JP2004139306A - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能なリニアアクチュエータを実現する。
【解決手段】空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータにおいて、位置センサから位置信号を取り込みスライダーの位置速度制御を行う位置速度制御手段と、推定重力外乱値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、位置速度制御手段の出力からＤ／Ａ変換手段の出力を減算して駆動信号としてスライダーを移動させるリニアモータに供給する減算器と、この減算器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、スライダーの位置速度制御に先立ち前回の推定重力外乱値を出力しながらスライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いてＡ／Ｄ変換手段の出力に基づき得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定すると共に得られた推定重力外乱値を出力する制御手段とを設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータにおいて、位置センサから位置信号を取り込みスライダーの位置速度制御を行う位置速度制御手段と、推定重力外乱値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、位置速度制御手段の出力からＤ／Ａ変換手段の出力を減算して駆動信号としてスライダーを移動させるリニアモータに供給する減算器と、この減算器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、スライダーの位置速度制御に先立ち前回の推定重力外乱値を出力しながらスライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いてＡ／Ｄ変換手段の出力に基づき得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定すると共に得られた推定重力外乱値を出力する制御手段とを設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータに関し、特に負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能なリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２４５１９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−０５８２７１号公報
【０００４】
図７はこのような従来のリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。但し、図７において制御回路等の記載は省略されている。図７において１は空気軸受けによって空気浮上している可動部であるスライダーをリニアモータで駆動し、磁歪ポテンショセンサ等の絶対位置検出が可能な位置センサが内蔵されているモータ部、２はモータ部１に内蔵されている位置センサからの信号を処理する位置センサ信号処理回路、３は電磁弁である。
【０００５】
ここで、図７に示す従来例を簡単に説明する。電磁弁３からは図７中”ＡＲ０１”に示すように加圧された空気がモータ部１に供給され、可動部であるスライダーを空気浮上させる。
【０００６】
一方、図７中”ＤＳ０１”に示すように図示しない制御回路からのリニアモータの駆動信号がモータ部１に印加され、モータ部１は当該駆動信号に基づきリニアモータでスライダーの位置を直接移動させ、位置センサ信号処理回路２で処理されたスライダーの絶対位置の位置信号が図７中”ＰＳ０１”に示すように図示しない制御回路に帰還されスライダーの位置制御がなされる。
【０００７】
この結果、磁歪ポテンショセンサ等によりスライダーの絶対位置が検出可能で、可動部であるスライダーが空気軸受けによって空気浮上しているので摺動摩擦が無く高寿命、コンタミレス及び高制御性が得られることになる。
【０００８】
ここで、図７に示す従来例の動作を図８、図９及び図１０を用いて詳細に説明する。図８は従来の制御回路の一例を示す構成ブロック図、図９はシミュレーションで用いた位置指令値の一例を示す特性曲線図、図１０は速度指令値の一例を示す特性曲線図である。
【０００９】
図８において４はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御手段、５，６及び７はＤ／Ａ変換手段、８はＡ／Ｄ変換手段、９は速度指令信号発生手段、１０は速度／電圧変換手段、１１はモータ部、１２は位置センサ、１３及び１４は減算器である。また、４，５，６，７，８，９，１０，１３及び１４は制御回路５０を、５，６，７，８，９，１０，１３及び１４は位置速度制御手段５１をそれぞれ構成している。
【００１０】
制御手段４からの複数の出力はＤ／Ａ変換手段５，６及び７にそれぞれ接続され、Ｄ／Ａ変換手段５の出力は減算器１４の第１の加算入力端子に接続される。また、Ｄ／Ａ変換手段６及び７の出力はそれぞれ減算器１３の加算入力端子及び減算器１４の減算入力端子に接続される。
【００１１】
減算器１３の出力は速度指令信号発生手段９に接続され、速度指令信号発生手段９の出力は減算器１４の第２の加算入力端子に接続される。また、減算器１４の出力は速度／電圧変換手段１０に接続され、速度／電圧変換手段１０の出力である駆動信号はモータ部１１に印加される。
【００１２】
一方、位置センサ１２の出力はＡ／Ｄ変換手段８に接続されると共に減算器１３の減算入力端子に接続され、Ａ／Ｄ変換手段８の出力は制御手段４に接続される。
【００１３】
ここで、図８に示す従来例の動作を簡単に説明する。制御手段４は図８中”ＣＰ１１”に示すような位置指令値を出力し、減算器１３で図８中”ＰＳ１１”に示す位置センサ１２からの位置信号との差分を演算して速度指令信号発生手段９に印加する。
【００１４】
例えば、位置指令値とは図９中”ＣＨ２１”に示すような時間に対する位置を示す台形状の特性曲線であり、図９中”ＣＨ２１”に示す位置指示値では絶対位置”０ｍ”から絶対位置”０．０２ｍ”に”約０．５秒”で移動し、絶対位置”０．０２ｍ”の位置で”約０．５秒”停止し、再び、絶対位置”０．０２ｍ”から絶対位置”０ｍ”に”約０．５秒”で移動することを示している。
