JP2005108162A - サーボ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転機構の回転基本角周波数に対応した中心周波数のピークゲイン補償手段を、直動ステージの速度、または位置制御に挿入し、回転系の振動外乱を防ぐ。
【解決手段】位置指令生成部1の位置指令信号10にリニアエンコーダ8で検出の機械系9の位置フィードバック信号11が追従するようモータ7制御を行う。位置指令信号10と位置フィードバック信号11の位置偏差信号12で位置制御部2が速度指令信号13を生成。位置制御部2の開ループゲインをピークゲイン補償部20で高ゲインとし、機械系9直動ステージ上の回転機構の外乱を除去。位置フィードバック信号11に基づき速度検出部4で生成の速度フィードバック信号14が速度指令信号13に追従するように、速度制御部3がモータ7へ電流指令信号16を出力、モータ7の電流フィードバック信号17が電流指令信号16に追従するように、電流制御部5及びパワーアンプ6がモータ7電流を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】位置指令生成部1の位置指令信号10にリニアエンコーダ8で検出の機械系9の位置フィードバック信号11が追従するようモータ7制御を行う。位置指令信号10と位置フィードバック信号11の位置偏差信号12で位置制御部2が速度指令信号13を生成。位置制御部2の開ループゲインをピークゲイン補償部20で高ゲインとし、機械系9直動ステージ上の回転機構の外乱を除去。位置フィードバック信号11に基づき速度検出部4で生成の速度フィードバック信号14が速度指令信号13に追従するように、速度制御部3がモータ7へ電流指令信号16を出力、モータ7の電流フィードバック信号17が電流指令信号16に追従するように、電流制御部5及びパワーアンプ6がモータ7電流を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、精密加工を行う工作機械等のサーボ制御を行う装置であって、例えば、光ディスク原盤の精密加工を行う装置に用いるサーボ制御装置に関するものである。
従来のこの種のサーボ制御装置は、図19に示したブロック図のように構成されている。図19において、1は位置指令生成部、2は位置制御部、3は速度制御部、4は後述するリニアエンコーダから出力する位置フィードバック信号を微分して速度を算出する速度検出部、5は電流制御部、6は例えば電力増幅回路等からなるパワーアンプ、7は後述する機械系を駆動するモータ、8は機械系の位置を検出するリニアエンコーダ、9は直動ステージ上に回転機構を有する機械系である。
また、10は位置指令生成部1から出力される位置指令信号、11はリニアエンコーダ8から出力される機械系の位置を示す位置フィードバック信号、12は位置指令信号10と位置フィードバック信号11との差分である位置偏差信号、13は位置制御部2から出力される速度指令信号、14は速度検出部4から出力される速度フィードバック信号、15は速度指令信号13と速度フィードバック信号14との差分である速度偏差信号、16は速度制御部3から出力される電流指令信号、17はモータ7に流れる電流を示す電流フィードバック信号である。
図19に示すサーボ制御装置は、位置指令生成部1により出力される位置指令信号10にリニアエンコーダ8より検出された機械系9の位置を示す位置フィードバック信号11が追従するように、モータ7の制御を行う構成である。また、この動作を高速安定に行うために位置指令信号10と位置フィードバック信号11との位置偏差信号12に基づき位置制御部2が速度指令信号13を生成する。さらに、位置フィードバック信号11に基づいて速度検出部4により生成された速度フィードバック信号14が、速度指令信号13に追従するように、速度制御部3がモータ7への電流指令信号16を出力している。そして、モータ7に流れる電流値を示す電流フィードバック信号17が電流指令信号16に追従するように、電流制御部5及びパワーアンプ6がモータ7に流す電流を制御する。
このサーボ制御装置を用いる、例えば、光ディスク原盤露光装置のような直動ステージ上に回転機構を有する機械系9において、回転機構の回転角周波数範囲は60〜180(rad/sec)(回転数で600〜1800rpm)程度となる。この回転角周波数は直動ステージの位置フィードバック及び速度フィードバック信号における開ループゲイン交差角周波数(200〜300rad/sec)の近傍となる。
図20に位置制御の開ループゲインでゲインと角周波数の様子を示す。位置制御の開ループゲインは角周波数の増加に伴って20〜60dB/decadeの大きさでゲインが低下する特性になっており、ゲイン交差角周波数付近では20dB/decadeとなり、ゲイン交差角周波数から若干低周波側に回転機構の回転角周波数が存在する形になっている。この回転機構の回転基本波成分が直動ステージに外乱振動となって入ってくる。ところが、回転機構の回転角周波数範囲では十分な開ループゲインがかせげないので、回転機構の外乱が直動ステージの変動になって現れる。
