盒中取出并传送到成膜装置的自动设备的动作进行控制。图14是表示本发明的实施方式所涉及的自动设备控制系统的系统结构的框图。
自动设备控制系统1对传送晶片9的自动设备6(的臂部)的驱动及用于进行晶片9的方向对准的对准器7的驱动进行控制。在本实施方式中，如图14所示，自动设备控制系统1主要具有位置控制部2、伺服控制部3、驱动被控制体的驱动部4(第1电动机41、第1编码器42、第2电动机43、第2编码器44)、及通信线路5。
该自动设备控制系统1对伺服控制器31、32进行动作指令(位置指令)，该伺服控制器31、32对使自动设备的关节转动的第1电动机41、使对准器7转动的第2电动机43进行伺服控制。另一方面，自动设备的关节、对准器7具有测定第1、第2电动机41、43的旋转角的第1、第2编码器42、44，位置控制部2经由伺服控制部3(伺服控制器31、32)，参照从该第1、第2编码器42、44发送来的反馈的位置数据(旋转角测定值等)以进行采样，并对目标值与实测值的偏差进行识别，以进行伺服控制。
(位置控制部的结构)
位置控制部2具有：指令生成单元21，该指令生成单元21生成给第1、第2伺服控制器31、32的动作指令，并且向各伺服控制器31、32发送动作指令；及位置数据存储单元22，该位置数据存储单元22以规定周期接收从各伺服控制器31等发送来的反馈的位置数据(反馈数据)，将接收到的位置数据(反馈数据)与获取时刻一起进行存储。此外，位置控制部2包括位置推定单元23，该位置推定单元23基于位置数据记录单元22接收并存储的规定周期的位置数据(反馈数据)，推定驱动部4在任意时刻的位置。
(位置推定单元的结构)
在本实施方式中，如图14所示，位置推定单元23具有位置数据提取单元24、多项式计算单元25、及推定位置计算单元26。
位置数据提取单元24提取出推定驱动部4的位置的时刻tk的附近时刻的位置数据。所提取的位置数据数与插补的多项式的次数n相对应，对于多项式的次数n，位置数据的个数至少需要(n+1)。另外，在本实施方式中，由于推定晶片9的缺口91的位置，因此，驱动部4包括使对准器7的转盘71旋转的第2电动机43及第2编码器44。
多项式计算单元25将在时刻t的晶片9的缺口91(对准器7的第2电动机43)的位置f(t)像数学式3所示那样用n次多项式来表示。多项式的次数n为位置数据提取单元24提取出的位置数据的个数－1，例如在提取出4个位置数据的情况下，n＝3。
[数学式3]
f ( t ) = Σ i = 0 n a i t i
多项式计算单元25基于位置数据提取单元24提取出的n+1个位置数据yi及与各位置数据yi相对应的获取时刻ti，利用数学式4求出数学式3所示的多项式的系数ai，计算表示缺口91(第2电动机43)的位置f(t)的多项式。
[数学式4]
推定位置计算单元26基于多项式计算单元25计算出的多项式，计算在进行位置推定的时刻tk的缺口91(第2电动机43)的位置f(tk)。对于推定出缺口91(第2电动机43)的位置的时刻tk，能设定为在进行推定时刻之前的任意时刻。
(伺服控制部的结构)
伺服控制部3基于来自指令生成单元21的动作指令，对驱动部4进行驱动控制。在本实施方式中，伺服控制部3具有：第1伺服控制器31，该第1伺服控制器31对将自动设备6的臂部等驱动的第1电动机41进行驱动控制；及第2伺服控制器32，该第2伺服控制器32对将设置于对准器7的转盘71驱动的第2电动机43进行驱动控制。
(电动机及编码器)
驱动部4基于来自伺服控制部3的控制信号，驱动规定动作。在本实施方式中，如图15所示，驱动部4是第1电动机41和第1编码器42、及第2电动机43和第2编码器44。第1电动机41与自动设备6的基台侧臂部64的关节部61进行连接。此外，对第1电动机41的转轴设置有第1编码器42，基于第1电动机41的旋转角度数据，检测位置数据。
