JP2000116159A - 超音波モータの制御方法 - Google Patents

超音波モータの制御方法

Info

Publication number
JP2000116159A
JP2000116159A JP10278890A JP27889098A JP2000116159A JP 2000116159 A JP2000116159 A JP 2000116159A JP 10278890 A JP10278890 A JP 10278890A JP 27889098 A JP27889098 A JP 27889098A JP 2000116159 A JP2000116159 A JP 2000116159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
term
ultrasonic motor
controlled member
controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10278890A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Takada
真次 高田
Koji Kosaka
光二 小坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOKYO TECHNOLOGY KK
Kyocera Corp
Original Assignee
TOKYO TECHNOLOGY KK
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TOKYO TECHNOLOGY KK, Kyocera Corp filed Critical TOKYO TECHNOLOGY KK
Priority to JP10278890A priority Critical patent/JP2000116159A/ja
Publication of JP2000116159A publication Critical patent/JP2000116159A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波モータにより直線運動や回転運動する被
制御部材を短時間で最終目標位置に位置決めできるよう
にする。 【解決手段】被制御部材を駆動させる超音波モータを、
比例項(P)、積分項(I)、微分項(D)からなる制
御変数に基づいて上記被制御部材の位置偏差をPID演
算し、その出力信号に基づいて制御してなり、上記被制
御部材の総移動距離の50%以上でかつ位置決めが完了
するまでの間に制御変数の切り替え点を設け、この切り
替え点で制御変数の比例項(P)及び積分項(I)を切
り替え点以前の制御変数より高くなるように変更し、こ
れらの制御変数に基づいてPID演算した出力信号を超
音波モータに印加して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直線運動や回転運
動する被制御部材を駆動させる超音波モータの制御方法
に関するものであり、特に超精密加工装置や測定装置、
あるいは半導体装置の製造工程における描画装置や露光
装置など高速度で移動し、高精度の位置決めが要求され
る被制御部材を駆動させる超音波モータの制御方法とし
て好適なものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
直線運動や回転運動する被制御部材を駆動させる手段と
して、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータな
どの回転型モータが用いられていたが、近年、小型でか
つ停止時において被制御部材の大きな保持力が得られる
超音波モータの使用が試みられている。
【0003】超音波モータにより被制御部材を駆動さ
せ、所定の位置で停止させる方法としては、被制御部材
が停止させたい位置に達した時に、超音波モータを駆動
させるための信号をオフにする方法があった。
【0004】しかしながら、超音波モータは駆動信号を
オフにしても即座に停止せず、停止したい位置をいくら
か越えた位置で停止するため、位置制御の精度が低いと
いった課題があった。
【0005】しかも、超音波モータの駆動は被制御部材
との摩擦駆動であり、静摩擦係数が大きいことから駆動
信号を加えても直ちに動かない不感帯が存在し、その結
果、位置決め時間が長くなるといった課題もあった。
【0006】一方、前述した回転型モータを制御する方
式としてフィードバック制御が知られており、その基本
となるPID制御が専ら用いられている。
【0007】このPID制御とは、P動作、I動作、D
動作の3つの動作からなり、数1に示される制御式で表
されるもので、PID制御は簡単でしかも精度の良い制
御が期待できることから一般的に広く使用されている。
【0008】
【数1】
【0009】ところが、回転型モータで一般的に使用さ
れているPID制御を超音波モータに適用し、回転型モ
ータと同様の方法により位置決め時間を最短にすると思
われる制御変数を求めても、超音波モータに固有の比較
的大きな静摩擦力が影響し、滑らかな減衰曲線が得られ
ず停止に時間がかかるといった課題があった。
【0010】即ち、図5に回転型モータで使用されてい
るPID制御を超音波モータに適用した時の被制御部材
の駆動軌跡を示すように、最終目標位置近傍で大きく振
動しながら減衰し、停止するまでに時間がかかることが
判る。しかも、図5より判るように、被制御部材が動き
