JP2006190074A - Synchronization control apparatus - Google Patents

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整 大久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To synchronize two axes through synchronization control whereby synchronization errors of position and speed between the two axes are minimized, even if disturbance is applied to either the first or second axis or if the amount of friction differs greatly between the two axes; and to achieve synchronization of not only speed feedback but also position feedback, whether in a steady state or in a transient state. <P>SOLUTION: This synchronization control apparatus having a position control means using the position feedback of each axis includes a feed forward control part that creates a feed forward signal of each axis based upon position commands; a synchronization error computing part for computing a synchronization error based upon the difference in position feedback between the two axes; a position correction signal computing part for computing a position correction signal based upon the synchronization error computed; a feed forward correction signal computing part for computing a feed forward correction signal of each axis based upon the feed forward signal and the position correction signal of each axis; and an adding part for adding the feed forward correction signal to a speed command. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、2軸間の位置及び速度の同期誤差を最小にするように制御する同期制御装置に関する。   The present invention relates to a synchronous control device that performs control so as to minimize a synchronization error between position and speed between two axes.

近年、電子部品実装装置や液晶製造装置において2つのモータでテーブルの一軸を駆動するツインドライブ駆動が利用されるようになってきている。このような装置の場合、高速・高加減速駆動が要求されるとともに静音性・低振動・低リップルも要求される。2軸間の同期誤差が大きいと駆動時の異音や振動の原因となり要求を満たすことができない。高速・高加減速駆動や静音性・低振動・低リップルを実現するためには2軸間の同期化が必要であるが、軸間の動特性が異なる場合などでは、各軸を個別に制御する従来のフィードバック制御装置では限界がある。そこで、2軸間の同期を行う同期制御装置が必要となる。   In recent years, twin drive drive that drives one axis of a table with two motors has been used in electronic component mounting apparatuses and liquid crystal manufacturing apparatuses. In the case of such a device, high speed / high acceleration / deceleration driving is required, and quietness, low vibration, and low ripple are also required. If the synchronization error between the two axes is large, it may cause abnormal noise or vibration during driving, and the request cannot be satisfied. To achieve high speed, high acceleration / deceleration drive, quietness, low vibration, and low ripple, synchronization between the two axes is necessary. However, when the dynamic characteristics between the axes are different, each axis is controlled individually. However, there are limitations in the conventional feedback control device. Therefore, a synchronization control device that performs synchronization between the two axes is required.

従来の同期制御装置は、2軸間の速度フィードバックの平均値を用いて速度制御を行うとともに、2軸間の速度差を用いて補正トルクを求め、両モータのトルクを補正し同期制御を行っている(例えば、特許文献1参照)。また、2軸間の位置フィードバックの差分に位置制御と同じゲインを乗じて位置補正値を求め、補正した速度指令を用いて従属軸の制御を行い、同期制御を行っているものもある(例えば、特許文献2参照)。また、多軸間の速度偏差信号を比較して算出した差信号に基づき同期制御を行っているものもある(例えば、特許文献3参照)。また、各軸の速度指令と速度フィードフォワード量を加算して、その値を速度フィードフォワード量で除算することにより速度誤差率を求め、速度フィードフォワード量に対し速度誤差率による補正を行うことで同期制御を行っているものもある(例えば、特許文献4参照)。また、各軸の速度指令により補償信号を作成し同期制御を行っているものもある(例えば、特許文献5参照)。   The conventional synchronous control device performs speed control using the average value of the speed feedback between the two axes, obtains the correction torque using the speed difference between the two axes, corrects the torque of both motors, and performs the synchronous control. (For example, refer to Patent Document 1). In some cases, the position correction value is obtained by multiplying the position feedback difference between the two axes by the same gain as the position control, the dependent axis is controlled using the corrected speed command, and the synchronous control is performed (for example, , See Patent Document 2). In addition, there is one that performs synchronous control based on a difference signal calculated by comparing speed deviation signals between multiple axes (for example, see Patent Document 3). Also, by adding the speed command for each axis and the speed feedforward amount, and dividing the value by the speed feedforward amount, the speed error rate is obtained, and the speed feedforward amount is corrected by the speed error rate. Some perform synchronous control (see, for example, Patent Document 4). In addition, there are some which perform compensation control by generating a compensation signal based on a speed command of each axis (for example, see Patent Document 5).

