JP2006148995A - リニアモータ制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度制御から位置制御へ切替えた場合でも速度が急変しないリニアモータ制御装置と制御方法を提供する。
【解決手段】スケール部（４）と固定子（２）、スケール部（４）を読み取るセンサ（３）と可動子（１）により構成されるリニアモータであって、固定子（２）の移動方向に沿って、固定子（２）の少なくとも両端部に可動子（１）の位置決めを行う位置決め領域と、可動子（１）が常に通過するだけの走行領域とを設け、位置決め領域のみにスケール部（４）を設け、走行領域はスケールを用いることなしに速度制御を行うようにしたリニアモータ制御装置において、位置制御手段は比例器と積分器（６）、速度制御手段は比例器で構成し、速度制御からセンサを用いた位置制御への切り替え時に、積分器の出力を速度制御の速度指令にするようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体製造装置あるいは工作機械などのＦＡ用搬送装置に使用される。主に、長尺の固定子をするリニアモータ制御装置に関する。

従来、例えば半導体製造装置あるいは工作機械などのＦＡ用搬送装置に使用されるとともに、可動子のストロークが異常に長く、長尺の固定子を備えたリニアモータにおいて、スケール部が全体の一部分のみで構成されるリニアモータの位置決め装置は図１のようになっている(特許文献1)。図１は従来のリニアモータを用いた位置決め装置の側面図である。図１において１は可動子、２は固定子、３は可動子に取り付けた発光部と受光部からなる光学式のセンサ、４はリニアスケールのスケール部である。スケール部の存在する部分を位置決め領域としてその領域ではセンサ情報を用いた位置決め制御を行い、スケール部のない部分を走行領域としてその領域ではセンサレスベクトル制御を行う。このように２つの領域を設けることによって、センサを用いた領域を減らしてコストを削減している。
特開２００４−２３９３６号公報

しかしながら、従来のリニアモータの位置決め装置は、スケール部のない走行領域におけるセンサレスベクトル制御からスケール部を有する位置決め領域におけるセンサを用いた位置決め制御への切り替え時に、位置偏差が極めて小さいことから位置制御を制御処理して得た速度指令も小さく、速度制御時の速度指令が維持できずリニアモータの速度が急速に変化するという問題があった。図３は従来例よるリニアモータの速度変化の一例であり、図６は本発明をシミュレーションしたもので走行領域の速度制御から、位置決め領域の位置制御に切り替わったときの波形を示している。条件は位置制御ゲインＫｐ＝１００／ｓｅｃ、Ｔｐｉ＝５ｍｓｅｃ、Ｋｖ＝１０００Ｎ・ｓｅｃ／ｍ、Ｍ＝１ｋｇ、速度プロファイルＶｃｏｍ＝０．５ｍ／ｓｅｃである。切替え時に、速度指令が変化し、それに追従してリニアモータの速度も変化していることがわかる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、速度制御から位置制御へ切替えた場合でも速度が急変しないリニアモータ制御装置と制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、リニアスケールのスケール部と固定子、スケール部を読み取るセンサと可動子により構成されるリニアモータであって、固定子の移動方向に沿って、固定子の少なくとも両端部に可動子の位置決めを行う位置決め領域と、可動子が常に通過するだけの走行領域とを設け、位置決め領域のみにスケール部を設け、走行領域はスケールを用いることなしに速度制御を行うようにしたリニアモータ制御装置において、位置制御手段は比例積分制御器、速度制御手段は比例器で構成し、速度制御からセンサを用いた位置制御への切り替え時に、積分器の出力を速度制御の速度指令にするようにしたものである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１記載のリニアモータ制御装置において、速度制御はセンサレスベクトル制御で行うようにしたものである。
請求個３に記載の本発明は、請求項１記載のリニアモータ制御装置において、速度指令は上位システムの位置指令を時間微分することにより得るようにしたものである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１記載のリニアモータ制御装置において、切り替え手段は、制御器のスイッチによって行うようにしたものである。
請求項５に記載の本発明は、請求項４記載のリニアモータ制御装置において、スイッチは、調整時にリニアスケールの特定位置を測定しておき、実運転時に前記特定位置を通過した点とするようにしたものである。
請求項６に記載の本発明は、リニアスケールのスケール部と固定子、スケール部を読み取るセンサと可動子により構成されるリニアモータであって、固定子の移動方向に沿って、固定子の少なくとも両端部に可動子の位置決めを行う位置決め領域と、可動子が常に通過するだけの走行領域とを設け、位置決め領域のみにスケール部を設け、走行領域はスケールを用いることなしに速度制御を行うようにしたリニアモータ制御装置の制御方法において、走行領域か位置決め領域かをモニタするステップと、走行領域の場合は、位置指令を微分して第１の速度指令を生成するステップと、位置決め領域の場合は、第１の速度指令を位置制御器の積分器にセットするステップと、あらかじめ記憶しておいた現在位置を読み出すステップと、位置指令から前記現在位置減算し、位置偏差を生成するステップと、位置制御の比例器で位置偏差を処理して第２の速度指令を生成するステップと、積分器で生成した第３の速度指令を加算して第４の速度指令を生成するステップという手順でリニアモータを制御するようにしたものである。