此外，第2电动机43与设置于对准器7的转盘71相连接。对该第2电动机43的转轴设置有第2编码器44，基于第2电动机43的旋转角度数据，检测位置数据。
(通信线路)
标号5是通信线路。在本实施方式中，如图14所示，从位置控制部2通过串行传输方式将各种指令发送给伺服控制部3、驱动部4等。即，在本实施方式中，位置控制部2与伺服控制部3或构成的伺服控制器31(通过有线或无线)进行电连接。接下来，伺服控制器31与伺服控制器32(通过有线或无线)进行电连接。由此，从位置控制部2到伺服控制器32的指令经由伺服控制器31进行传输。通过进行这种串行传输，从而在自动设备控制系统1中，信号的输入输出靠1个系统就足够了，因此，能防止布线的复杂化。在本实施方式中，通信线路5的通信周期为4毫秒(msec)。
此外，第1、第2编码器42、44分别与第1、第2电动机41、43(通过有线或无线)进行电连接。由第1、第2编码器42、44测定的位置数据(旋转角测定值等)经由被通信线路5连接的伺服控制部3(伺服控制器31、32)传输到位置控制部2。
(自动设备的动作)
接下来，对如下动作进行说明：利用自动设备6从卡盒8中取出晶片9，并利用对准器7进行将晶片9的方向/保持角度对准的所谓定向操作，在定向操作之后，在第2位置装载到某一工艺装置(未图示)中。
在将晶片9从卡盒8移送到工艺装置(未图示)时，将自动设备6的手部66放入到卡盒8中，将晶片9取出。接下来，使自动设备6的基台侧臂部64及手部侧臂部65旋转，将晶片9的中心装载于对准器7的转盘71。对准器7在装载有晶片9的情况下，处于在原点位置(基准位置)的状态。具体而言，该原点位置(基准位置)设为在检测第2电动机43的位置的第2编码器44处于该位置(角度)时为0°。如图16所示，转盘71利用卡盘72对晶片9的外周进行保持，在保持完成后，以保持的状态进行旋转。然后，关于对准器7的缺口传感器73，利用缺口传感器73(光传感器)检测出形成于晶片9的边缘的缺口91。将晶片9的缺口91通过缺口传感器73的位置存储于位置数据存储单元22，以便在晶片3的位置对准中使用。基于该检测结果，将晶片9以相对于对准器7为规定方向的方式进行支承。之后，使卡盘7离开，手部66将对准器7的晶片9拿起，装载于工艺装置。此处，通过预先将晶片9以相对于对准器7成规定方向的方式进行支承，从而将晶片9以相对于工艺装置成规定方向的方式进行装载。在自动设备6操作的期间内，对准器7回到原点位置(基准位置)进行待机。另外，对每一晶片9重复上述动作。
(位置推定方法)
接下来，利用图17及图18所示的对准器7的驱动控制，对使用了本发明的实施方式所涉及的自动设备控制系统的位置推定方法进行说明。图17是表示本发明的实施方式所涉及的对准器驱动控制的流程的流程图。图18是对利用由本发明的实施方式所涉及的位置推定单元求出的多项式插补进行的推定运算进行说明的图。图18中，纵轴为第2编码器44的位置(角度)，0表示原点位置(基准位置)，横轴表示时刻。
在图17所示的流程图中，“开始”是如下状态，即自动设备6的手部66将晶片9装载于转盘71、对准器7的卡盘72保持晶片9的外周的状态。此时，第2电动机43及第2编码器44在原点位置(基准位置)停止。
第2电动机43基于位置控制部2的指令生成单元21的动作指令，根据第2伺服控制器32的控制信号进行旋转。由此，装载于转盘71的晶片9进行旋转。设置于对准器7的缺口传感器73在检测出晶片9的缺口91时(参照图16)，将检测出的时刻tk(参照图18)发送到位置控制部2，并利用位置数据存储单元22存储时刻tk(S1)。此时，如图18所示，第2电动机43的旋转位置由第2编码器44检测出，但以4ms的周期进行采样。因此，缺口传感器73检测出的时刻tk的位置与采样周期不一致，从而处于未检测出正确位置的状态。