特許文献1の技術を説明する。図4において、11は位置制御部であり、位置指令と位置フィードバックに基づき位置制御を行う。12は速度制御部であり、11位置制御部の出力である速度指令と速度フィードバックに基づき速度制御を行う。13は電流制御部であり、12速度制御部の出力であるトルク指令に基づき電流制御を行う。23は同じく12速度制御部の出力であるトルク指令に基づき2軸目の電流制御を行う電流制御部である。そして、51は速度平均演算部であり、1軸目の速度フィードバックと2軸目の速度フィードバックを平均して平均速度を演算する。52はダンピング補償器であり、1軸目の速度フィードバックと2軸目の速度フィードバックの速度差を求め、ダンピング係数を乗算して補正トルクを求めている。
図4において、位置制御及び速度制御は1軸目のみで行っており、電流制御については各々独立して制御している。また、速度制御については1軸目、2軸目の平均速度を用いて行っており、2軸間の速度差に基づいて補正トルクを求め両モータのトルクを補正することにより同期制御を行っている。
The technique of Patent Document 1 will be described. In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a position control unit that performs position control based on a position command and position feedback. A speed control unit 12 performs speed control based on a speed command and speed feedback which are outputs from the 11 position control unit. A current control unit 13 performs current control based on a torque command that is an output of the 12-speed control unit. Similarly, reference numeral 23 denotes a current control unit that performs current control on the second axis based on a torque command that is an output of the 12-speed control unit. A speed average calculating unit 51 averages the first axis speed feedback and the second axis speed feedback to calculate an average speed. A damping compensator 52 obtains a speed difference between the first-axis speed feedback and the second-axis speed feedback, and multiplies the damping coefficient to obtain a correction torque.
In FIG. 4, position control and speed control are performed only on the first axis, and current control is controlled independently. Speed control is performed using the average speed of the first and second axes, and synchronous control is performed by obtaining a correction torque based on the speed difference between the two axes and correcting the torque of both motors. Yes.

特許文献2の技術を説明する。図5において、22は2軸目の速度制御部であり、2軸目の速度フィードバックに基づき速度制御を行う。なお、前述した図4と同じ部分には同一符号を付して説明を省略する。そして、53は位置補正ゲインであり、2軸間の位置フィードバックの差分に位置制御と同じゲインを乗じて位置補正値を出力している。
図5において、位置制御は1軸目のみで行っており、速度制御及び電流制御については各々独立して制御している。そして、2軸間の位置フィードバックの差分に位置制御と同じゲインを乗じて位置補正値を求め、補正した速度指令を用いて2軸目の速度制御を行うことで同期制御を行っている。
The technique of Patent Document 2 will be described. In FIG. 5, reference numeral 22 denotes a speed control unit for the second axis, which performs speed control based on speed feedback for the second axis. The same parts as those in FIG. 4 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. A position correction gain 53 is obtained by multiplying the position feedback difference between the two axes by the same gain as in position control and outputting a position correction value.
In FIG. 5, the position control is performed only on the first axis, and the speed control and the current control are controlled independently. Then, a position correction value is obtained by multiplying the position feedback difference between the two axes by the same gain as the position control, and the second axis speed control is performed using the corrected speed command, thereby performing the synchronous control.

特許文献3の技術を説明する。図6において、54、55はフィードフォワードコントローラであり、各々の軸のフィードフォワード量を算出しフィードフォワード制御を行う。56は同期化コントローラであり、2軸間の速度偏差信号を比較して算出した差信号に基づき同期制御を行う。
図6において、速度制御及び電流制御については各々独立して制御しており、フィードフォワード制御についても各々独立して制御している。そして、2軸間の速度偏差信号を比較して算出した差信号に基づき同期制御を行っている。
The technique of Patent Document 3 will be described. In FIG. 6, 54 and 55 are feedforward controllers, which calculate the feedforward amount of each axis and perform feedforward control. A synchronization controller 56 performs synchronization control based on a difference signal calculated by comparing speed deviation signals between two axes.
In FIG. 6, speed control and current control are controlled independently, and feedforward control is also controlled independently. And synchronous control is performed based on the difference signal calculated by comparing the speed deviation signals between the two axes.

特許文献4の技術を説明する。図7において、57、59は速度フィードフォワード量演算部であり、各々の軸の速度フィードフォワード量を算出しフィードフォワード制御を行う。58、60は速度制御誤差率算出部であり、各軸の速度指令と速度フィードフォワード量を加算して、その値を速度フィードフォワード量で除算することにより各軸の速度誤差率を求めている。
図7において、位置制御、速度制御、電流制御及びフィードフォワード制御については各々独立して制御している。そして、各軸において、速度指令と速度フィードフォワード量を加算して、その値を速度フィードフォワード量で除算することにより速度誤差率を求め、速度フィードフォワード量に対し速度誤差率による補正を行うことで同期制御を行っている。
The technique of Patent Document 4 will be described. In FIG. 7, reference numerals 57 and 59 denote speed feedforward amount calculation units, which calculate the speed feedforward amount of each axis and perform feedforward control. Reference numerals 58 and 60 denote speed control error rate calculation units, which calculate the speed error rate of each axis by adding the speed command and speed feedforward amount of each axis and dividing the value by the speed feedforward amount. .
In FIG. 7, the position control, speed control, current control and feedforward control are controlled independently. Then, in each axis, the speed error rate is obtained by adding the speed command and the speed feedforward amount and dividing the value by the speed feedforward amount, and the speed feedforward amount is corrected by the speed error rate. Synchronous control is being performed.