【００１５】
速度指令信号発生手段９は印加された差分に基づき図８中”ＳＳ１１”に示すような速度指令信号を発生させる。
【００１６】
一方、制御手段４は図８中”ＣＳ１１”に示すような速度指令値を出力し、減算器１４で速度指令値と図８中”ＳＳ１２”に示す位置センサ１２からの位置信号に基づき演算した速度信号との差分を図８中”ＳＳ１１”に示す速度指令信号に加算する。
【００１７】
例えば、速度指令値とは図１０中”ＣＨ３１””に示すような時間に対する速度を示す台形状の特性曲線であり、図１０中”ＣＨ３１”に示す速度指示値ではでは”０．２〜０．７秒”の間に”０．０５ｍ／ｓ”の速度で移動し、”０．７〜１．１秒”の間に”０．０ｍ／ｓ”の速度で移動し（停止）、”１．１〜１．６秒”の間に”−０．０５ｍ／ｓ”の速度で移動することを示している。また、加減速度は”０．１Ｇ”である。
【００１８】
最後に、速度／電圧変換手段１０は印加された速度指令信号に基づき図８中”ＤＳ１１”に示すような駆動信号を発生させてモータ部１１に供給してリニアモータを駆動する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示すような従来のリニアアクチュエータでは、可動部であるスライダーをリニアモータにより直接駆動する構成であり、位置速度制御手段５１で用いられるＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御パラメータを決定するためには、特性が既知の伝達特性になるよう制御系の伝達特性の係数を合わせ込み制御パラメータを決定するモデルマッチング法が用いられている。
【００２０】
このような制御パラメータの決定に関しては無負荷時のスライダーの質量に基づき算出されているが、実際の搬送モードではスライダーにＩＣチップや液晶パネル等の搬送品を負荷として装着して搬送動作を行うため質量が変動してしまい、先に決定した制御パラメータは最適な値ではなく整定時間が長くなってしまうと言った問題点があった。
【００２１】
また、一般にＩＣチップや液晶パネル等の搬送品は１種類ではなく、それぞれの搬送品の同一質量ではないので、先に決定した制御パラメータは最適な値ではなくなってしまうと言った問題点があった。
【００２２】
従来では、このような問題点を解決するためには、現場にサービス員が赴き、実際に搬送する搬送品の質量に応じて制御パラメータを調整する等の作業を行うことによって対応していた。
従って本発明が解決しようとする課題は、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能なリニアアクチュエータを実現することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータにおいて、
前記位置センサから位置信号を取り込みスライダーの位置速度制御を行う位置速度制御手段と、推定重力外乱値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、前記位置速度制御手段の出力から前記Ｄ／Ａ変換手段の出力を減算して駆動信号として前記スライダーを移動させるリニアモータに供給する減算器と、この減算器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記スライダーの位置速度制御に先立ち前回の推定重力外乱値を出力しながらスライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づき得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定すると共に得られた前記推定重力外乱値を出力する制御手段とを備えたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２４】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記前回の推定重力外乱値を出力した場合の特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かによりスライダーの質量変動の有無を判断することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２５】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきコギング数周期分の推定外乱値を求めると共にこの推定外乱値の平均値を求めておき、この平均値を得られた前記推定重力外乱値として出力することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、前記制御手段で演算された速度信号をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段と、前記制御手段からの位置指令値をアナログ信号に変換する第３のＤ／Ａ変換手段と、前記制御手段からの速度指令値をアナログ信号に変換する第４のＤ／Ａ変換手段と、前記第３のＤ／Ａ変換手段の出力から前記位置信号を減算する第２の減算器と、この第２の減算器の出力から速度指令信号を発生させる速度指令信号発生手段と、この速度指令信号発生手段の出力と前記第４のＤ／Ａ変換手段の出力を加算し、前記第２のＤ／Ａ変換手段の出力を減算する第３の減算器と、この第３の減算器の出力を電圧信号に変換して出力する速度／電圧変換手段とから構成されたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、位置指令値から前記位置信号を減算して差分から速度指令信号を発生させ、速度指令値と前記速度指令信号の和から速度信号を減算し電圧信号に変換して出力する前記制御手段と、前記制御手段の出力をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段とから構成されたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が直角の場合に得られた前記推定重力外乱値を重力加速度で除算することにより前記負荷質量を算出することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が”θ”、得られた前記推定重力外乱値が”Ｆｇ”及び重力加速度が”ｇ”の場合に、
Ｆｇ／（ｇ・ｓｉｎθ）