速度制御から位置制御へ切替えた場合でも速度が急変しないリニアモータ制御装置と制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態として実施例１を図１〜図９に基づいて説明する。

図１はリニアモータを用いた位置決め装置の側面図である。図１において１は移動磁界を発生させるコイルを設けた可動子、２は永久磁石を設けた固定子、３は可動子に取り付けた発光部と受光部からなる光学式のセンサ、４はリニアスケールのスケール部である。図２は本発明の制御器の構成である。図４は本発明を用いた際のリニアモータの速度変化の一例である。また、図６は本発明をシミュレーションしたもので走行領域の速度制御から、位置決め領域の位置制御に切り替わったときの波形を示している。条件は位置制御ゲインＫｐ＝１００／ｓｅｃ、Ｔｐｉ＝５ｍｓｅｃ、Ｋｖ＝１０００Ｎ・ｓｅｃ／ｍ、Ｍ＝１ｋｇ、速度プロファイルＶｃｏｍ＝０．５ｍ／ｓｅｃである。切替え時に従来例では、速度が大きく低下したのに対して本案では変化はほとんどないことが解る。

本発明の特徴は以下のとおりである。すなわち、リニアモータ制御装置は、固定子２の長手方向に沿って、固定子２の両端部に可動子１の位置決めを行う位置決め領域と可動子１が常に通過するだけの走行領域とを設け、当該位置決め領域のみにスケール部４を設け、当該走行領域はスケール４を用いることなしにセンサレスベクトル制御を行う領域としたものであって、走行領域におけるセンサレスベクトル制御の速度制御から位置決め領域におけるセンサを用いた位置制御への切り替えにおいて、速度指令を継続させることによって急な速度変化を伴わない制御器を構成した点である。また、制御切り替え時の速度指令を継続するために制御器の変更のみを行う構成にしたことで、上位指令器について新たな変更をする必要がないものとなっている。

次に動作について説明する。リニアモータの可動子１が図１に示す走行領域を走行しているとき、センサレスベクトル制御等スケールを用いることなしに速度推定する手法により推定した速度に基づき速度を制御する手法で走行領域を一定速度で移動する。可動子１が位置決め領域に達すると、センサ３はリニアスケールのスケール部４に相対し、位置信号が変化しはじめる。位置信号は互いに電気的に９０度の位相差を持ったパルスで、スケールのある場所では変化を繰り返し、スケールの無い場所では変化しない。図８はパルスの変化を示した図であり、スケール下にセンサがあるときは信号が変化し、スケール下にないときは信号は変化しない。図９はアップダウンカウンタ７を示しておりパルスをカウントして位置信号を生成する。位置信号の走行領域に近い端部の座標をあらかじめ測定してＮ１、Ｎ２として記憶しておき、この座標内にあるときは走行領域でそれ以外のときは位置決め領域として、スイッチを切替え、センサレスベクトル制御の速度制御かセンサを使用した位置制御かを切り替える。この場合、上位指令器より入力される位置指令は、スケールにより検出された位置とほぼ一致するために比例演算に基づく速度指令がゼロになる。その部分を補うように積分器の初期値に速度指令分の値を設定する。これによって速度指令がゼロになるのを防ぎ、かつリニアモータが一定の速度で動作することができる。