特許文献5の技術を説明する。図8において、61はツイン軸位置ずれ補償器であり、各軸の速度指令により補償信号を作成する。62は速度ループゲイン調整器であり、3軸目の位置フィードバックにより、1軸目及び2軸目の速度ループゲインを調整する。
図8において、3軸とも位置制御、速度制御及び電流制御については各々独立して制御している。そして、各軸の速度指令により補償信号を作成し、また、3軸目の位置により1軸目及び2軸目の速度ループゲインを調整することにより、1軸目と2軸目の同期制御を行っている。
特開平8−16246号公報 (図1参照) 特開平11−305839号公報 (図2参照) 特許第3200907号公報 (図2参照) 特許第2854425号公報 (図1参照) 特開平5−40528号公報 (図1参照)
The technique of Patent Document 5 will be described. In FIG. 8, reference numeral 61 denotes a twin axis misalignment compensator, which creates a compensation signal according to a speed command for each axis. A speed loop gain adjuster 62 adjusts the speed loop gains of the first and second axes by the position feedback of the third axis.
In FIG. 8, the position control, speed control, and current control are controlled independently for all three axes. Then, a compensation signal is created according to the speed command of each axis, and the first and second axis synchronous control is controlled by adjusting the speed loop gains of the first and second axes according to the position of the third axis. Is going.
JP-A-8-16246 (see FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 11-305839 (see FIG. 2) Japanese Patent No. 3200907 (see FIG. 2) Japanese Patent No. 2854425 (see FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 5-40528 (see FIG. 1)

前記図4及び図5の従来の同期制御装置は、どちらの装置も位置制御は1軸目でしか行っておらず、2軸目は位置制御されていない。このため、2軸目に外乱が与えられた場合、2軸間の位置がずれてしまうという問題があった。また、図5の従来の同期制御装置は、補正が行われる軸が2軸目のみであるため、1軸目が外乱などにより振動した場合、それにあわせて2軸目も振動してしまうという問題もあった。また、図7の従来の同期制御装置は、各々の速度誤差を減らすことで同期制御を行っているが、各々独立で制御されているため、一度位置がずれてしまうと補正が効かないという問題もあった。また、図6及び図8の従来の同期制御装置は、速度情報から補正信号を作成しているため速度フィードバックを同期させることはできるが、2軸間で摩擦の大きさが大きく異なるような場合、位置フィードバックまで同期させることができないという問題があった。また、図7の従来の同期制御装置は、過渡状態において同期させることができないという問題もあった。   In the conventional synchronous control device shown in FIGS. 4 and 5, position control is performed only on the first axis in both devices, and position control is not performed on the second axis. Therefore, when a disturbance is applied to the second axis, there is a problem that the position between the two axes is shifted. Further, since the conventional synchronous control device of FIG. 5 has only the second axis to be corrected, when the first axis vibrates due to disturbance or the like, the second axis also vibrates accordingly. There was also. In addition, the conventional synchronous control device of FIG. 7 performs synchronous control by reducing each speed error, but since each is controlled independently, there is a problem that the correction does not work once the position is shifted. There was also. In addition, the conventional synchronous control device of FIGS. 6 and 8 can synchronize the speed feedback because the correction signal is generated from the speed information, but the magnitude of the friction is greatly different between the two axes. There was a problem that the position feedback could not be synchronized. Further, the conventional synchronization control device of FIG. 7 has a problem that it cannot be synchronized in a transient state.

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、1軸目、2軸目どちらに外乱が与えられた場合でも、また、2軸間で摩擦の大きさが大きく異なるような場合でも、2軸を同期させることができるとともに、定常状態においても過渡状態においても、また、速度フィードバックだけでなく位置フィードバックも同期させることができる同期制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and when a disturbance is applied to either the first axis or the second axis, or when the magnitude of friction is greatly different between the two axes. However, it is an object of the present invention to provide a synchronous control device that can synchronize two axes and can synchronize not only speed feedback but also position feedback in a steady state and a transient state.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。   In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.

本発明は、複数のモータで1軸を同期駆動するものであって、各軸毎に位置フィードバックによる位置制御手段を備えた同期制御装置において、位置指令に基づいて各軸のフィードフォワード信号を作成する各軸毎のフィードフォワード制御部と、2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求める同期誤差演算部と、求められた同期誤差から位置補正信号を求める位置補正信号演算部と、各軸のフィードフォワード信号と位置補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部と、フィードフォワード補正信号を各軸毎の速度指令に加える各軸毎の加算部と、を備えたものである。
また、前記位置補正演算部は、前記同期誤差をローパスフィルタでフィルタリング処理し、同期誤差が最小になるように前記位置補正信号演算部のゲインを調整するものである。
また、前記位置補正信号演算部で求められた位置補正信号は、第1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算してフィードフォワード補正信号を求め、第2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算してフィードフォワード補正信号を求めるものである。
The present invention synchronously drives one axis with a plurality of motors, and generates a feedforward signal for each axis based on a position command in a synchronous control apparatus having position control means by position feedback for each axis. A feedforward control unit for each axis, a synchronization error calculation unit for obtaining a synchronization error from a difference in position feedback between the two axes, a position correction signal calculation unit for obtaining a position correction signal from the obtained synchronization error, and each axis A feedforward correction signal calculating unit for obtaining a feedforward correction signal for each axis from the feedforward signal and the position correction signal, and an adding unit for each axis for adding the feedforward correction signal to the speed command for each axis. Is.
The position correction calculation unit filters the synchronization error with a low-pass filter and adjusts the gain of the position correction signal calculation unit so that the synchronization error is minimized.
Further, the position correction signal obtained by the position correction signal calculation unit is added to the feedforward signal of the first axis to obtain a feedforward correction signal, and the feedforward signal of the second axis is obtained. Subtracts to obtain a feedforward correction signal.