そして、特許文献1には、速度、位置サーボ制御において高ゲインにより高精度制御を行う時、機械共振が高ゲインの妨げになることから、ローパスフィルターやノッチフィルター等を用いて機械共振の固定周波数成分を除去する。この際に、前記フィルターによる位相遅れが発生するため、位相遅れ相当分を速度フィードバック系に加えることで位相補償を行う。この結果として固定周波数成分除去による位相遅れをカバーできサーボゲインを下げなくてもよくすることが記載されている。
また、特許文献2には、速度フィードバックの位相遅れによる機械制御の不安定化をカバーするため、ノッチフィルターとバンドパスフィルターの演算により、ゲインが一定で位相が進む要素をつくりゲインを上げても安定なシステムとする。そして、従来のサーボ装置では機械共振成分をノッチフィルターで除去し速度,位置サーボの位相補償を行って、サーボ装置の開ループゲイン全体を高めて制御精度を向上させることが記載されている。
また、特許文献3には、光ディスク装置の光学系では精密位置決め用アクチュエータの移動量に比例して、光スポットと目標トラックとの偏差信号に生じるオフセットが増加することを防ぐため、粗位置決め用アクチュエータのサーボ系の交差周波数を、スピンドルモータの回転周波数より高く、精密位置決め用アクチュエータの基本周波数より低くし、粗位置決め用アクチュエータのサーボ系に、ほぼスピンドルモータの回転周波数を中心として局所的にゲインを増加させる手段を設けることで、精密位置決め用アクチュエータの変位を検出しないで、光スポットを目標トラックに高精度で位置決めすることが記載されている。
国際公開第00/70739号パンフレット
特公平6−79242号公報
特開平6−124459号公報
しかしながら、このような構成のサーボ制御装置における直動ステージ上に回転機構を有する機械系では、回転系の軽量化、回転偏芯除去、直動ステージの高剛性化等の処置を行うが、光ディスク原盤露光装置のようなnmオーダの位置決め精度が要求される加工においてはこの方法にも限界がある。
また、従来のサーボ制御装置では機械共振成分をノッチフィルターで除去し、速度,位置サーボの位相補償を行い、ゲインを少しでも高めて制御を行っている。しかし、図20に示したように、直動ステージをモータで駆動するサーボ制御装置において、位置制御の開ループ角周波数応答は角周波数の増加に伴って20〜60dB/decadeの大きさでゲインが低下しており、ゲイン交差角周波数近傍の開ループゲインは大きくできない。
例えば、位相補償等を行って開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数を大きくしてゲインを上げようとして、−20dB/decadeで低下するゲイン交差角周波数近傍でゲイン交差角周波数を2倍にしても、上げられる開ループゲインは2倍(6dBの増加)程度であるという問題があった。
また、特許文献3のように局所的にゲインを増加させる手段を設けており、その局所ゲイン増加手段の伝達関数として(数1)が示されている。
通常、回転機構のターンテーブルに搭載された光ディスク原盤は、ターンテーブル中心に対して数10μm程度の偏心があり、換言すれば、重心が数10μm程度偏った状態でターンテーブルに搭載される。そのため、ターンテーブルは回転時に働く遠心力によって回転系に振れ回り振動が発生する。この振動が直動ステージ機構へと伝播し変動が発生している。直動ステージで測定した回転系の振れ回り振動を図23に示す。回転周波数成分(回転数/sec:図23の大きな波が回転系(ターンテーブル)の一回転)が支配的になっており、この周波数成分のみを除去できれば安定した送りステージ制御が実現できる。図23に示す直動ステージに加わる振動外乱は、例えば、CLVではこの波が20Hzから10Hzへと徐々に変化する。
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、電気回路での実現が簡単な中間周波数可変の局所ゲイン増加回路を構成でき、回転機構の回転基本角周波数に対応した中心周波数を持つピークゲイン補償手段を、直動ステージの速度制御、または位置制御の開ループゲインに挿入し、ピークゲイン補償手段の高ゲインによって、直動ステージのサーボ制御における例えば、CLV等の回転速度の変化により回転角周波数が変化する場合に対応して、回転系の振動外乱を効率良く除去するサーボ制御装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数に複数の局所ゲインを並べたピークを持つピークゲイン補償手段を備え、ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくした構成によって、位置制御手段の開ループ周波数応答の所定周波数における開ループゲインを大きくし、直動ステージの位置制御するサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
