JP3298069B2 - ステージの位置制御装置及び速度制御装置 - Google Patents
ステージの位置制御装置及び速度制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ及び負荷で
構成される機構の移動及び位置決めを制御する位置制御
装置及び速度制御装置に関し、特に、少なくとも１軸方
向に駆動されるステージの駆動制御に適した位置制御装
置及び速度制御装置に関する。
構成される機構の移動及び位置決めを制御する位置制御
装置及び速度制御装置に関し、特に、少なくとも１軸方
向に駆動されるステージの駆動制御に適した位置制御装
置及び速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のステージの位置制御装置として
は、例えば図７に示すようなＰＩＤ制御方式によるも
の、あるいは図８に示すようなＰＩＤ制御及びＦＦ制御
方式によるものが知られている。
は、例えば図７に示すようなＰＩＤ制御方式によるも
の、あるいは図８に示すようなＰＩＤ制御及びＦＦ制御
方式によるものが知られている。
【０００３】図７において、ＰＩＤ制御方式において
は、負荷Ｌであるステージを駆動するモータＭに位置検
出器３１を設けてステージの位置を検出する。位置検出
値ｘは減算器３２において位置指令値ｘc との差がとら
れ、この差信号がＰＩＤ制御器３３に入力される。ＰＩ
Ｄ制御器３３は、差信号によりモータドライバ３４に電
流目標値ｉc を与える。モータドライバ３４はトルク指
令値τc を出力する。
は、負荷Ｌであるステージを駆動するモータＭに位置検
出器３１を設けてステージの位置を検出する。位置検出
値ｘは減算器３２において位置指令値ｘc との差がとら
れ、この差信号がＰＩＤ制御器３３に入力される。ＰＩ
Ｄ制御器３３は、差信号によりモータドライバ３４に電
流目標値ｉc を与える。モータドライバ３４はトルク指
令値τc を出力する。
【０００４】図８において、ＰＩＤ制御及びＦＦ制御方
式においては、ＰＩＤ制御器３３に並列にＦＦ制御器３
５が接続され、加算器３６によりＰＩＤ制御器３３の出
力にＦＦ制御器３５の出力が加算される。ＦＦ制御器３
５は、位置指令値ｘc と位置検出値ｘとを一致させるよ
うに位置指令値ｘc にあらかじめ定められた制御ゲイン
を乗じるものである。
式においては、ＰＩＤ制御器３３に並列にＦＦ制御器３
５が接続され、加算器３６によりＰＩＤ制御器３３の出
力にＦＦ制御器３５の出力が加算される。ＦＦ制御器３
５は、位置指令値ｘc と位置検出値ｘとを一致させるよ
うに位置指令値ｘc にあらかじめ定められた制御ゲイン
を乗じるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなＰＩＤ制
御方式あるいは、ＰＩＤ制御及びＦＦ制御方式によるス
テージでは、外部からの不要な振動の混入、モータのコ
ギングやケーブル系テンションの影響による外乱によっ
て定速性、位置決め時間等の性能を劣化させていた。
御方式あるいは、ＰＩＤ制御及びＦＦ制御方式によるス
テージでは、外部からの不要な振動の混入、モータのコ
ギングやケーブル系テンションの影響による外乱によっ
て定速性、位置決め時間等の性能を劣化させていた。
【０００６】このような外乱を抑えるためにはサーボ系
のゲインを高め、相対的に外乱のレベルを減少させる方
法がとられる。しかし、サーボ系のゲインを高めると、
制御系の安定性の面での問題を生じる。
のゲインを高め、相対的に外乱のレベルを減少させる方
法がとられる。しかし、サーボ系のゲインを高めると、
制御系の安定性の面での問題を生じる。
【０００７】このような事情から、実際の外乱抑制のポ
イントは、高度な外部振動防止対策、外乱の少ない高性
能モータやケーブル実装の工夫、機械系の高精度化等の
対策での対応であり、コスト的に問題であった。
イントは、高度な外部振動防止対策、外乱の少ない高性
能モータやケーブル実装の工夫、機械系の高精度化等の
対策での対応であり、コスト的に問題であった。
【０００８】そこで、本発明の課題は、装置のハードウ
ェア構成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償
することで、定速性、位置決め時間の性能向上を図るこ
とのできるステージの位置制御装置を提供することにあ
る。
ェア構成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償
することで、定速性、位置決め時間の性能向上を図るこ
とのできるステージの位置制御装置を提供することにあ
る。
【０００９】本発明の他の課題は、上記の性能を持つス
テージの速度制御装置を提供することにある。
テージの速度制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガイド系とし
て静圧軸受け方式を用いたリニアモータにより少なくと