また、請求項1記載の同期制御装置において、前記同期誤差演算部により求めた同期誤差を微分する微分演算部と、前記微分演算部によって出力される微分された同期誤差から速度補正信号を求める速度補正信号演算部と、前記位置補正信号演算部から出力する前記位置補正信号と、速度補正信号演算部から出力する速度補正信号とを加算することにより補正信号を求める補正信号演算部と、各軸毎のフィードフォワード信号と前記補正信号から各軸毎のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部と、を備えたものである。
また、請求項4記載の同期制御装置において、前記速度補正信号演算部は、微分した同期誤差をローパスフィルタでフィルタリング処理し、同期誤差が最小になるように前記速度補正信号演算部のゲインを調整することを特徴とするものである。
また、請求項4記載の同期制御装置において、前記補正信号演算部で求められた補正信号は、第1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算してフィードフォワード補正信号を求め、第2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算してフィードフォワード補正信号を求めるものである。
2. The synchronization control device according to claim 1, wherein a differential operation unit for differentiating the synchronization error obtained by the synchronization error operation unit, and a speed for obtaining a speed correction signal from the differentiated synchronization error output by the differentiation operation unit. A correction signal calculation unit, a correction signal calculation unit for obtaining a correction signal by adding the position correction signal output from the position correction signal calculation unit, and a speed correction signal output from the speed correction signal calculation unit, and each axis A feedforward correction signal calculation unit for obtaining a feedforward correction signal for each axis from each feedforward signal and the correction signal.
5. The synchronization control device according to claim 4, wherein the speed correction signal calculation unit filters the differentiated synchronization error with a low-pass filter and adjusts the gain of the speed correction signal calculation unit so that the synchronization error is minimized. It is characterized by doing.
5. The synchronous control device according to claim 4, wherein the correction signal obtained by the correction signal calculation unit is added to the feedforward signal of the first axis to obtain a feedforward correction signal, and the second axis The feedforward correction signal is obtained by subtracting the feedforward signal of the eye.

本発明によると、各々独立して位置制御を行っているため、定常状態では位置がずれることはない。また、各軸のフィードフォワード信号は同一の位置指令から作成されるため、過渡状態においても簡単に速度を同期させることができる。また、外乱や摩擦などで2軸間にずれが発生しても、2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求め、各軸のフィードフォワード信号に補正を行うため、速度のみならず位置においても同期誤差を最小限に抑えることができる。さらに、片軸にのみに外乱が与えられた場合も、同期誤差を最小に抑えるように制御されるため、1軸のみで制御を行う場合に比べて外乱に強くなるというメリットもある。
また、前記効果に加え、同期誤差を微分して求めた補正信号で補正を行うため、2軸間の速度がずれた場合においてもずれを最小限に抑えることができる。
According to the present invention, since position control is performed independently, the position does not shift in a steady state. Further, since the feedforward signal for each axis is generated from the same position command, the speed can be easily synchronized even in a transient state. In addition, even if a deviation occurs between two axes due to disturbance or friction, a synchronization error is obtained from the difference in position feedback between the two axes, and the feedforward signal of each axis is corrected. The synchronization error can be minimized. Further, even when a disturbance is applied to only one axis, the synchronization error is controlled to be minimized, so that there is an advantage that the disturbance is stronger than the case where the control is performed with only one axis.
In addition to the above effect, correction is performed using a correction signal obtained by differentiating the synchronization error, so that even when the speed between the two axes is shifted, the shift can be minimized.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の第1実施例の構成を説明する制御ブロック図である。なお、前述した図4、5、6、7、8と同じ部分には同一符号を付して説明を省略する。図において、17、27はフィードフォワード制御部であり、位置指令の変化分にフィードフォワードゲインを掛けてフィードフォワード信号を作成する。41は同期誤差演算部であり、2軸間の位置フィードバックの差を演算し同期誤差を求めている。42は位置補正信号演算部であり、求められた同期誤差にゲインを乗じて位置補正信号を求めている。また、42位置補正演算部では、入力された同期誤差に対して必要に応じてローパスフィルタなどのフィルタリング処理を施すこともできる。このゲインを調整することにより、同期誤差が最小になるように制御することができる。18、28は各軸フィードフォワード信号と42位置補正信号演算部で求められた位置補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めている。42位置補正信号演算部で求められた位置補正信号は、1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算することによりフィードフォワード補正信号を求め、2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算させることによりフィードフォワード補正信号を求める。この符号は同期誤差を求めるとき1軸目の方向を正方向としているためであり、これにより2軸間の同期誤差を減少させる方向に補正信号を加えることができる。19、29はフィードフォワード補正信号を速度指令に加える加算部である。   FIG. 1 is a control block diagram illustrating the configuration of the first embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. 4, 5, 6, 7, and 8 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the figure, reference numerals 17 and 27 denote feedforward control units, which generate a feedforward signal by multiplying a change in position command by a feedforward gain. Reference numeral 41 denotes a synchronization error calculation unit that calculates a difference in position feedback between the two axes to obtain a synchronization error. Reference numeral 42 denotes a position correction signal calculation unit, which calculates a position correction signal by multiplying the obtained synchronization error by a gain. Further, the 42-position correction calculation unit can perform a filtering process such as a low-pass filter on the input synchronization error as necessary. By adjusting this gain, it is possible to control so that the synchronization error is minimized. Reference numerals 18 and 28 determine the feedforward correction signal for each axis from the feedforward signal for each axis and the position correction signal obtained by the 42 position correction signal calculation unit. The position correction signal obtained by the 42 position correction signal calculation unit is added to the feedforward signal of the first axis to obtain a feedforward correction signal, and is subtracted from the feedforward signal of the second axis. Thus, a feedforward correction signal is obtained. This sign is because when the synchronization error is obtained, the direction of the first axis is set as the positive direction, so that a correction signal can be added in a direction to reduce the synchronization error between the two axes. Reference numerals 19 and 29 denote addition units for adding a feedforward correction signal to the speed command.