对准器7使晶片9旋转约1圈，以4ms的周期对位置数据进行采样。例如，如图17所示，像(时刻、旋转位置)＝(t0、y0)、(t1、y1)、(t2、y2)、(t3、y3)、……那样每隔4ms将其旋转位置作为第2编码器44的输出信号发送到位置控制部2，位置数据存储单元22存储时刻和位置数据。旋转约1圈后，使第2电动机43停止。
位置推定单元23在经由位置控制部2接收缺口31的检测信号(时刻tk)时，位置数据提取单元24从位置数据存储单元22中提取出时刻tk前后各2个周期的4个位置数据(S2)。即，如图17所示，提取出时刻tk前后各2个周期的位置数据即(时刻、旋转位置)＝(t0、y0)、(t1、y1)、(t2、y2)、(t3、y3)。
多项式计算单元25将晶片9在时刻t的位置f(t)像数学式3所示那样用n次多项式来表示。在本实施方式中，为了应对第2电动机43的加速或减速，利用3次多项式对第2电动机43的位置进行插补。在此情况下，由于多项式的次数n＝3，因此，位置数据提取单元24提取出的位置数据的个数为次数n+1＝4个。
位置数据提取单元24减少多项式计算单元25的运算负荷，并且提取4个位置数据，从而能高精度地应对第2电动机43的速度变动。
此外，关于提取出的位置数据，提取出时刻tk前后各2个周期的位置数据。另外，所提取的位置数据是进行位置推定的时刻tk的附近时刻的位置数据即可，位置数据提取单元24也可以提取任意的位置数据。
多项式计算单元25基于位置数据提取单元24提取出的4个位置数据yi及与各位置数据yi相对应的获取时刻ti，利用上述数学式4求出数学式3所示的多项式的系数ai，计算表示第2电动机43的旋转位置f(t)的3次多项式(S3)。图17中，通过4个位置(y0、y1、y2、y3)的线成为3次多项式。
推定位置计算单元26基于多项式计算单元25计算出的3次多项式，计算在缺口传感器73检测出缺口91的时刻tk的第2电动机43(晶片9)的位置f(tk)(S4)。即，计算出的位置f(tk)被推定为装载于转盘71的晶片9的缺口91的位置。
(第2实施方式的主要效果)
在本实施方式中，自动设备控制系统1为了应对驱动对准器7的第2电动机43的加速或减速，利用3次多项式对旋转位置与时刻之间的关系进行插补，推定在由缺口传感器73检测出的时刻tk的晶片9(缺口91)的位置，因此，能高精度地进行晶片9的位置对准。
此外，为了求出3次多项式，提取出时刻tk前后各2个周期的位置数据，利用这些位置数据来推定位置，因此，还能高精度地应对第2电动机43的速度的变动。
此外，即使在第2电动机43加减速时或负荷变动时，位置推定单元23也能高精度地推定晶片9的缺口91的位置，从而能高速控制装载晶片9的转盘71。即，即使在要求兼顾位置精度和高速的自动设备6中，自动设备控制系统1也能将成本抑制得较低，且提高位置对准精度和速度。
在第2实施方式中，自动设备控制系统1以通信线路5的通信周期4毫秒(msec)来获得位置信息，因此，第2电动机43越是高速动作，位置精度越劣化。这样，在某一位置有缺口传感器73的输入的情况下，由于该位置与之前刚获取的位置相同，因此，为了要正确地知道该传感器输入位置，需要使第2编码器44的采样周期比以往更精密并根据缺口传感器73的输入时刻来推定位置。
因而，在第2实施方式中，通过将第2电动机43(晶片9)的位置视为时间的多项式，从而能根据以4毫秒(msec)的周期获取的位置数据及其时刻来导出多项式的系数，能推定任意时刻的位置。通过利用该多项式插补进行推定运算，从而将位置分辨率提高，由此即使第二电动机43高速移动，也能进行高精度的定位。