で前記負荷質量を算出することことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
位置ループから構成される制御系であることにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るリニアアクチュエータの制御回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【００３２】
図１において５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４及び５１は図８と同一符号を付してあり、４ａはＣＰＵやＭＰＵ等の制御手段、１５はＡ／Ｄ変換手段、１６はＤ／Ａ変換手段、１７は減算器である。また、４ａ，５，６，７，８，９，１０，１３，１４，１５，１６及び１７は制御回路５０ａを構成している。
【００３３】
制御手段４ａからの複数の出力はＤ／Ａ変換手段５，６，７及び１６にそれぞれ接続され、Ｄ／Ａ変換手段５の出力は減算器１４の第１の加算入力端子に接続される。また、Ｄ／Ａ変換手段６及び７の出力はそれぞれ減算器１３の加算入力端子及び減算器１４の減算入力端子に接続される。さらに、Ｄ／Ａ変換手段１６の出力は減算器１７の減算入力端子に接続される。
【００３４】
減算器１３の出力は速度指令信号発生手段９に接続され、速度指令信号発生手段９の出力は減算器１４の第２の加算入力端子に接続される。また、減算器１４の出力は速度／電圧変換手段１０に接続される。
【００３５】
そして、速度／電圧変換手段１０の出力である駆動信号は減算器１７の加算入力端子に接続され、減算器１７の出力である外乱補償が施された駆動信号がモータ部１１に印加される。
【００３６】
また、減算器１７の出力はＡ／Ｄ変換手段１５に接続され、Ａ／Ｄ変換手段１５の出力は制御手段４ａに接続される
【００３７】
一方、位置センサ１２の出力はＡ／Ｄ変換手段８に接続されると共に減算器１３の減算入力端子に接続され、Ａ／Ｄ変換手段８の出力は制御手段４ａに接続される。
【００３８】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２、図３、図４、図５及び図６を用いて説明する。但し、図８に示す従来例と同様の部分に関する説明は省略する。
【００３９】
図２及び図３は制御回路５０ａの動作を説明するフロー図、図４は整定シミュレーション結果を示す特性曲線図、図５は図４の立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示す特性曲線図である。
【００４０】
図２中”Ｓ００１”において制御回路５０ａは外乱オブザーバから前回の搬送動作で推定した推定重力外乱値”Ｆｇ”を出力すると共に図２中”Ｓ００２”においてスライダーを特定点に移動させ当該特定点における駆動信号”Ｆ１”を取得し記録する。
【００４１】
例えば、制御回路５０ａは図１中”ＯＢ４１”に示す外乱オブザーバを用いて、前回の搬送動作で推定した推定重力外乱値をＤ／Ａ変換手段１６により図１中”ＣＭ４１”に示すようなアナログ信号に変換し、減算器１７において駆動信号から減算させて図１中”ＤＳ４１”に示すような外乱補償された駆動信号をモータ部１１に供給する。
【００４２】
そして、例えば、制御回路５０ａは当該特定点における図１中”ＤＳ４１”に示す駆動信号をＡ／Ｄ変換手段１５で取り込み記録する。
【００４３】
図２中”Ｓ００３”において制御回路５０ａは当該特定点における駆動信号”Ｆ１”が、前回の搬送動作の図２中”Ｓ００２”のステップで得られた駆動信号”Ｆ２”の値と同じであるか否かを判断する。
【００４４】
もし、図２中”Ｓ００３”において”Ｆ１＝Ｆ２”であれば、スライダーの質量変動がないと考えられるので図２中”Ｓ００７”に示すステップに進む。
【００４５】
一方、もし、図２中”Ｓ００３”において”Ｆ１≠Ｆ２”であれば、スライダーの質量に変動があったと考えられるので、図２中”Ｓ００４”において図３に示すフロー図に従って推定重力外乱値を取得する。
【００４６】
すなわち、図３中”Ｓ１０１”において制御回路５０ａはスライダーを低速且つ等速で移動させて駆動信号を順次取り込むと共に図３中”Ｓ１０２”において外乱オブザーバを用いて取り込んだ駆動信号に基づき外乱を推定して推定外乱値を求める。
【００４７】
図３中”Ｓ１０３”において制御回路５０ａはコギングの数周期分移動、言い換えれば、コギングの数周期分の推定外乱値を取り込んだか否かを判断し、もし、取り込みが未了であれば図３中”Ｓ１０２”に示すステップに戻る。
【００４８】
もし、図３中”Ｓ１０３”においてコギングの数周期分の推定外乱値の取り込みを完了した場合には、図３中”Ｓ１０４”において制御回路５０ａは取り込んだ推定外乱値の平均値を算出する。
【００４９】
ここで、コギング力は周期的な力であるためその平均値は”０”であり、取り込んだ推定外乱値の平均値は推定重力外乱値となる。
【００５０】
最後に、図３中”Ｓ１０５”において制御回路５０ａは求めた平均値（推定重力外乱値）を駆動信号から減算して外乱補償をしながら通常の位置速度制御を行う。
【００５１】
例えば、図１中”ＯＢ４１”に示す外乱オブザーバは求めた平均値である推定重力外乱値をＤ／Ａ変換手段１６により図１中”ＣＭ４１”に示すようなアナログ信号に変換し、減算器１７において駆動信号から減算させて図１中”ＤＳ４１”に示すような外乱補償された駆動信号をモータ部１１に供給する。
【００５２】
そして、図２中”Ｓ００５”において制御回路５０ａは求めた推定重力外乱値”Ｆｇ”から質量”Ｍ’”を求める。
【００５３】
例えば、重力加速度を”ｇ”とした場合、
Ｍ’＝Ｆｇ／ｇ （１）
により質量”Ｍ’”を求める。ここで、質量”Ｍ’”はスライダーと装着された負荷の合計の質量である。
【００５４】
また、図２中”Ｓ００６”において制御回路５０ａは求めた質量”Ｍ’”から制御系である位置速度制御手段５１の速度／電圧変換手段１０の制御パラメータ”Ｋｖ”を求めると共に新たな制御パラメータとして設定する。
【００５５】
例えば、下記の式により制御パラメータ”Ｋｖ”が演算される。
Ｋｖ＝Ａ’・α２／｛Ｍ’・（α２＋α３）・σ｝ （２）
但し、式（２）において”α２”及び”α３”は波形定数、”σ”は事前に設定される立ち上がり時間である。
【００５６】
また、”ＫＦ”を電圧／力変換定数、”ＫＭＳ”を位置／電圧変換定数とした場合、”Ａ’”は、
Ａ’＝ＫＦ・ＫＭＳ （３）
で表される定数である。
【００５７】
ちなみに、制御系である位置速度制御手段５１の速度指令信号発生手段９の制御パラメータは質量”Ｍ’”には依存しない。