本発明が特許文献1、2、3、4、5と異なる部分は、位置制御、速度制御及び電流制御については各々独立して制御しているおり、位置指令に基づいて各軸のフィードフォワード信号を作成するフィードフォワード制御部(17、27)と、2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求める同期誤差演算部(41)と、求められた同期誤差から位置補正信号を求める位置補正信号演算部(42)と、各軸のフィードフォワード信号と位置補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部(18、28)と、フィードフォワード補正信号を速度指令に加える加算部(19、29)と、を備えた部分である。   The present invention is different from Patent Documents 1, 2, 3, 4, and 5 in that the position control, the speed control and the current control are controlled independently, and the feedforward signal of each axis is based on the position command. A feedforward control unit (17, 27) for generating a synchronization error, a synchronization error calculation unit (41) for obtaining a synchronization error from a difference in position feedback between two axes, and a position correction signal for obtaining a position correction signal from the obtained synchronization error A calculation unit (42), a feedforward correction signal calculation unit (18, 28) for obtaining a feedforward correction signal for each axis from the feedforward signal and position correction signal for each axis, and an addition for adding the feedforward correction signal to the speed command Part (19, 29).

各軸は独立して位置制御を行っているため、定常状態では位置がずれることはない。また、過渡状態においても、同一の位置指令から作成されたフィードフォワード信号によりフィードフォワード制御されているため、位置、速度ともに同定誤差は最小限に抑えられている。また、外乱や摩擦などで2軸間の位置にずれが発生しても、位置補正信号演算部において、ずれた量に応じた補正信号が求められ、フィードフォワード信号に対してずれを減少させる方向に補正が行われるので、直ちに位置のずれは補正される。そして、補正は各軸に対して行われるため、片軸にのみが外乱などにより振動した場合においても、それにあわせて2軸目も振動してしまうという問題は起こらず、むしろ、振動を抑制する方向に補正が働くため、1軸のみで制御を行う場合に比べて外乱に強くなるというメリットもある。   Since each axis performs position control independently, the position does not shift in a steady state. Even in a transient state, since feedforward control is performed by a feedforward signal created from the same position command, the identification error is minimized both in position and speed. In addition, even if a displacement occurs between the two axes due to disturbance or friction, the position correction signal calculation unit obtains a correction signal corresponding to the amount of displacement and reduces the displacement with respect to the feedforward signal. Since the correction is performed, the positional deviation is corrected immediately. And since correction is performed for each axis, even when only one axis vibrates due to a disturbance or the like, the problem that the second axis vibrates accordingly does not occur, but rather the vibration is suppressed. Since the correction works in the direction, there is also a merit that it is more resistant to disturbances than when control is performed with only one axis.