も１軸方向に駆動されるステージの位置制御装置であっ
て、前記ステージの位置を検出するための位置検出器か
ら得られる位置検出値と位置指令値とに基づいて前記リ
ニアモータを制御するフィードバック制御系による位置
制御装置において、前記位置検出値と前記位置指令値と
の差により前記リニアモータの電流目標値を生成するＰ
ＩＤ制御器と外乱オブザーバとを含み、前記外乱オブザ
ーバは、外乱オブザーバ制御プログラムにより高速演算
を実行する信号処理手段を有し、該信号処理手段は、前
記リニアモータへの電流指令値からトルク指令値をフィ
ルタリングするフィルタ機能と、前記位置検出値から推
定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィルタ機
能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令値と前
記推定された推定負荷入力トルクとの差分により推定負
荷外乱トルクを算出する機能と、算出された推定負荷外
乱トルクに前記リニアモータのトルク定数の逆数を乗算
して電流補正値を算出する機能とを有し、算出された電
流補正値により前記電流目標値を補正して電流指令値と
して前記リニアモータに与えるようにしたことを特徴と
する。
て静圧軸受け方式を用いたリニアモータにより少なくと
も１軸方向に駆動されるステージの位置制御装置であっ
て、前記ステージの位置を検出するための位置検出器か
ら得られる位置検出値と位置指令値とに基づいて前記リ
ニアモータを制御するフィードバック制御系による位置
制御装置において、前記位置検出値と前記位置指令値と
の差により前記リニアモータの電流目標値を生成するＰ
ＩＤ制御器と外乱オブザーバとを含み、前記外乱オブザ
ーバは、外乱オブザーバ制御プログラムにより高速演算
を実行する信号処理手段を有し、該信号処理手段は、前
記リニアモータへの電流指令値からトルク指令値をフィ
ルタリングするフィルタ機能と、前記位置検出値から推
定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィルタ機
能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令値と前
記推定された推定負荷入力トルクとの差分により推定負
荷外乱トルクを算出する機能と、算出された推定負荷外
乱トルクに前記リニアモータのトルク定数の逆数を乗算
して電流補正値を算出する機能とを有し、算出された電
流補正値により前記電流目標値を補正して電流指令値と
して前記リニアモータに与えるようにしたことを特徴と
する。
【００１１】本発明はまた、ガイド系として静圧軸受け
方式を用いたリニアモータにより少なくとも１軸方向に
駆動されるステージの速度制御装置であって、前記ステ
ージの速度を検出するための速度検出器から得られる速
度検出値と速度指令値とに基づいて前記リニアモータを
制御するフィードバック制御系による速度制御装置にも
適用され得る。
方式を用いたリニアモータにより少なくとも１軸方向に
駆動されるステージの速度制御装置であって、前記ステ
ージの速度を検出するための速度検出器から得られる速
度検出値と速度指令値とに基づいて前記リニアモータを
制御するフィードバック制御系による速度制御装置にも
適用され得る。
【００１２】この場合、前記速度検出値と前記速度指令
値との差により前記リニアモータの電流目標値を生成す
るＰＩＤ制御器と外乱オブザーバとを含む。前記外乱オ
ブザーバは、外乱オブザーバ制御プログラムにより高速
演算を実行する信号処理手段を有し、該信号処理手段
は、前記リニアモータへの電流指令値からトルク指令値
をフィルタリングするフィルタ機能と、前記速度検出値
から推定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィ
ルタ機能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令
値と前記推定された推定負荷入力トルクとの差分により
推定負荷外乱トルクを算出する機能と、算出された推定
負荷外乱トルクに前記リニアモータのトルク定数の逆数
を乗算して電流補正値を算出する機能とを有する。そし
て、算出された電流補正値により前記電流目標値を補正
して電流指令値として前記リニアモータに与える。
値との差により前記リニアモータの電流目標値を生成す
るＰＩＤ制御器と外乱オブザーバとを含む。前記外乱オ
ブザーバは、外乱オブザーバ制御プログラムにより高速
演算を実行する信号処理手段を有し、該信号処理手段
は、前記リニアモータへの電流指令値からトルク指令値
をフィルタリングするフィルタ機能と、前記速度検出値
から推定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィ
ルタ機能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令