【００５８】
最後に、図２中”Ｓ００７”において制御回路５０ａは制御系である位置速度制御手段５１の速度／電圧変換手段１０に設定された前回の搬送動作で用いられた制御パラメータ、若しくは、新たに設定された制御パラメータに基づき位置速度制御を行う。
【００５９】
すなわち、ある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバにより推定重力外乱値を求め、この推定重量外乱値から負荷質量を算出して負荷に最適な制御パラメータを確定して制御を行うことになる。
【００６０】
例えば、図４中”ＣＨ５１”はスライダー質量を”０．１５ｋｇ”、搬送品質量を”０．３ｋｇ”としてシミュレーションを行った場合の”位置指令値”及びこの”位置指令値”で搬送した場合の従来例と本願発明のスライダーの位置変動を示している。
【００６１】
そして、例えば、図５は図４中”Ａ”に示す立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示すものであり、図５中”ＣＨ６１”に示す特性曲線は”位置指令値”、図５中”ＣＨ６２”及び”ＣＨ６３”に示す特性曲線は従来例及び本願発明のスライダーの位置変動を示している。
【００６２】
図５中”ＣＨ６３”に示す特性曲線から明らかなように、図５中”ＣＨ６２”に示す従来例と比較して整定時間が短くなっていることが分かる。
【００６３】
この結果、制御回路５０ａがある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００６４】
また、図１に示す実施例では図２に示すフロー図から明らかなように、質量の変動が無い場合には、外乱オブザーバを動作させることはないので、実際の搬送動作が開始されるまでの時間が短縮されることになる。
【００６５】
なお、図１に示す実施例では制御系である位置速度制御手段５２ではアナログ信号処理を行っているが、勿論、ディジタル信号処理をする構成であっても構わない。すなわち、制御手段４ａ内で外乱補償された駆動信号を生成して、最終的にアナログ信号に変換してモータ部１１に供給しても構わない。
【００６６】
この場合には、Ｄ／Ａ変換手段の一部が削除可能になるため回路規模を小さくすることが可能になる。
【００６７】
また、式（１）に示す質量”Ｍ’”の算出式はリニアアクチュエータが垂直設置された（スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が９０度）場合の算出式であり、リニアアクチュエータが斜めに設置された場合、スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度を”θ”とすれば、質量”Ｍ’”は、
Ｍ’＝Ｆｇ／（ｇ・ｓｉｎθ） （４）
と算出することができる。
【００６８】
また、図１に示す実施例では制御系として位置ループ（速度指定信号発生手段９を含むループ）及び速度ループ（速度／電圧変換手段１０を含むループ）の２つの制御ループを有する制御系を例示しているが、速度ループを有しない制御系、言い換えれば、位置ループのみから構成される制御系であっても構わない。
【００６９】
例えば、図６は位置ループにみから構成される制御系の一例を示す構成ブロック図であり、各制御ブロックの制御パラメータ”Ｋｐ”、”Ｋｉ”及び”Ｋｄ”は、前述の定数等を用いることにより、
Ｋｐ＝Ｍ’／｛ＫＦ・ＫＭＳ・（α２＋α３）・σ２｝ （５）
Ｋｉ＝Ｍ’／｛ＫＦ・ＫＭＳ・（α２＋α３）・σ３｝ （６）
Ｋｄ＝α２・σ （７）
として求めることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３，４，５，６，７及び請求項８の発明によれば、ある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００７１】
また、質量の変動が無い場合には、外乱オブザーバを動作させることはないので、実際の搬送動作が開始されるまでの時間が短縮されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの制御回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図３】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図４】整定シミュレーション結果を示す特性曲線図である。
【図５】立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示す特性曲線図である。
【図６】速度ループを有しない制御系の一例を示す構成ブロック図である。
【図７】従来のリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図８】従来の制御回路の一例を示す構成ブロック図である。
【図９】シミュレーションで用いた位置指令値の一例を示す特性曲線図である。
【図１０】速度指令値の一例を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１ モータ部
２ 位置センサ信号処理回路
３ 電磁弁
４，４ａ 制御手段
５，６，７，１６ Ｄ／Ａ変換手段
８，１５ Ａ／Ｄ変換手段
９ 速度指令信号発生手段
１０ 速度／電圧変換手段
１１ モータ部
１２ 位置センサ
１３，１４，１７ 減算器
５０，５０ａ 制御回路
５１ 位置速度制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータに関し、特に負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能なリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２４５１９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−０５８２７１号公報
【０００４】
図７はこのような従来のリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。但し、図７において制御回路等の記載は省略されている。図７において１は空気軸受けによって空気浮上している可動部であるスライダーをリニアモータで駆動し、磁歪ポテンショセンサ等の絶対位置検出が可能な位置センサが内蔵されているモータ部、２はモータ部１に内蔵されている位置センサからの信号を処理する位置センサ信号処理回路、３は電磁弁である。