だしてから最終目標位置近傍に達するまでの領域1と、
最終目標位置近傍から最終目標位置に位置決めを完了す
るまでの領域2とで駆動条件が異なっており、領域1で
は瞬時に長距離を駆動させるための駆動力が必要である
のに対し、領域2では微少領域を細かく制御する必要が
あり、超音波モータでは静摩擦係数が大きいので回転型
モータに比べて領域1と領域2での差が顕著であった。
【0011】その上、前述したように、被制御部材が動
きだすまでに領域3のような不感帯が存在し、この不感
帯も位置決め時間を長くする要因となっていた。
【0012】その為、回転型モータの制御で一般に行わ
れているオーバシュートを抑えたり、目標位置に対する
オフセット量を無くすためにPID制御の条件を求めて
理想波形に近づける方法を超音波モータではとることが
できなかった。
【0013】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、被制御部材を駆動させる超音波モータを、比
例項(P)、積分項(I)、微分項(D)からなる制御
変数に基づいて上記被制御部材の位置偏差をPID演算
し、その出力信号に基づいて制御する方法であって、上
記被制御部材の総移動距離の50%以上でかつ位置決め
が完了するまでの間に前記制御変数の切り替え点を設
け、該切り替え点以降における制御変数の比例項(P)
及び積分項(I)の値が切り替え点以前における比例項
(P)及び積分項(I)の値より高くなるように変更
し、これらの制御変数に基づいてPID演算した出力信
号を前記超音波モータに印加するようにしたことを特徴
とする。
【0014】また、本発明は、上記PID制御の制御変
数に、開ループ制御にて前記被制御部材が動きだす電圧
値を、不感帯を補正するオフセット項として加えたこと
を特徴とする。
【0015】
【作用】本発明によれば、被制御部材の総移動距離の5
0%以上でかつ位置決めが完了するまでの間に、PID
制御における制御変数の切り換え点を設け、この切り換
え点以降における制御変数の比例項(P)及び積分項
(I)の値を、切り替え点以前における比例項(P)及
び積分項(I)の値より高くなるように変更し、これら
の制御変数に基づいてPID演算した出力信号を超音波
モータに印加するようにしたことから、目標位置近傍で
発生していた振動を抑え、被制御部材を短時間で停止さ
せることができる。
【0016】なお、制御変数の切り替えにあたっては、
切り替え点に達した時点で被制御部材を止めることな
く、制御式に与える制御変数の比例項(P)及び積分項
(I)をリアルタイムに変更することが必要である。
【0017】また、本発明によれば、PID制御の制御
変数に、開ループ制御にて被制御部材が動き出す電圧値
をオフセット項として加えたことから、不感帯の影響を
みかけ上無くすことができ、超音波モータに指令電圧を
印加すれば、直ちに被制御部材を駆動させることができ
るため、位置決め時間を短くすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。
【0019】図1は本発明に係る超音波モータの制御方
法により駆動される直線案内装置を示す模式図で、1は
固定ガイド、2は上記固定ガイド1上を移動する被制御
部材としての移動ステージ、3は上記移動ステージ2を
駆動するための超音波モータである。なお、上記移動テ
ーブル2を固定ガイド1上で移動させる手段としては、
滑り案内、転がり案内、静圧案内などいずれの手段を用
いたものであっても構わない。
【0020】また、移動テーブル2の一方の側面には案
内部材4が取り付けてあり、超音波モータ3の駆動力が
案内部材4を介して移動テーブル2に伝達されるように
なっており、移動テーブル2の他方の側面にはガラスス
ケール5が固定されており、検出ヘッド6によって移動
テーブル2の位置を検出するようになっている。
【0021】検出ヘッド6からの出力信号はスケールア
ンプ7により増幅され、演算部8の入力に応じた波形に
変換され、この演算部8で移動ステージ2の現在位置と
目標位置との位置偏差を比例項(P)、積分項(I)、
微分項(D)からなる制御変数に基づいてPID演算
し、その出力信号を超音波モータドライバ9に出力して
超音波モータ3を駆動させるようになっており、このよ
うに閉ループを構成し、PID制御を用いて微少時間の
位置誤差をフィードバックしながら、移動ステージ2を
駆動させるようになっている。
【0022】演算部8には、図2のフローチャートに示
す制御をプログラムしてあり、数2に示す制御式により
演算された値を指令値として出力するようにしてある。
【0023】
【数2】
【0024】ここで、制御変数の比例項(P)は、ある
時間tにおける位置偏差にP値を掛けたもの、積分項
(I)は、ある時間tにおける位置偏差の積分和にI値
を掛けたもの、微分項(D)は、ある時間tにおける位
置偏差の微分和にD値を掛けたものである。
【0025】また、オフセット項に加える変数は、一度
閉ループ制御を解除して開ループ制御とし、序々に電圧
を上げながら単位時間に動く量を監視し、動いたと判断
した時の電圧値を変数として記憶させる。この動作を正
移動の時と負移動の時の両方向で行い、別々の変数とし
て記憶させ、これら一連の動作を実行する命令を作る。
なお、オフセット項の変数は、超音波モータ3と案内部
材4の摩擦係数や取付角度によって大きく変化するた
め、一制御毎に演算するようにしておくことが良い。
【0026】このようにしてオフセット項を決めれば、
不感帯の存在する超音波モータ3の立ち上がりを図3に
示すような立ち上がり特性に改善することができ、不感