図3は本発明の第1実施例のシミュレーション結果である。
(a)は補正を行わず2軸を独立させて制御した場合の応答である。左側の波形は2軸間で摩擦の大きさが大きく異なる場合のシミュレーション結果であり、それぞれ位置、トルク、位置偏差、同期誤差の応答である。2軸間で摩擦の大きさが異なると、過渡状態において同期誤差が大きく出ていることがわかる。右側の波形は片軸にのみ外乱が与えられ振動が発生している場合のシミュレーション結果である。片軸のみに外乱が与えられているので、外乱が与えられた方の軸は振動しているが、もう一方の軸は外乱が与えられていないので振動していない。
(b)は従来の同期制御装置のシミュレーション結果である。同じく左側の波形は2軸間で摩擦の大きさが大きく異なる場合のシミュレーション結果であり、右側の波形は片軸にのみ外乱が与えられ振動が発生している場合のシミュレーション結果である。従来の同期制御装置では、2軸間で摩擦の大きさが異なる場合は多少同期誤差が小さくなる傾向があるものの、片軸にのみ外乱が与えられ振動が発生している場合では同期誤差は小さくならず、しかも、各軸の位置偏差を見るとむしろ振動が大きくなってしまっている。
(c)は本発明の第1実施例のシミュレーション結果である。2軸間で摩擦の大きさが異なる場合においても同期誤差はほとんど発生せず、片軸にのみ外乱が与えられ振動が発生している場合でも同期誤差はわずかであり、各軸の振動も減少しているのがわかる。
FIG. 3 shows the simulation result of the first embodiment of the present invention.
(A) is a response when the two axes are controlled independently without correction. The waveform on the left is a simulation result when the magnitude of friction differs greatly between the two axes, and is the response of position, torque, position deviation, and synchronization error, respectively. It can be seen that when the magnitude of friction differs between the two axes, a large synchronization error appears in the transient state. The waveform on the right is a simulation result when a disturbance is applied only to one axis and vibration is generated. Since the disturbance is applied only to one axis, the axis to which the disturbance is applied vibrates, but the other axis does not vibrate because no disturbance is applied.
(B) is the simulation result of the conventional synchronous control apparatus. Similarly, the waveform on the left side is a simulation result when the magnitude of friction is greatly different between the two axes, and the waveform on the right side is a simulation result when a disturbance is applied to only one axis and vibration is generated. In the conventional synchronous control device, if the friction between the two axes is different, the synchronization error tends to be somewhat small. However, if the disturbance is applied to only one axis and vibration is generated, the synchronization error is small. In addition, when looking at the positional deviation of each axis, the vibration is rather large.
(C) is a simulation result of the first embodiment of the present invention. Even when the magnitude of friction between the two axes is different, almost no synchronization error occurs. Even when a disturbance is applied to only one axis and the vibration is generated, the synchronization error is small and the vibration of each axis is reduced. You can see that

図2は本発明の第2実施例の構成を説明する制御ブロック図である。なお、前述した第1実施例と同じ部分には同一符号を付して説明を省略する。図2が図1と異なる部分は、微分演算部43、44速度補正信号演算部、補正信号演算部45を追加した部分である。 図において、43は微分演算部であり、41同期誤差演算部において求められた同期誤差を微分する。44は速度補正信号演算部であり、微分された同期誤差にゲインを乗じて速度補正信号を求めている。また、44速度補正演算部では、微分された同期誤差に対して必要に応じてローパスフィルタなどのフィルタリング処理を施すこともできる。このゲインを調整することにより、速度同期誤差が最小になるように制御することができる。45は補正信号演算部であり、42位置補正信号演算部で求められた位置補正信号と44速度補正信号演算部で求められた速度補正信号を加算し補正信号を求めている。18、28は各軸フィードフォワード信号と45補正信号演算部で求められた補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めている。45補正演算部で求められた補正信号は、1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算することによりフィードフォワード補正信号を求め、2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算させることによりフィードフォワード補正信号を求める。この符号は同期誤差を求めるとき1軸目の方向を正方向としているためであり、これにより2軸間の同期誤差を位置、速度ともに減少させる方向に補正信号を加えることができる。   FIG. 2 is a control block diagram for explaining the configuration of the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. 2 is different from FIG. 1 in that a differential calculation unit 43, 44 speed correction signal calculation unit, and correction signal calculation unit 45 are added. In the figure, reference numeral 43 denotes a differentiation calculation unit, which differentiates the synchronization error obtained in the 41 synchronization error calculation unit. Reference numeral 44 denotes a speed correction signal calculation unit, which obtains a speed correction signal by multiplying the differentiated synchronization error by a gain. In addition, the 44 speed correction calculation unit can perform filtering processing such as a low-pass filter on the differentiated synchronization error as necessary. By adjusting this gain, it is possible to control so that the speed synchronization error is minimized. Reference numeral 45 denotes a correction signal calculation unit which adds the position correction signal obtained by the 42 position correction signal calculation unit and the speed correction signal obtained by the 44 speed correction signal calculation unit to obtain a correction signal. Reference numerals 18 and 28 determine the feedforward correction signal for each axis from the feedforward signal for each axis and the correction signal obtained by the 45 correction signal calculation unit. The correction signal obtained by the 45 correction calculation unit is added to the feed-forward signal of the first axis to obtain a feed-forward correction signal, and is subtracted from the feed-forward signal of the second axis. Obtain the forward correction signal. This sign is because the direction of the first axis is set to the positive direction when the synchronization error is obtained, so that a correction signal can be applied in a direction to reduce the synchronization error between the two axes in both position and speed.