【０００５】
ここで、図７に示す従来例を簡単に説明する。電磁弁３からは図７中”ＡＲ０１”に示すように加圧された空気がモータ部１に供給され、可動部であるスライダーを空気浮上させる。
【０００６】
一方、図７中”ＤＳ０１”に示すように図示しない制御回路からのリニアモータの駆動信号がモータ部１に印加され、モータ部１は当該駆動信号に基づきリニアモータでスライダーの位置を直接移動させ、位置センサ信号処理回路２で処理されたスライダーの絶対位置の位置信号が図７中”ＰＳ０１”に示すように図示しない制御回路に帰還されスライダーの位置制御がなされる。
【０００７】
この結果、磁歪ポテンショセンサ等によりスライダーの絶対位置が検出可能で、可動部であるスライダーが空気軸受けによって空気浮上しているので摺動摩擦が無く高寿命、コンタミレス及び高制御性が得られることになる。
【０００８】
ここで、図７に示す従来例の動作を図８、図９及び図１０を用いて詳細に説明する。図８は従来の制御回路の一例を示す構成ブロック図、図９はシミュレーションで用いた位置指令値の一例を示す特性曲線図、図１０は速度指令値の一例を示す特性曲線図である。
【０００９】
図８において４はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御手段、５，６及び７はＤ／Ａ変換手段、８はＡ／Ｄ変換手段、９は速度指令信号発生手段、１０は速度／電圧変換手段、１１はモータ部、１２は位置センサ、１３及び１４は減算器である。また、４，５，６，７，８，９，１０，１３及び１４は制御回路５０を、５，６，７，８，９，１０，１３及び１４は位置速度制御手段５１をそれぞれ構成している。
【００１０】
制御手段４からの複数の出力はＤ／Ａ変換手段５，６及び７にそれぞれ接続され、Ｄ／Ａ変換手段５の出力は減算器１４の第１の加算入力端子に接続される。また、Ｄ／Ａ変換手段６及び７の出力はそれぞれ減算器１３の加算入力端子及び減算器１４の減算入力端子に接続される。
【００１１】
減算器１３の出力は速度指令信号発生手段９に接続され、速度指令信号発生手段９の出力は減算器１４の第２の加算入力端子に接続される。また、減算器１４の出力は速度／電圧変換手段１０に接続され、速度／電圧変換手段１０の出力である駆動信号はモータ部１１に印加される。
【００１２】
一方、位置センサ１２の出力はＡ／Ｄ変換手段８に接続されると共に減算器１３の減算入力端子に接続され、Ａ／Ｄ変換手段８の出力は制御手段４に接続される。
【００１３】
ここで、図８に示す従来例の動作を簡単に説明する。制御手段４は図８中”ＣＰ１１”に示すような位置指令値を出力し、減算器１３で図８中”ＰＳ１１”に示す位置センサ１２からの位置信号との差分を演算して速度指令信号発生手段９に印加する。
【００１４】
例えば、位置指令値とは図９中”ＣＨ２１”に示すような時間に対する位置を示す台形状の特性曲線であり、図９中”ＣＨ２１”に示す位置指示値では絶対位置”０ｍ”から絶対位置”０．０２ｍ”に”約０．５秒”で移動し、絶対位置”０．０２ｍ”の位置で”約０．５秒”停止し、再び、絶対位置”０．０２ｍ”から絶対位置”０ｍ”に”約０．５秒”で移動することを示している。
【００１５】
速度指令信号発生手段９は印加された差分に基づき図８中”ＳＳ１１”に示すような速度指令信号を発生させる。
【００１６】
一方、制御手段４は図８中”ＣＳ１１”に示すような速度指令値を出力し、減算器１４で速度指令値と図８中”ＳＳ１２”に示す位置センサ１２からの位置信号に基づき演算した速度信号との差分を図８中”ＳＳ１１”に示す速度指令信号に加算する。
【００１７】
例えば、速度指令値とは図１０中”ＣＨ３１””に示すような時間に対する速度を示す台形状の特性曲線であり、図１０中”ＣＨ３１”に示す速度指示値ではでは”０．２〜０．７秒”の間に”０．０５ｍ／ｓ”の速度で移動し、”０．７〜１．１秒”の間に”０．０ｍ／ｓ”の速度で移動し（停止）、”１．１〜１．６秒”の間に”−０．０５ｍ／ｓ”の速度で移動することを示している。また、加減速度は”０．１Ｇ”である。
【００１８】
最後に、速度／電圧変換手段１０は印加された速度指令信号に基づき図８中”ＤＳ１１”に示すような駆動信号を発生させてモータ部１１に供給してリニアモータを駆動する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示すような従来のリニアアクチュエータでは、可動部であるスライダーをリニアモータにより直接駆動する構成であり、位置速度制御手段５１で用いられるＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御パラメータを決定するためには、特性が既知の伝達特性になるよう制御系の伝達特性の係数を合わせ込み制御パラメータを決定するモデルマッチング法が用いられている。
【００２０】
このような制御パラメータの決定に関しては無負荷時のスライダーの質量に基づき算出されているが、実際の搬送モードではスライダーにＩＣチップや液晶パネル等の搬送品を負荷として装着して搬送動作を行うため質量が変動してしまい、先に決定した制御パラメータは最適な値ではなく整定時間が長くなってしまうと言った問題点があった。
【００２１】
また、一般にＩＣチップや液晶パネル等の搬送品は１種類ではなく、それぞれの搬送品の同一質量ではないので、先に決定した制御パラメータは最適な値ではなくなってしまうと言った問題点があった。
【００２２】
従来では、このような問題点を解決するためには、現場にサービス員が赴き、実際に搬送する搬送品の質量に応じて制御パラメータを調整する等の作業を行うことによって対応していた。
従って本発明が解決しようとする課題は、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能なリニアアクチュエータを実現することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータにおいて、