帯の影響を見かけ上無くすことができる。しかも、オフ
セット項を設けることで、最終目標位置近傍での振動も
抑制する効果がある。
【0027】また、演算部8には、移動テーブル2の総
移動距離の50%以上から位置決めが完了するまでの間
に切り替え点を設け、比例項(P)及び積分項(D)の
制御変数を、移動テーブル2が動きだしてから制御変数
の切り替え点までの間に加えていた変数より高くなるよ
うにプログラムしてある。なお、具体的な切り替え点に
ついては、トライ・アンド・エラーの繰り返しにより所
望の軌跡に近くなるように設定する。ここで、切り替え
点を移動テーブル2の総移動距離の50%以上としたの
は、50%未満では移動テーブル2が加速している状態
であり、位置決め時間の短縮が図れなくなるからであ
る。
【0028】その為、例えば、移動テーブル2の総移動
距離の90%の地点を切り替え点とし、比例項(P)の
値を、切り替え点以前に加えていた値の300%、積分
項(I)の値を、変数切り替え点以前に加えていた値の
150%にそれぞれ変更することにより、図4に示すよ
うに最終目標位置近傍での減衰特性を大幅に改善し、最
終目標位置で直ちに停止させることができる。
【0029】かくして、本発明の制御方法を用いれば、
直線運動する移動テーブル2の位置決め時間を大幅に短
縮することができ、以て、移動テーブル2の高速化を達
成することができる。
【0030】なお、本実施形態では直線運動する被制御
部材の例について説明したが、本発明の制御方法は、回
転運動する被制御部材の位置決めにも適用できることは
言うまでもない。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被制御
部材を駆動させる超音波モータを、比例項(P)、積分
項(I)、微分項(D)からなる制御変数に基づいて上
記被制御部材の位置偏差をPID演算し、その出力信号
に基づいて制御する方法であって、上記被制御部材の総
移動距離の50%以上でかつ位置決めが完了するまでの
間に前記制御変数の切り替え点を設け、該切り替え点以
降における制御変数の比例項(P)及び積分項(I)の
値が切り替え点以前における比例項(P)及び積分項
(I)の値より高くなるように変更し、これらの制御変
数に基づいてPID演算した出力信号を前記超音波モー
タに印加するようにしたことから、上記被制御部材が最
終目標位置近傍に近づいても大きく振動することが殆ど
なく、最終目標位置に停止するまでの時間を短縮するこ
とができる。
【0032】また、本発明によれば、上記PID制御の
制御変数に、開ループ制御にて被制御部材が動きだす電
圧値を、オフセット項として加えたことから、不感帯を
見かけ上無くすことができ、超音波モータに指令値を印
加すれば被制御部材を直ちに移動させることができる。
【0033】かくして、本発明に係る超音波モータの制
御方法を用いれば、被制御部材の位置決め時間を大幅に
短縮することができ、例えば、超精密加工装置や測定装
置、あるいは半導体装置の製造工程における描画装置や
露光装置など高速度で移動し、高精度の位置決めが要求
される被制御部材を駆動させる超音波モータの制御方法
として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波モータの制御方法により駆
動される直線案内装置を示す模式図である。
【図2】図1における演算部の制御方法を示すフローチ
ャートである。
【図3】PID制御の制御変数にオフセット項を加えた
時の移動テーブルの駆動軌跡を示すグラフである。
【図4】PID制御の比例項(P)及び積分項(I)を
切り換えるようにした時の移動テーブルの駆動軌跡を示
すグラフである。
【図5】回転型モータに一般的に使用されているPID
制御を超音波モータに適用した時の被制御部材の駆動軌
跡を示すグラフである。
【符号の説明】
1・・・固定ガイド 2・・・移動テーブル 3・・・
超音波モータ 4・・・案内部材 5・・・ガラススケール 6・・・
検出ヘッド 7・・・スケールアンプ 8・・・演算部 9・・・超
音波モータドライバ
フロントページの続き Fターム(参考) 5H680 AA00 AA04 AA09 BB01 BB13 BC00 BC10 DD01 DD53 DD59 EE22 FF21 FF24 FF29 FF30

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被制御部材を駆動させる超音波モータを、
    比例項(P)、積分項(I)、微分項(D)からなる制
    御変数に基づいて上記被制御部材の位置偏差をPID演
    算し、その出力信号に基づいて制御する方法であって、
    上記被制御部材の総移動距離の50%以上でかつ位置決
    めが完了するまでの間に前記制御変数の切り替え点を設
    け、該切り替え点以降における制御変数の比例項(P)
    及び積分項(I)の値が切り替え点以前における比例項
    (P)及び積分項(I)の値より高くなるように変更
    し、これらの制御変数に基づいてPID演算した出力信
    号を前記超音波モータに印加するようにしたことを特徴
    とする超音波モータの制御方法。
  2. 【請求項2】上記PID制御の制御変数に、開ループ制
    御にて前記被制御部材が動きだす電圧値を、不感帯を補
    正するオフセット項として加えたことを特徴とする請求
    項1に記載の超音波モータの制御方法。