また、請求項2に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数に複数の局所ゲインを並べたピークを持つピークゲイン補償手段を備え、ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくした構成によって、速度制御手段の開ループ周波数応答の所定周波数における開ループゲインを大きくし、直動ステージの速度制御するサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
また、請求項3に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つ局所ゲインの伝達関数を(数3)とするピークゲイン補償手段を備え、
また、請求項4に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つ局所ゲインの伝達関数を(数4)とするピークゲイン補償手段を備え、
また、請求項5,6に記載されるサーボ制御装置は、請求項1〜4のサーボ制御装置において、ピークゲイン補償手段を、バンドパスフィルターで正帰還の帰還回路により構成したこと、または、ピークゲイン補償手段を、バンドパスフィルターで正帰還の帰還回路とからなる補償回路として、中心周波数が異なるバンドパスフィルターを有する補償回路の少なくとも1つ以上を組み合わせて構成したことによって、特定周波数で急峻な開ループゲインに高ゲインを確保し、直動ステージのサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
また、請求項7〜9に記載されるサーボ制御装置は、請求項1〜4のサーボ制御装置において、ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素とノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とにより構成したこと、または、ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素とノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とからなる補償回路として、中心周波数が異なるノッチフィルターを有する補償回路の少なくとも1つ以上を組み合わせて構成したこと、または、ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素と中心周波数が異なる少なくとも1つ以上のノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とから構成したことによって、特定周波数で急峻な開ループゲインに高ゲインを確保し、直動ステージのサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
また、請求項10に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、回転機構の回転周波数を検出する手段と、位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つピークゲイン補償手段と、回転機構の回転周波数に応じてピークゲイン補償手段の中心周波数を可変する手段とを備えた構成によって、回転機構の回転周波数に応じてピークゲイン補償手段の中心周波数を可変して、直動ステージの位置制御するサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱のみを除去できる。
また、請求項11に記載されるサーボ制御装置は、回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、位置制御手段に接続しモータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、回転機構の回転周波数を検出する手段と、速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つピークゲイン補償手段と、回転機構の回転周波数に応じてピークゲイン補償手段の中心周波数を可変する手段とを備えた構成によって、回転機構の回転周波数に応じてピークゲイン補償手段の中心周波数を可変するので、直動ステージの速度制御するサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱のみを効率良く除去できる。