図７は、リニアモータ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。図７において、ステップＳＴ１では可動子が走行領域か位置決め領域かをモニタし、走行領域の場合は、ステップＳＴ２に、位置決め領域の場合はステップＳＴ３に移る。ステップＳＴ２では位置指令を微分して第１の速度指令を生成し、速度制御部に出力する。するステップＳＴ３では第１の速度指令を位置制御器の積分器にセットする。次にステップＳＴ４で、あらかじめ記憶しておいた現在位置を読み出し、ステップＳＴ５で位置指令から現在位置を減算して位置偏差を生成し、ステップＳＴ６で位置制御の比例器で位置偏差を処理して第２の速度指令を生成する。次にステップＳＴ７で積分器で生成した第３の速度指令を加算して第４の速度指令を生成し、速度制御部に出力する。

なお、本実施例ではセンサ３を光学式のもので構成したが、直動方向を検出するセンサであれば良く、特に限定されるものではない。

また、本実施例では固定子に永久磁石、可動子にコイルを用いたリニアモータで構成したが、これに替えて固定子にコイル、可動子に永久磁石を用いた構成にしても構わない。

本発明のリニアモータ制御装置は、固定子の長手方向に沿って固定子の両端部に可動子の位置決めを行う位置決め領域と可動子が常に通過するだけの走行領域とを設け、位置決め領域のみにスケール部を設け前記走行領域はスケールを用いることなしにセンサレスベクトル制御を行う領域とする構成でも、制御の切り替え時にリニアモータの速度を一定に保つことができるため、大きな速度変化が好ましくない用途に利用できる。

本発明の実施例を示すリニアモータの位置決め装置の側面図 本発明の制御器構成 従来例のリニアモータの速度変化の一例 本発明のリニアモータの速度変化の一例 従来例のリニアモータの速度変化のシミュレーション 本発明のリニアモータの速度変化のシミュレーション 本発明のリニアモータ制御装置の制御方法を示すフローチャート 切替えスイッチを説明する図 切替えスイッチを説明する図

符号の説明

１ 可動子
２ 固定子
３ センサ
４ スケール部
５ スイッチ
６ 積分器
７ アップダウンカウンタ

Claims (6)

1. リニアスケールのスケール部と固定子、前記スケール部を読み取るセンサと可動子により構成されるリニアモータであって、前記固定子の移動方向に沿って、前記固定子の少なくとも両端部に前記可動子の位置決めを行う位置決め領域と、前記可動子が常に通過するだけの走行領域とを設け、前記位置決め領域のみに前記スケール部を設け、前記走行領域はスケールを用いることなしに速度制御を行うようにしたリニアモータ制御装置において、
   比例積分制御器で構成した位置制御手段と、
   比例器で構成した速度制御手段と、
   速度制御から位置制御へ切替える切替え手段と、
   を備え、速度制御からセンサを用いた位置制御への切り替え時に、前記積分器の出力を前記速度制御の速度指令にすることを特徴とするリニアモータ制御装置。
2. 前記速度制御はセンサレスベクトル制御で行うことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ制御装置。
3. 前記速度指令は上位システムの位置指令を時間微分することにより得ることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ制御装置。
4. 前記切り替え手段は、制御器のスイッチによって行うことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ制御装置。
5. 前記スイッチは、調整時にリニアスケールの特定位置を測定しておき、実運転時に前記特定位置を通過した点とすることを特徴とする請求項４記載のリニアモータ制御装置。
6. リニアスケールのスケール部と固定子、前記スケール部を読み取るセンサと可動子により構成されるリニアモータであって、前記固定子の移動方向に沿って、前記固定子の少なくとも両端部に前記可動子の位置決めを行う位置決め領域と、前記可動子が常に通過するだけの走行領域とを設け、前記位置決め領域のみに前記スケール部を設け、前記走行領域はスケールを用いることなしに速度制御を行うようにしたリニアモータ制御装置の制御方法において、
   前記走行領域か位置決め領域かをモニタするステップと、
   走行領域の場合は、位置指令を微分して第１の速度指令を生成するステップと、
   位置決め領域の場合は、前記第１の速度指令を位置制御器の積分器にセットするステップと、
   あらかじめ記憶しておいた現在位置を読み出すステップと、
   前記位置指令から前記現在位置を減算し、位置偏差を生成するステップと、
   位置制御の比例器で前記位置偏差を処理して第２の速度指令を生成するステップと、
   前記積分器で生成した第３の速度指令を加算して第４の速度指令を生成するステップという手順でリニアモータを制御することを特徴とするリニアモータ制御装置の制御方法。

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