关于第2实施方式所示的自动设备6，若利用自动设备6将晶片9装载于对准器7的转盘71，则自动设备6不进行待机，而设定成进行其他工作，在该期间内对准器7进行晶片9的位置对准。因此，从提高吞吐量方面来看，对准器7的位置对准精度成为重要的因素。具体而言，要求对准器7在仅3秒的定位时间内达到0.02度的位置对准精度。为了在该定位要求时间(3秒)内完成晶片9的定位，对准器7需要使晶片9以100转/分(rpm)进行旋转。但是，在利用通信周期为4毫秒(msec)的通信线路5的廉价系统结构中，最大误差会超过0.02度。在对准器7使半导体晶片9以100转/分(rpm)进行旋转的情况下，为了将最大误差抑制在0.02度以内，需要以500微秒(μs)的分辨率监控传感器输入来进行推定控制。
以下，基于实验数据对第2实施方式的效果进行说明。对准器7利用通信周期为4毫秒(msec)的通信线路5。在自动设备控制系统1中，为了满足定位时间在3秒以内，使第二电动机43(晶片9)以100转/分(rpm)进行旋转，在对准器7中设置图像处理用的照相机，并重复进行了试验。图19是表示该精度试验结果的图。如图19所示，使用了自动设备控制系统1的对准器7对于要求精度0.02度，能将误差抑制在±3σ＝0.0082度。这样，根据自动设备控制系统1，即使对准器7是利用了通信周期为4毫秒(msec)的廉价通信线路5的结构，通过利用多项式插补进行位置推定控制，从而也能进行高速/高精度的定位，可判断为能对缩短吞吐时间有贡献。
此外，自动设备控制系统1能利用作为通用产品的廉价通信单元、CPU来构成，从而能利用低价的控制系统来进行高精度的位置推定。一般而言，对自动设备控制系统1的要求是价格的低廉和高速/高精度，特别地，高速/高精度为重要的性能。另一方面，若为了抑制系统的价格而利用低价的硬件结构，则其性能(高速/高精度)存在极限。例如，对于在液晶、半导体制造工序中使用的自动设备控制系统1，使用不怎么高速的通信线路5。因此，使用了通信线路5的自动设备控制系统1中，由于通信周期的限制，存在位置的分辨率有极限的问题。
利用第2实施方式所示的位置推定单元23，对缺口91的位置与时刻之间的关系用3次多项式进行插补，从而对于系统控制中使用的低价硬件导致的性能极限，通过在软件上进行位置推定，来提高性能(高速/高精度)。
(对于其他实施方式)
图14所示的自动设备控制系统1中，为了便于说明，利用第1电动机41及第2电动机43进行了说明，但并不限定于此。
此外，在本实施方式中，通过推定对准器7的第2电动机43的位置，从而推定装载于转盘71的晶片9的缺口91的位置，但并不限定于此。例如，也可以为，对于本实施方式所示的自动设备6的臂部将晶片9进行装载并装载于转盘71的位置、或者装载于卡盒8或取出的位置，推定驱动臂部的第1电动机41的位置。
在第2实施方式所示的位置推定单元23中，虽然进行位置推定的时刻tk设定进行推定的时刻之前的任意时刻，但并不限定于此。例如，位置推定单元23也可以包括基于位置数据(反馈数据)进行外插运算的外插运算单元，也可以利用外插运算单元来推定电动机的当前或将来的位置。由此，即使对于电动机的负荷变动或速度变动，也能高精度地进行应对，并且，还能利用外插运算来推定被控制体的当前或将来的位置。
构成驱动部的第1电动机及第1编码器、或者第2电动机及第2编码器并不要求在物理层面上成为1个单元。在本实施方式中，作为检测基于电动机的旋转角度的位置数据的“传感器”，采用了编码器，但除此之外，只要可检测位置数据，可以是任何装置、设备。
在第2实施方式中，对于晶片9，作为表示在晶片9的圆周方向的正规位置的标记，在外周部形成有切除成V字状或U字状的缺口等。为了对晶圆的边缘部检测出位置，也可以是切除成弦状的定向平面(orientation flat)。
工业上的实用性