また、請求項12に記載されるサーボ制御装置は、請求項10,11のサーボ制御装置において、ピークゲイン補償手段を、中心周波数及びQ値が可変のバンドパスフィルターで正帰還の帰還回路により構成したことによって、所定周波数可変のバンドパスフィルターで正帰還の帰還回路によって、所定周波数で急峻なループゲインを確保でき、直動ステージのサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
また、請求項13に記載されるサーボ制御装置は、請求項10,11のサーボ制御装置において、ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素と中心周波数及びQ値が可変のノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とにより構成したことによって、所定周波数可変のノッチフィルターで負帰還の帰還回路によって、所定周波数で急峻なループゲインを確保でき、直動ステージのサーボ制御で回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を除去できる。
本発明のサーボ制御装置は、回転機構の回転基本角周波数に対応した中心周波数を持つピークゲイン補償部を、直動ステージの速度制御、または位置制御を行う開ループゲインに挿入し、ピークゲイン補償部により得る高ゲインによって直動ステージのサーボ制御を行うことにより回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を効率良く除去できるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態1におけるサーボ制御装置の概略構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例を示す図19において説明した構成要件に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示し、以下の各図においても同様とする。
図1において、1は位置指令生成部、2は位置制御部、3は速度制御部、4は速度検出部、5は電流制御部、6はパワーアンプ、7はモータ、8はリニアエンコーダ、9は機械系、10は位置指令信号、11は位置フィードバック信号、12は位置偏差信号、13は速度指令信号、14は速度フィードバック信号、15は速度偏差信号、16は電流指令信号、17は電流フィードバック信号、20はピークゲイン補償部である。
図1に示すサーボ制御装置は、位置指令生成部1が出力の位置指令信号10にリニアエンコーダ8で検出の機械系9の位置を示す位置フィードバック信号11が追従するように、モータ7の制御を行う。この動作を高速安定に行うために位置指令信号10と位置フィードバック信号11との位置偏差信号12に基づき位置制御部2が速度指令信号13を生成する。このとき、位置制御部2による位置制御の開ループゲインをピークゲイン補償部20でゲインを高めることで、機械系9の直動ステージ上に有する回転機構の外乱を除去する。
そして、位置フィードバック信号11に基づき速度検出部4で生成の速度フィードバック信号14が速度指令信号13に追従するように、速度制御部3がモータ7への電流指令信号16を出力する。モータ7に流れる電流値を示す電流フィードバック信号17が電流指令信号16に追従するように、電流制御部5及びパワーアンプ6がモータ7に流す電流を制御する。
また、図2は本実施の形態1のサーボ制御装置を用いる光ディスク原盤露光装置の直動ステージ上に回転機構を有する機械系の構成を示すブロック図である。まず、図2を参照しながら本実施の形態1の機械系の動作について説明する。スピンドルモータ21により回転されるターンテーブル22に搭載された光ディスク原盤23にはレーザ光が照射される。このレーザ光はArレーザ24から出射したビーム光がミラー25で反射し対物レンズ26により極微小なスポットに絞られた光である。
スピンドルモータ21はスライド機構27に搭載されており、スライドモータ28により左右方向に移動される。スピンドルモータ21,スライドモータ28は、それぞれスピンドルサーボ装置29,スライドサーボ装置30により、ロータリエンコーダ31,リニアエンコーダ32のパルスを利用したフィードバック制御が行われる。また、システム制御装置33からスピンドルモータ21,スライドモータ28を駆動する指令パルス信号が出力される。この指令パルス信号を制御することで光ディスク原盤23上にスパイラル状のトラック溝を形成する。
スパイラル状のトラック溝の形成方法は、システム制御装置33の指令パルス信号の発生方法によってCAV(Constant Angular Velocity)制御とCLV(Constant Linear Velocity)制御に分けることができる。CAV制御では回転機構であるスピンドルモータ21の回転数はスパイラル状のトラック溝形成の最初から最後まで一定であるが、CLV制御ではスピンドルモータ21の回転数(角周波数)が図3に示すようにスライド機構(直動ステージ)の位置がr0からr1に移動するに従って変化する。