前記位置センサから位置信号を取り込みスライダーの位置速度制御を行う位置速度制御手段と、推定重力外乱値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、前記位置速度制御手段の出力から前記Ｄ／Ａ変換手段の出力を減算して駆動信号として前記スライダーを移動させるリニアモータに供給する減算器と、この減算器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記スライダーの位置速度制御に先立ち前回の推定重力外乱値を出力しながらスライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づき得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定すると共に得られた前記推定重力外乱値を出力する制御手段とを備えたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２４】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記前回の推定重力外乱値を出力した場合の特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かによりスライダーの質量変動の有無を判断することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２５】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきコギング数周期分の推定外乱値を求めると共にこの推定外乱値の平均値を求めておき、この平均値を得られた前記推定重力外乱値として出力することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、前記制御手段で演算された速度信号をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段と、前記制御手段からの位置指令値をアナログ信号に変換する第３のＤ／Ａ変換手段と、前記制御手段からの速度指令値をアナログ信号に変換する第４のＤ／Ａ変換手段と、前記第３のＤ／Ａ変換手段の出力から前記位置信号を減算する第２の減算器と、この第２の減算器の出力から速度指令信号を発生させる速度指令信号発生手段と、この速度指令信号発生手段の出力と前記第４のＤ／Ａ変換手段の出力を加算し、前記第２のＤ／Ａ変換手段の出力を減算する第３の減算器と、この第３の減算器の出力を電圧信号に変換して出力する速度／電圧変換手段とから構成されたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、位置指令値から前記位置信号を減算して差分から速度指令信号を発生させ、速度指令値と前記速度指令信号の和から速度信号を減算し電圧信号に変換して出力する前記制御手段と、前記制御手段の出力をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段とから構成されたことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が直角の場合に得られた前記推定重力外乱値を重力加速度で除算することにより前記負荷質量を算出することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が”θ”、得られた前記推定重力外乱値が”Ｆｇ”及び重力加速度が”ｇ”の場合に、
Ｆｇ／（ｇ・ｓｉｎθ）
で前記負荷質量を算出することことにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、
請求項１記載の発明であるリニアアクチュエータにおいて、
前記位置速度制御手段が、
位置ループから構成される制御系であることにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るリニアアクチュエータの制御回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【００３２】
図１において５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４及び５１は図８と同一符号を付してあり、４ａはＣＰＵやＭＰＵ等の制御手段、１５はＡ／Ｄ変換手段、１６はＤ／Ａ変換手段、１７は減算器である。また、４ａ，５，６，７，８，９，１０，１３，１４，１５，１６及び１７は制御回路５０ａを構成している。
【００３３】
制御手段４ａからの複数の出力はＤ／Ａ変換手段５，６，７及び１６にそれぞれ接続され、Ｄ／Ａ変換手段５の出力は減算器１４の第１の加算入力端子に接続される。また、Ｄ／Ａ変換手段６及び７の出力はそれぞれ減算器１３の加算入力端子及び減算器１４の減算入力端子に接続される。さらに、Ｄ／Ａ変換手段１６の出力は減算器１７の減算入力端子に接続される。
【００３４】
減算器１３の出力は速度指令信号発生手段９に接続され、速度指令信号発生手段９の出力は減算器１４の第２の加算入力端子に接続される。また、減算器１４の出力は速度／電圧変換手段１０に接続される。
【００３５】
そして、速度／電圧変換手段１０の出力である駆動信号は減算器１７の加算入力端子に接続され、減算器１７の出力である外乱補償が施された駆動信号がモータ部１１に印加される。
【００３６】
また、減算器１７の出力はＡ／Ｄ変換手段１５に接続され、Ａ／Ｄ変換手段１５の出力は制御手段４ａに接続される
【００３７】
一方、位置センサ１２の出力はＡ／Ｄ変換手段８に接続されると共に減算器１３の減算入力端子に接続され、Ａ／Ｄ変換手段８の出力は制御手段４ａに接続される。
【００３８】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２、図３、図４、図５及び図６を用いて説明する。但し、図８に示す従来例と同様の部分に関する説明は省略する。
【００３９】
図２及び図３は制御回路５０ａの動作を説明するフロー図、図４は整定シミュレーション結果を示す特性曲線図、図５は図４の立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示す特性曲線図である。
【００４０】
図２中”Ｓ００１”において制御回路５０ａは外乱オブザーバから前回の搬送動作で推定した推定重力外乱値”Ｆｇ”を出力すると共に図２中”Ｓ００２”においてスライダーを特定点に移動させ当該特定点における駆動信号”Ｆ１”を取得し記録する。
【００４１】
例えば、制御回路５０ａは図１中”ＯＢ４１”に示す外乱オブザーバを用いて、前回の搬送動作で推定した推定重力外乱値をＤ／Ａ変換手段１６により図１中”ＣＭ４１”に示すようなアナログ信号に変換し、減算器１７において駆動信号から減算させて図１中”ＤＳ４１”に示すような外乱補償された駆動信号をモータ部１１に供給する。
【００４２】
そして、例えば、制御回路５０ａは当該特定点における図１中”ＤＳ４１”に示す駆動信号をＡ／Ｄ変換手段１５で取り込み記録する。