本発明が特許文献1、2、3、4、5と異なる部分は、位置制御、速度制御及び電流制御については各々独立して制御しているおり、位置指令に基づいて各軸のフィードフォワード信号を作成するフィードフォワード制御部(17、27)と、2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求める同期誤差演算部(41)と、求められた同期誤差から位置補正信号を求める位置補正信号演算部(42)と、求められた同期誤差を微分する微分演算部(43)と、微分された同期誤差から速度補正信号を求める速度補正信号演算部(44)と、位置補正信号と速度補正信号を加算し補正信号を求める補正信号演算部(45)と、各軸のフィードフォワード信号と補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部(18、28)と、フィードフォワード補正信号を速度指令に加える加算部(19、29)と、を備えた部分である。   The present invention is different from Patent Documents 1, 2, 3, 4, and 5 in that the position control, the speed control and the current control are controlled independently, and the feedforward signal of each axis is based on the position command. A feedforward control unit (17, 27) for generating a synchronization error, a synchronization error calculation unit (41) for obtaining a synchronization error from a difference in position feedback between two axes, and a position correction signal for obtaining a position correction signal from the obtained synchronization error A calculation unit (42), a differential calculation unit (43) for differentiating the obtained synchronization error, a speed correction signal calculation unit (44) for obtaining a speed correction signal from the differentiated synchronization error, a position correction signal and a speed correction A correction signal calculation unit (45) for adding signals to obtain a correction signal, and a feed forward correction for obtaining a feed forward correction signal for each axis from the feed forward signal and the correction signal for each axis. Signal calculating section (18, 28), adding section adding the feedforward correction signal to the speed command and the (19, 29), a portion with a.

第2実施例においては第1実施例の作用に加えて、同期誤差を微分して求めた速度補正信号でも補正を行うため、外乱や摩擦などで2軸間の速度がずれた場合においてもずれを最小限に抑えることができる。   In the second embodiment, in addition to the operation of the first embodiment, the correction is also performed by the speed correction signal obtained by differentiating the synchronization error. Therefore, even when the speed between the two axes is shifted due to disturbance, friction, etc. Can be minimized.

各軸を独立して位置制御を行うことで、定常状態での同期誤差を最小にし、同一の位置指令から作成されたフィードフォワード信号によりフィードフォワード制御することで、過渡状態においても、簡単に速度を同期させることができる。また、外乱や摩擦などで2軸間にずれが発生しても、2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求め、各軸のフィードフォワード信号に補正を行うことで、速度のみならず位置においても同期誤差を最小限に抑えることができる。さらに、片軸にのみに外乱が与えられた場合も、同期誤差を最小に抑えるように制御されることで、1軸のみで制御を行う場合に比べて外乱に強くなるというメリットもあるので、電子部品実装装置や液晶製造装置において2つのモータで一つのテーブルを駆動するツインドライブ駆動装置という用途にも適用できる。本発明は、特に超精密の位置決め精度が要求される半導体製造装置、露光装置の駆動用ステッパー、液晶製造装置に有用である。   By controlling the position of each axis independently, the synchronization error in the steady state is minimized, and the feedforward control is performed with the feedforward signal created from the same position command, so that even in the transient state, the speed can be easily adjusted. Can be synchronized. In addition, even if a deviation occurs between two axes due to disturbance or friction, the synchronization error is obtained from the difference in position feedback between the two axes, and the feedforward signal of each axis is corrected to correct not only the speed but also the position. In this case, the synchronization error can be minimized. Furthermore, even when a disturbance is applied only to one axis, there is a merit that it is more resistant to disturbance compared to the case where control is performed with only one axis by controlling to minimize the synchronization error. The present invention can also be applied to a twin drive driving device that drives one table with two motors in an electronic component mounting apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus. The present invention is particularly useful for a semiconductor manufacturing apparatus, a stepper for driving an exposure apparatus, and a liquid crystal manufacturing apparatus that require ultra-precise positioning accuracy.

本発明の第1実施例の構成を説明する制御ブロック図Control block diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention 本発明の第2実施例の構成を説明する制御ブロック図Control block diagram for explaining the configuration of the second embodiment of the present invention 本発明の第1実施例のシミュレーション結果Simulation results of the first embodiment of the present invention 従来の同期制御装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional synchronous control device 従来の同期制御装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional synchronous control device 従来の同期制御装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional synchronous control device 従来の同期制御装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional synchronous control device 従来の同期制御装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional synchronous control device