図2で説明した直動ステージ(スライド機構)上に回転機構を有する機械系を制御する図1に示すサーボ制御装置では、ピークゲイン補償部20を位置制御部2の後段に配置しているが、これは位置制御部2の前段に配置してもよい。
また、図4は本発明の実施の形態2におけるサーボ制御装置の概略構成を示すブロック図である。図4は図2で説明した直動ステージ上に回転機構を有する機械系を制御するサーボ制御装置であり、ピークゲイン補償部20を速度制御部3の後段に配置している。これは速度制御部3の前段に配置してもよい。
ここで、実施の形態1,2におけるピークゲイン補償部20について説明する。図5(a)はピークゲイン補償部20のゲイン特性、図5(b)は位相特性を示した図である。図5(a)に示すように、中心周波数ω0の前後はゲインが急峻に変化し中心周波数ω0にゲインのピークがある。また、図5(b)に示すように、位相は中心周波数ω0の左側で位相が90度急峻に進み、中心周波数ω0の右側で位相が90度急峻に遅れる形になっている。
図6は本実施の形態1のサーボ制御装置にピークゲイン補償部20を配置した位置制御の開ループゲインを図示したものである。ピークゲイン補償部20の中心周波数ω0の位置で開ループゲインのピークが現れており、中心周波数ω0の位置で開ループゲインを大きくできる。同様に実施の形態2についても速度制御にピークゲイン補償部20を配置することで、中心周波数ω0の位置で速度の開ループゲインを高めることができる。
図7は本実施の形態1,2における実施例1のピークゲイン補償部の構成を示す図である。ピークゲイン補償部20をバンドパスフィルター(以下、BPFという)で正帰還の帰還回路により構成したものである。BPFの伝達関数は中心周波数ω0とQ値を用いて、(数5)と表すことができ、
図8は本実施の形態1,2における実施例2のピークゲイン補償部の構成を示す図である。所定倍する第1のゲイン要素Gとノッチフィルター(以下、BEFという)とからなる負帰還の帰還回路と、さらに所定倍する第2のゲイン要素G+1とで構成される。BEFの伝達関数は中心周波数ω0とQ値を用いて(数7)と表すことができる。
直動ステージ上に回転機構を有する機械系を制御する場合、既に記載したようにCAV制御では回転機構であるスピンドルモータの回転数は最初から最後まで一定であり、前記説明のようなピークゲイン補償部20の中心周波数を回転機構の回転周波数に合わせればよい。
しかし、CLV制御では回転数が直動ステージ位置を移動するに従って変化する。その場合は、ピークゲイン補償部20の縦列接続で回転機構の回転周波数変化範囲をカバーすればよく。図9は実施例3のBPFで正帰還する帰還回路を構成したピークゲイン補償部20であり、このピークゲイン補償部20において、中心周波数ω0を違えた(例えば、ω1,ω2,ω3)3つの異なる中心周波数ω0を有するBPFを縦列接続した実施例1の変更例である。
また、図10は実施例4の所定倍する第1のゲイン要素GとBEFからなる負帰還の帰還回路と、さらに所定倍する第2のゲイン要素G+1により構成されるピークゲイン補償部20で、このピークゲイン補償部20において、中心周波数ω0を違えた(ω1,ω2,ω3)BEFを3つ縦列接続したもので実施例2の変更例である。
さらに、実施例5として図示しないが、図8に示すピークゲイン補償部20において、中心周波数ω0を違えた(ω1,ω2,ω3)3つのBEFをそれぞれ有するピークゲイン補償部20を縦列接続して構成してもよい。これは実施例2の別の変更例となる。
図11はこのようにして構成された3つの異なる中心周波数を有するピークゲイン補償部のゲイン特性を示す図である。ω1〜ω3の範囲でゲインのピークが確保できている。図12はピークゲイン補償部を配置したサーボ制御装置において、実施の形態1における位置制御の開ループゲインを図示したものである。図12に示すように、直動ステージ上の回転機構の回転数変化範囲をピークゲイン補償部20によって開ループゲインにてゲインを確保している。同様に実施の形態2における速度制御の開ループゲインにてゲインを確保することができる。
図13は本実施の形態1,2における実施例6の位置制御、速度制御の開ループに配置されるピークゲイン補償部20の中心周波数ω0を変化させたゲイン特性を示す図である。図13において、中心周波数ω0を直動ステージ上の回転機構の回転数変化範囲に合わせて、例えばω1,ω2に変化させ、またQ値はサーボ系のゲイン交差角周波数の位相余裕に影響が少ない範囲で可変させて、回転機構の回転数が変わっても、位置制御、速度制御の開ループの回転機構の回転角周波数でのゲインを確保するものである。