【００４３】
図２中”Ｓ００３”において制御回路５０ａは当該特定点における駆動信号”Ｆ１”が、前回の搬送動作の図２中”Ｓ００２”のステップで得られた駆動信号”Ｆ２”の値と同じであるか否かを判断する。
【００４４】
もし、図２中”Ｓ００３”において”Ｆ１＝Ｆ２”であれば、スライダーの質量変動がないと考えられるので図２中”Ｓ００７”に示すステップに進む。
【００４５】
一方、もし、図２中”Ｓ００３”において”Ｆ１≠Ｆ２”であれば、スライダーの質量に変動があったと考えられるので、図２中”Ｓ００４”において図３に示すフロー図に従って推定重力外乱値を取得する。
【００４６】
すなわち、図３中”Ｓ１０１”において制御回路５０ａはスライダーを低速且つ等速で移動させて駆動信号を順次取り込むと共に図３中”Ｓ１０２”において外乱オブザーバを用いて取り込んだ駆動信号に基づき外乱を推定して推定外乱値を求める。
【００４７】
図３中”Ｓ１０３”において制御回路５０ａはコギングの数周期分移動、言い換えれば、コギングの数周期分の推定外乱値を取り込んだか否かを判断し、もし、取り込みが未了であれば図３中”Ｓ１０２”に示すステップに戻る。
【００４８】
もし、図３中”Ｓ１０３”においてコギングの数周期分の推定外乱値の取り込みを完了した場合には、図３中”Ｓ１０４”において制御回路５０ａは取り込んだ推定外乱値の平均値を算出する。
【００４９】
ここで、コギング力は周期的な力であるためその平均値は”０”であり、取り込んだ推定外乱値の平均値は推定重力外乱値となる。
【００５０】
最後に、図３中”Ｓ１０５”において制御回路５０ａは求めた平均値（推定重力外乱値）を駆動信号から減算して外乱補償をしながら通常の位置速度制御を行う。
【００５１】
例えば、図１中”ＯＢ４１”に示す外乱オブザーバは求めた平均値である推定重力外乱値をＤ／Ａ変換手段１６により図１中”ＣＭ４１”に示すようなアナログ信号に変換し、減算器１７において駆動信号から減算させて図１中”ＤＳ４１”に示すような外乱補償された駆動信号をモータ部１１に供給する。
【００５２】
そして、図２中”Ｓ００５”において制御回路５０ａは求めた推定重力外乱値”Ｆｇ”から質量”Ｍ’”を求める。
【００５３】
例えば、重力加速度を”ｇ”とした場合、
Ｍ’＝Ｆｇ／ｇ （１）
により質量”Ｍ’”を求める。ここで、質量”Ｍ’”はスライダーと装着された負荷の合計の質量である。
【００５４】
また、図２中”Ｓ００６”において制御回路５０ａは求めた質量”Ｍ’”から制御系である位置速度制御手段５１の速度／電圧変換手段１０の制御パラメータ”Ｋｖ”を求めると共に新たな制御パラメータとして設定する。
【００５５】
例えば、下記の式により制御パラメータ”Ｋｖ”が演算される。
Ｋｖ＝Ａ’・α２／｛Ｍ’・（α２＋α３）・σ｝ （２）
但し、式（２）において”α２”及び”α３”は波形定数、”σ”は事前に設定される立ち上がり時間である。
【００５６】
また、”ＫＦ”を電圧／力変換定数、”ＫＭＳ”を位置／電圧変換定数とした場合、”Ａ’”は、
Ａ’＝ＫＦ・ＫＭＳ （３）
で表される定数である。
【００５７】
ちなみに、制御系である位置速度制御手段５１の速度指令信号発生手段９の制御パラメータは質量”Ｍ’”には依存しない。
【００５８】
最後に、図２中”Ｓ００７”において制御回路５０ａは制御系である位置速度制御手段５１の速度／電圧変換手段１０に設定された前回の搬送動作で用いられた制御パラメータ、若しくは、新たに設定された制御パラメータに基づき位置速度制御を行う。
【００５９】
すなわち、ある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバにより推定重力外乱値を求め、この推定重量外乱値から負荷質量を算出して負荷に最適な制御パラメータを確定して制御を行うことになる。
【００６０】
例えば、図４中”ＣＨ５１”はスライダー質量を”０．１５ｋｇ”、搬送品質量を”０．３ｋｇ”としてシミュレーションを行った場合の”位置指令値”及びこの”位置指令値”で搬送した場合の従来例と本願発明のスライダーの位置変動を示している。
【００６１】
そして、例えば、図５は図４中”Ａ”に示す立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示すものであり、図５中”ＣＨ６１”に示す特性曲線は”位置指令値”、図５中”ＣＨ６２”及び”ＣＨ６３”に示す特性曲線は従来例及び本願発明のスライダーの位置変動を示している。
【００６２】
図５中”ＣＨ６３”に示す特性曲線から明らかなように、図５中”ＣＨ６２”に示す従来例と比較して整定時間が短くなっていることが分かる。
【００６３】
この結果、制御回路５０ａがある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００６４】
また、図１に示す実施例では図２に示すフロー図から明らかなように、質量の変動が無い場合には、外乱オブザーバを動作させることはないので、実際の搬送動作が開始されるまでの時間が短縮されることになる。
【００６５】
なお、図１に示す実施例では制御系である位置速度制御手段５２ではアナログ信号処理を行っているが、勿論、ディジタル信号処理をする構成であっても構わない。すなわち、制御手段４ａ内で外乱補償された駆動信号を生成して、最終的にアナログ信号に変換してモータ部１１に供給しても構わない。
【００６６】
この場合には、Ｄ／Ａ変換手段の一部が削除可能になるため回路規模を小さくすることが可能になる。
【００６７】
また、式（１）に示す質量”Ｍ’”の算出式はリニアアクチュエータが垂直設置された（スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が９０度）場合の算出式であり、リニアアクチュエータが斜めに設置された場合、スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度を”θ”とすれば、質量”Ｍ’”は、
Ｍ’＝Ｆｇ／（ｇ・ｓｉｎθ） （４）
と算出することができる。
【００６８】
また、図１に示す実施例では制御系として位置ループ（速度指定信号発生手段９を含むループ）及び速度ループ（速度／電圧変換手段１０を含むループ）の２つの制御ループを有する制御系を例示しているが、速度ループを有しない制御系、言い換えれば、位置ループのみから構成される制御系であっても構わない。
【００６９】
例えば、図６は位置ループにみから構成される制御系の一例を示す構成ブロック図であり、各制御ブロックの制御パラメータ”Ｋｐ”、”Ｋｉ”及び”Ｋｄ”は、前述の定数等を用いることにより、