本发明所涉及的控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法能减小基于采样位置数据来推定任意时刻的位置的推定器的运算负荷，并且，还能高精度地应对电动机的负荷变动、速度变动，是有用的。
标号说明
101 电动机控制装置
102 电动机
103 电源
104 编码器(旋转检测单元)
108 位置指令输出部(位置指令输出单元)
109 减法部(第1减法单元)
110 位置控制部(位置控制单元)
111 减法部(第2减法单元)
112 速度控制部(速度控制单元)
113 限制器
114 驱动器(电动机驱动单元)
115 电压变动检测部(电压变动检测单元)
1 控制系统
2 位置控制部
21 指令生成单元
22 位置数据存储单元
23 位置推定单元
24 位置数据提取单元
25 多项式计算单元
26 推定位置计算单元
3 伺服控制部
31 第1伺服控制器
32 第2伺服控制器
4 驱动部
41 第1电动机
42 第1编码器(传感器)
43 第2电动机
44 第2编码器(传感器)
5 通信线路
6 自动设备
61、62、63 关节部
64 基台侧臂部
65 手部侧臂部
66 手部
7 对准器
71 转盘
72 卡盘
73 缺口传感器(检测定位标记的传感器)
8 卡盒
9 (半导体)晶片(工件)
91 缺口(定位标记)

Claims (4)

1.一种电动机控制装置，该电动机控制装置对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，包括：
位置指令输出单元，该位置指令输出单元输出用于对所述电动机进行控制的位置指令；
第1减法单元，该第1减法单元基于旋转位置和所述位置指令，计算位置偏差并输出，该旋转位置基于来自在所述电动机每旋转规定角度时产生脉冲信号的旋转检测单元的输出而计算出；
位置控制单元，该位置控制单元将所述位置偏差变换成速度指令并输出；
第2减法单元，该第2减法单元基于转速和所述速度指令，计算速度偏差并输出，该转速基于来自所述旋转检测单元的输出而计算出；
速度控制单元，该速度控制单元将所述速度偏差变换成转矩指令并输出；
限制器，该限制器在所述转矩指令的值为规定的限制值以下时，将所述转矩指令原样输出，并且，在所述转矩指令的值超过所述限制值时，输出将所述限制值作为其值的所述转矩指令；
电动机驱动单元，该电动机驱动单元基于来自所述限制器的所述转矩指令，驱动所述电动机；及
电压变动检测单元，该电压变动检测单元检测对所述电动机驱动单元施加电压的电源的电压变动，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压为规定的基准值以下时，
所述位置指令输出单元使所述位置指令变动，以使所述电动机的转速下降，并且，所述位置控制单元限制所输出的所述速度指令，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压恢复到超过所述基准值时，
所述位置指令输出单元使所述位置指令延迟，以使从所述第1减法单元输出的所述位置偏差变小，之后，
进行如下动作中的至少任一种：所述位置指令输出单元在延迟后的位置将所述位置指令恢复到原来的状态；及所述位置控制单元解除对所输出的所述速度指令的限制。
2.一种电动机控制装置，该电动机控制装置对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，包括：
位置指令输出单元，该位置指令输出单元输出用于对所述电动机进行控制的位置指令；
第1减法单元，该第1减法单元基于旋转位置和所述位置指令，计算位置偏差并输出，该旋转位置基于来自在所述电动机每旋转规定角度时产生脉冲信号的旋转检测单元的输出而计算出；
位置控制单元，该位置控制单元将所述位置偏差变换成速度指令并输出；