符号の説明Explanation of symbols

11、21、31 位置制御部
12、22、32 速度制御部
13、23、33 電流制御部
14、24、34 モータ
15、25、35 エンコーダ
16、26、36 速度演算部
17、27 フィードフォワード制御部
18、28 フィードフォワード補正信号演算部
19、29 加算部
41 同期誤差演算部
42 位置補正信号演算部
43 微分演算部
44 速度補正信号演算部
45 補正信号演算部
51 速度平均演算部
52 ダンピング補償器
53 位置補正ゲイン
54、55 フィードフォワードコントローラ
56 同期化コントローラ
57、59 速度フィードフォワード量演算部
58、60 速度制御誤差率算出部
61 ツイン軸位置ずれ補償器
62 速度ループゲイン調整器
11, 21, 31 Position controller 12, 22, 32 Speed controller 13, 23, 33 Current controller 14, 24, 34 Motor 15, 25, 35 Encoder 16, 26, 36 Speed calculator 17, 27 Feed forward control Units 18 and 28 Feed forward correction signal calculation units 19 and 29 Addition unit 41 Synchronization error calculation unit 42 Position correction signal calculation unit 43 Differentiation calculation unit 44 Speed correction signal calculation unit 45 Correction signal calculation unit 51 Speed average calculation unit 52 Damping compensator 53 Position correction gains 54 and 55 Feed forward controller 56 Synchronization controller 57 and 59 Speed feed forward amount calculation unit 58 and 60 Speed control error rate calculation unit 61 Twin axis position deviation compensator 62 Speed loop gain adjuster

Claims (6)

複数のモータで1軸を同期駆動するものであって、各軸毎に位置フィードバックによる位置制御手段を備えた同期制御装置において、
位置指令に基づいて各軸のフィードフォワード信号を作成する各軸毎のフィードフォワード制御部と、
2軸間の位置フィードバックの差から同期誤差を求める同期誤差演算部と、
求められた同期誤差から位置補正信号を求める位置補正信号演算部と、
各軸のフィードフォワード信号と位置補正信号から各軸のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部と、
フィードフォワード補正信号を各軸毎の速度指令に加える各軸毎の加算部と、
を備えたことを特徴とする同期制御装置。
In a synchronous control device that synchronously drives one axis with a plurality of motors and includes position control means by position feedback for each axis,
A feedforward control unit for each axis that creates a feedforward signal for each axis based on a position command;
A synchronization error calculation unit for obtaining a synchronization error from the difference in position feedback between the two axes;
A position correction signal calculation unit for obtaining a position correction signal from the obtained synchronization error;
A feedforward correction signal calculation unit for obtaining a feedforward correction signal of each axis from the feedforward signal and position correction signal of each axis;
An adder for each axis that adds a feedforward correction signal to the speed command for each axis;
A synchronization control device comprising:
前記位置補正演算部は、前記同期誤差をローパスフィルタでフィルタリング処理し、同期誤差が最小になるように前記位置補正信号演算部のゲインを調整することを特徴とする請求項1記載の同期制御装置。   2. The synchronization control apparatus according to claim 1, wherein the position correction calculation unit filters the synchronization error with a low-pass filter and adjusts the gain of the position correction signal calculation unit so that the synchronization error is minimized. . 前記位置補正信号演算部で求められた位置補正信号は、第1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算してフィードフォワード補正信号を求め、第2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算してフィードフォワード補正信号を求めることを特徴とする請求項1記載の同期制御装置。   The position correction signal obtained by the position correction signal calculation unit is added to the feedforward signal on the first axis to obtain a feedforward correction signal, and subtracted from the feedforward signal on the second axis. The synchronous control apparatus according to claim 1, wherein a feedforward correction signal is obtained. 前記同期誤差演算部により求めた同期誤差を微分する微分演算部と、
前記微分演算部によって出力される微分された同期誤差から速度補正信号を求める速度補正信号演算部と、
前記位置補正信号演算部から出力する前記位置補正信号と、速度補正信号演算部から出力する速度補正信号とを加算することにより補正信号を求める補正信号演算部と、
各軸毎のフィードフォワード信号と前記補正信号から各軸毎のフィードフォワード補正信号を求めるフィードフォワード補正信号演算部と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の同期制御装置。
A differential operation unit for differentiating the synchronization error obtained by the synchronization error calculation unit;
A speed correction signal calculation unit for obtaining a speed correction signal from the differentiated synchronization error output by the differential calculation unit;
A correction signal calculation unit for obtaining a correction signal by adding the position correction signal output from the position correction signal calculation unit and a speed correction signal output from the speed correction signal calculation unit;
The synchronous control apparatus according to claim 1, further comprising: a feedforward correction signal calculation unit that obtains a feedforward correction signal for each axis from the feedforward signal for each axis and the correction signal.
前記速度補正信号演算部は、微分した同期誤差をローパスフィルタでフィルタリング処理し、同期誤差が最小になるように前記速度補正信号演算部のゲインを調整することを特徴とする請求項4記載の同期制御装置。   5. The synchronization according to claim 4, wherein the speed correction signal calculation unit filters the differentiated synchronization error with a low-pass filter and adjusts the gain of the speed correction signal calculation unit so that the synchronization error is minimized. Control device. 前記補正信号演算部で求められた補正信号は、第1軸目のフィードフォワード信号に対しては加算してフィードフォワード補正信号を求め、第2軸目のフィードフォワード信号に対しては減算してフィードフォワード補正信号を求めることを特徴とする請求項4記載の同期制御装置。   The correction signal obtained by the correction signal calculation unit is added to the feedforward signal on the first axis to obtain a feedforward correction signal, and subtracted from the feedforward signal on the second axis. 5. The synchronous control device according to claim 4, wherein a feedforward correction signal is obtained.
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