図14において、ピークゲイン補償部20はシステム制御装置33からの制御信号V1,V2で制御される。システム制御装置33は、図2に示すスライド機構(直動ステージ)27、回転機構のスピンドルモータ21,スライドモータ28をロータリエンコーダ31,リニアエンコーダ32のパルス信号を利用してフィードバック制御を行っているので、ロータリエンコーダ31から回転機構の回転数を読み取り、制御信号V1,V2でピークゲイン補償部20の中心周波数ω0とQ値を制御する。
図15は実施例6の中心周波数ω0及びQ値を可変できる可変BPF(ピークゲイン補償部)を示すブロック図である。制御信号V1,V2により中心周波数ω0及びQ値が可変のBPFで正帰還の帰還回路により構成している。この図15においてBPFの伝達関数は(数10)となる。
また、実施例7を示す図16において、ピークゲイン補償部20はシステム制御装置33からの制御信号V1,V2,V3で制御される。システム制御装置33は直動ステージ、回転機構のスピンドルモータ,スライドモータをロータリエンコーダ,リニアエンコーダのパルス信号を利用してフィードバック制御を行っているので、ロータリエンコーダから回転機構の回転数を読み取り、制御信号V1,V2,V3でピークゲイン補償部20の中心周波数ω0とQ値を制御する。
図17は実施例7の中心周波数ω0及びQ値を可変できる可変BEF(ピークゲイン補償部)を示すブロック図である。所定倍するゲイン要素Gと制御信号V1,V2,V3で中心周波数ω0及びQ値が可変のBEFとによりなる負帰還の帰還回路と、さらに所定倍するゲイン要素G+1で構成される。この図17でBEFの伝達関数は(数14)となり、
図18はピークゲイン補償部20を配置したサーボ制御装置において、実施の形態1の位置制御の開ループゲインの様子を示している。直動ステージ上の回転機構の回転数変化範囲に合わせてピークゲイン補償部20の中心周波数を変えながら開ループゲインのゲインを確保していることがわかる。同様に実施の形態2の速度制御においても開ループゲインのゲインを確保することができる。
本発明に係るサーボ制御装置は、回転機構の回転基本角周波数に対応した中心周波数を持つピークゲイン補償手段を、直動ステージの速度制御、または位置制御を行う開ループゲインに挿入し、これにより得る高ゲインによって直動ステージのサーボ制御を行って回転角周波数の変化による回転系の振動外乱を効率良く除去でき、精密加工を行う工作機械等のサーボ制御を行う装置等として有用である。
1 位置指令生成部
2 位置制御部
3 速度制御部
4 速度検出部
5 電流制御部
6 パワーアンプ
7 モータ
8 リニアエンコーダ
9 機械系
10 位置指令信号
11 位置フィードバック信号
12 位置偏差信号
13 速度指令信号
14 速度フィードバック信号
15 速度偏差信号
16 電流指令信号
17 電流フィードバック信号
20 ピークゲイン補償部
21 スピンドルモータ
22 ターンテーブル
23 光ディスク原盤
24 Arレーザ
25 ミラー
26 対物レンズ
27 スライド機構
28 スライドモータ
29 スピンドルサーボ装置
30 スライドサーボ装置
31 ロータリエンコーダ
32 リニアエンコーダ
33 システム制御装置
2 位置制御部
3 速度制御部
4 速度検出部
5 電流制御部
6 パワーアンプ
7 モータ
8 リニアエンコーダ
9 機械系
10 位置指令信号
11 位置フィードバック信号
12 位置偏差信号
13 速度指令信号
14 速度フィードバック信号
15 速度偏差信号
16 電流指令信号
17 電流フィードバック信号
20 ピークゲイン補償部
21 スピンドルモータ
22 ターンテーブル
23 光ディスク原盤
24 Arレーザ
25 ミラー
26 対物レンズ
27 スライド機構
28 スライドモータ
29 スピンドルサーボ装置
30 スライドサーボ装置
31 ロータリエンコーダ
32 リニアエンコーダ
33 システム制御装置
Claims (13)
- 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数に複数の局所ゲインを並べたピークを持つピークゲイン補償手段を備え、前記ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくしたことを特徴とするサーボ制御装置。 - 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数に複数の局所ゲインを並べたピークを持つピークゲイン補償手段を備え、前記ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくしたことを特徴とするサーボ制御装置。 - 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つ局所ゲインの伝達関数を(数1)とするピークゲイン補償手段を備え、前記ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくしたことを特徴とするサーボ制御装置。