JP10278890A 1998-09-30 1998-09-30 超音波モータの制御方法 Pending JP2000116159A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10278890A JP2000116159A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 超音波モータの制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10278890A JP2000116159A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 超音波モータの制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000116159A true JP2000116159A (ja) 2000-04-21

Family

ID=17603537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10278890A Pending JP2000116159A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 超音波モータの制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000116159A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125696A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Yamaguchi Univ 食事支援システム
JP2011176967A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Taiheiyo Cement Corp 位置決め装置および位置決め方法
EP3118985A1 (en) 2015-07-14 2017-01-18 Canon Kabushiki Kaisha Control apparatus of vibration actuator, method for controlling vibration actuator, driving apparatus, and imaging apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125696A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Yamaguchi Univ 食事支援システム
JP2011176967A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Taiheiyo Cement Corp 位置決め装置および位置決め方法
EP3118985A1 (en) 2015-07-14 2017-01-18 Canon Kabushiki Kaisha Control apparatus of vibration actuator, method for controlling vibration actuator, driving apparatus, and imaging apparatus
US10187578B2 (en) 2015-07-14 2019-01-22 Canon Kabushiki Kaisha Control apparatus of vibration actuator, method for controlling vibration actuator, driving apparatus, imaging apparatus, interchangeable lens, and automatic stage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100914349B1 (ko) 서보모터의 제어방법
WO2014141515A1 (ja) サーボ制御装置
JP5183399B2 (ja) 数値制御装置
JP2011010533A (ja) モータ制御装置及びモータ制御システム
JPH0816246A (ja) ディジタルサーボによるタンデム制御方法
KR100231115B1 (ko) 서보모터 제어방법
JPH03228106A (ja) サーボモータの制御方法
JPH0724756A (ja) ロボットの直線補間方法
JP2000326035A (ja) 線材曲げ加工機械と曲げ加工方法
JP2000116159A (ja) 超音波モータの制御方法
JP3211406B2 (ja) 制振制御方法およびこれを用いた速度パターン算出方法および装置
CN110053042B (zh) 机器人控制装置
JPH06114762A (ja) 制振制御方法
JPH11143548A (ja) 電動機の摩擦補償方法
JPH06170769A (ja) 制振制御方法
JP2003047269A (ja) サーボ制御装置
JPH10105247A (ja) サーボモータのオーバーシュート防止方法
JP7467201B2 (ja) モータ制御装置
JP2002006958A (ja) 位置決め制御装置
JP2004102556A (ja) 位置決め制御装置
JP2714957B2 (ja) 位置決め制御方法
JP2003076426A (ja) 機械制御装置
JP2008220022A (ja) 位置決め制御装置および位置決め制御方法
JP2000089829A (ja) 位置制御方法および装置
JP2845595B2 (ja) 描画装置用移動ステージ