Ｋｐ＝Ｍ’／｛ＫＦ・ＫＭＳ・（α２＋α３）・σ２｝ （５）
Ｋｉ＝Ｍ’／｛ＫＦ・ＫＭＳ・（α２＋α３）・σ３｝ （６）
Ｋｄ＝α２・σ （７）
として求めることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３，４，５，６，７及び請求項８の発明によれば、ある特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かにより、スライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定することにより、負荷質量に最適な制御パラメータで制御を行うことが可能になる。
【００７１】
また、質量の変動が無い場合には、外乱オブザーバを動作させることはないので、実際の搬送動作が開始されるまでの時間が短縮されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの制御回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図３】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図４】整定シミュレーション結果を示す特性曲線図である。
【図５】立ち上がりのエッジ部分を拡大した状態を示す特性曲線図である。
【図６】速度ループを有しない制御系の一例を示す構成ブロック図である。
【図７】従来のリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図８】従来の制御回路の一例を示す構成ブロック図である。
【図９】シミュレーションで用いた位置指令値の一例を示す特性曲線図である。
【図１０】速度指令値の一例を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１ モータ部
２ 位置センサ信号処理回路
３ 電磁弁
４，４ａ 制御手段
５，６，７，１６ Ｄ／Ａ変換手段
８，１５ Ａ／Ｄ変換手段
９ 速度指令信号発生手段
１０ 速度／電圧変換手段
１１ モータ部
１２ 位置センサ
１３，１４，１７ 減算器
５０，５０ａ 制御回路
５１ 位置速度制御手段
Claims (8)
- 空気軸受けと位置センサを用い摺動摩擦が無く絶対位置決めが可能なリニアアクチュエータにおいて、
前記位置センサから位置信号を取り込みスライダーの位置速度制御を行う位置速度制御手段と、
推定重力外乱値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
前記位置速度制御手段の出力から前記Ｄ／Ａ変換手段の出力を減算して駆動信号として前記スライダーを移動させるリニアモータに供給する減算器と、
この減算器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記スライダーの位置速度制御に先立ち前回の推定重力外乱値を出力しながらスライダーの質量変動の有無を判断し、質量変動があった場合には、外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づき得られた推定重力外乱値から負荷質量を算出して制御パラメータを求めて設定すると共に得られた前記推定重力外乱値を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 前記制御手段が、
前記前回の推定重力外乱値を出力した場合の特定点における駆動信号が前回の搬送動作で得られた駆動信号の値と同じであるか否かによりスライダーの質量変動の有無を判断することを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記制御手段が、
前記外乱オブザーバを用いて前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきコギング数周期分の推定外乱値を求めると共にこの推定外乱値の平均値を求めておき、この平均値を得られた前記推定重力外乱値として出力することを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、
前記制御手段で演算された速度信号をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段と、
前記制御手段からの位置指令値をアナログ信号に変換する第３のＤ／Ａ変換手段と、
前記制御手段からの速度指令値をアナログ信号に変換する第４のＤ／Ａ変換手段と、
前記第３のＤ／Ａ変換手段の出力から前記位置信号を減算する第２の減算器と、
この第２の減算器の出力から速度指令信号を発生させる速度指令信号発生手段と、
この速度指令信号発生手段の出力と前記第４のＤ／Ａ変換手段の出力を加算し、前記第２のＤ／Ａ変換手段の出力を減算する第３の減算器と、
この第３の減算器の出力を電圧信号に変換して出力する速度／電圧変換手段とから構成されたことを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記位置速度制御手段が、
前記位置信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、
位置指令値から前記位置信号を減算して差分から速度指令信号を発生させ、速度指令値と前記速度指令信号の和から速度信号を減算し電圧信号に変換して出力する前記制御手段と、
前記制御手段の出力をアナログ信号に変換する第２のＤ／Ａ変換手段とから構成されたことを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が直角の場合に得られた前記推定重力外乱値を重力加速度で除算することにより前記負荷質量を算出することを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記制御手段が、
前記スライダーの運動方向と鉛直方向がなす角度が”θ”、得られた前記推定重力外乱値が”Ｆｇ”及び重力加速度が”ｇ”の場合に、
Ｆｇ／（ｇ・ｓｉｎθ）
で前記負荷質量を算出することを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。 - 前記位置速度制御手段が、
位置ループから構成される制御系であることを特徴とする
請求項１記載のリニアアクチュエータ。
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