- 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つ局所ゲインの伝達関数を(数2)とするピークゲイン補償手段を備え、前記ピークゲイン補償手段の所定周波数で開ループゲインを大きくしたことを特徴とするサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、バンドパスフィルターで正帰還の帰還回路により構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、バンドパスフィルターで正帰還の帰還回路とからなる補償回路として、中心周波数が異なる前記バンドパスフィルターを有する前記補償回路の少なくとも1つ以上を組み合わせて構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素とノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とにより構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素とノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とからなる補償回路として、中心周波数が異なる前記ノッチフィルターを有する前記補償回路の少なくとも1つ以上を組み合わせて構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素と中心周波数が異なる少なくとも1つ以上のノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とから構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置。
- 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記回転機構の回転周波数を検出する手段と、前記位置制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つピークゲイン補償手段と、前記回転機構の回転周波数に応じて前記ピークゲイン補償手段の中心周波数を可変する手段とを備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 - 回転機構を有する機械系の直動ステージを駆動するためのモータと、前記直動ステージの位置及び速度を検出する検出手段と、外部から入力の位置指令信号と前記検出手段から出力の位置検出信号との差分に基づき速度指令信号を生成する位置制御手段と、前記位置制御手段に接続し前記モータへ流す電流値を示す電流指令信号を生成する速度制御手段とからなるサーボ制御装置において、
前記回転機構の回転周波数を検出する手段と、前記速度制御手段の開ループ周波数応答のゲイン交差角周波数より低周波数領域における所定周波数にピークを持つピークゲイン補償手段と、前記回転機構の回転周波数に応じて前記ピークゲイン補償手段の中心周波数を可変する手段とを備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 - 前記ピークゲイン補償手段を、中心周波数及びQ値が可変のバンドパスフィルターで正帰還の帰還回路により構成したことを特徴とする請求項10または11記載のサーボ制御装置。
- 前記ピークゲイン補償手段を、所定倍する第1のゲイン要素と中心周波数及びQ値が可変のノッチフィルターとを組み合わせた負帰還の帰還回路と、所定倍する第2のゲイン要素とにより構成したことを特徴とする請求項10または11記載のサーボ制御装置。
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Cited By (4)
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-
2003
- 2003-10-29 JP JP2003368719A patent/JP2005108162A/ja active Pending
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CN110927920B (zh) * | 2019-12-20 | 2022-04-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于光栅尺的快速倾斜镜位置速率控制装置及方法 |
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