第2减法单元，该第2减法单元基于转速和所述速度指令，计算速度偏差并输出，该转速基于来自所述旋转检测单元的输出而计算出；
速度控制单元，该速度控制单元将所述速度偏差变换成转矩指令并输出；
限制器，该限制器在所述转矩指令的值为规定的限制值以下时，将所述转矩指令原样输出，并且，在所述转矩指令的值超过所述限制值时，输出将所述限制值作为其值的所述转矩指令；
电动机驱动单元，该电动机驱动单元基于来自所述限制器的所述转矩指令，驱动所述电动机；及
电压变动检测单元，该电压变动检测单元检测对所述电动机驱动单元施加电压的电源的电压变动，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压为规定的基准值以下时，
所述位置指令输出单元使所述位置指令变动，以使所述电动机的转速下降，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压恢复到超过所述基准值时，
所述位置指令输出单元使所述位置指令延迟，以使从所述第1减法单元输出的所述位置偏差变小，之后，所述位置指令输出单元在延迟后的位置将所述位置指令恢复到原来的状态。
3.一种电动机控制装置，该电动机控制装置对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，包括：
位置指令输出单元，该位置指令输出单元输出用于对所述电动机进行控制的位置指令；
第1减法单元，该第1减法单元基于旋转位置和所述位置指令，计算位置偏差并输出，该旋转位置基于来自在所述电动机每旋转规定角度时产生脉冲信号的旋转检测单元的输出而计算出；
位置控制单元，该位置控制单元将所述位置偏差变换成速度指令并输出；
第2减法单元，该第2减法单元基于转速和所述速度指令，计算速度偏差并输出，该转速基于来自所述旋转检测单元的输出而计算出；
速度控制单元，该速度控制单元将所述速度偏差变换成转矩指令并输出；
限制器，该限制器在所述转矩指令的值为规定的限制值以下时，将所述转矩指令原样输出，并且，在所述转矩指令的值超过所述限制值时，输出将所述限制值作为其值的所述转矩指令；
电动机驱动单元，该电动机驱动单元基于来自所述限制器的所述转矩指令，驱动所述电动机；及
电压变动检测单元，该电压变动检测单元检测对所述电动机驱动单元施加电压的电源的电压变动，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压为规定的基准值以下时，
所述位置控制单元限制所输出的所述速度指令，
在利用所述电压变动检测单元检测出所述电源的电压恢复到超过所述基准值时，
所述位置指令输出单元使所述位置指令延迟，以使从所述第1减法单元输出的所述位置偏差变小，之后，所述位置控制单元解除对所输出的所述速度指令的限制。
4.一种电动机控制方法，该电动机控制方法对使自动设备动作的电动机进行控制，其特征在于，
基于用于控制所述电动机的位置指令和所述电动机的实测旋转位置，计算位置偏差，将所述位置偏差变换成速度指令，基于所述速度指令与所述电动机的实测转速，计算速度偏差，将所述速度偏差变换成转矩指令，且
在所述转矩指令的值为规定的限制值以下时，基于原样的所述转矩指令，驱动所述电动机，在所述转矩指令的值超过所述限制值时，基于将所述限制值作为其值的所述转矩指令，驱动所述电动机，并且，
在检测出所述电动机的电源的电压为规定的基准值以下时，使所述位置指令变动，以使所述电动机的转速下降，并且，限制所述速度指令，
在所述电源的电压恢复到超过所述基准值时，
使所述位置指令延迟，以使所述位置偏差变小，之后，
进行如下动作中的至少任一种：在延迟后的位置将所述位置指令恢复到原来的状态；及解除对所述速度指令的限制。
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