値と前記推定された推定負荷入力トルクとの差分により
推定負荷外乱トルクを算出する機能と、算出された推定
負荷外乱トルクに前記リニアモータのトルク定数の逆数
を乗算して電流補正値を算出する機能とを有する。そし
て、算出された電流補正値により前記電流目標値を補正
して電流指令値として前記リニアモータに与える。
【００１３】なお、前記ＰＩＤ制御器に並列に、前記位
置あるいは速度指令値にあらかじめ定められた制御ゲイ
ンを乗じるＦＦ制御器が接続されていても良い。
置あるいは速度指令値にあらかじめ定められた制御ゲイ
ンを乗じるＦＦ制御器が接続されていても良い。
【００１４】
【００１５】
【作用】本発明では、外乱オブザーバ制御プログラムを
追加することで外乱そのものを加速度のレベルで推定
し、これを指令値から差し引くことで本質的に外乱をキ
ャンセルすることが可能となる。よって、汎用部品や一
般の実装方法でも同様の効果が期待でき、定速性等にお
いて高い性能を実現することが可能となる。しかも、外
乱オブザーバ自体はコンピュータ制御プログラムであ
り、コスト面でも有利である。このような外乱オブザー
バ制御方式を用いた位置あるいは速度制御装置は、特に
高性能精密ステージに適している。
追加することで外乱そのものを加速度のレベルで推定
し、これを指令値から差し引くことで本質的に外乱をキ
ャンセルすることが可能となる。よって、汎用部品や一
般の実装方法でも同様の効果が期待でき、定速性等にお
いて高い性能を実現することが可能となる。しかも、外
乱オブザーバ自体はコンピュータ制御プログラムであ
り、コスト面でも有利である。このような外乱オブザー
バ制御方式を用いた位置あるいは速度制御装置は、特に
高性能精密ステージに適している。
【００１６】
【発明の実施の形態】図６を参照して、本発明が適用さ
れる高性能精密ステージ機構を１軸について説明する。
精密ステージには種々の形態が考えられ、通常は、Ｘ軸
用ステージとＹ軸用ステージとを直交するように積み上
げてＸ−Ｙステージが構成されるが、ここでは説明の便
宜上、１軸について図示、説明する。勿論、本発明は１
軸あるいは２軸、更には３軸以上のステージ機構にも適
用可能である。
れる高性能精密ステージ機構を１軸について説明する。
精密ステージには種々の形態が考えられ、通常は、Ｘ軸
用ステージとＹ軸用ステージとを直交するように積み上
げてＸ−Ｙステージが構成されるが、ここでは説明の便
宜上、１軸について図示、説明する。勿論、本発明は１
軸あるいは２軸、更には３軸以上のステージ機構にも適
用可能である。
【００１７】精密ステージ機構は、アルミ、鋳鉄、グラ
ナイト等のベース上にリニアモータ２１による駆動系と
スライドガイド２２によるガイド系を取り付け、スライ
ドガイド２２に可動ステージ２３を組み付け、可動ステ
ージ２３上にワークを載せる構成となる。駆動系には、
直接直線運動を実現するリニアモータの代わりに、回転
型モータとボールねじにより回転運動を直線運動に変換
する方式が採用されることもある。ガイド系について
は、一般に使用される接触式のボール／ローラベアリン
グ方式と空気静圧軸受け（エアースライダ）方式に大別
されるが、高精度品では空気静圧軸受けが有利である。
ナイト等のベース上にリニアモータ２１による駆動系と
スライドガイド２２によるガイド系を取り付け、スライ
ドガイド２２に可動ステージ２３を組み付け、可動ステ
ージ２３上にワークを載せる構成となる。駆動系には、
直接直線運動を実現するリニアモータの代わりに、回転
型モータとボールねじにより回転運動を直線運動に変換
する方式が採用されることもある。ガイド系について
は、一般に使用される接触式のボール／ローラベアリン
グ方式と空気静圧軸受け（エアースライダ）方式に大別
されるが、高精度品では空気静圧軸受けが有利である。
【００１８】後で述べる本発明の外乱オブザーバを考え
た場合は、各部の機械剛性が高い必要があり、静圧軸受
け方式を用いたリニアモータによるダイレクトドライブ
構成の精密ステージ機構が最もその効果が期待できる。
た場合は、各部の機械剛性が高い必要があり、静圧軸受
け方式を用いたリニアモータによるダイレクトドライブ
構成の精密ステージ機構が最もその効果が期待できる。
【００１９】可動ステージ２３の位置の検出はリニアエ
ンコーダ２４によって行われる。この種のリニアモータ
では、可動部に検出器を持たせ、ガイド部（固定部）に
リニアスケールを固定して、移動距離に対応したパルス
数をカウントすることで相対的な位置を計算する。勿
論、リニアエンコーダ以外、例えばレーザ干渉計でも同
じ機能を実現することができる。
ンコーダ２４によって行われる。この種のリニアモータ
では、可動部に検出器を持たせ、ガイド部（固定部）に
リニアスケールを固定して、移動距離に対応したパルス
数をカウントすることで相対的な位置を計算する。勿
論、リニアエンコーダ以外、例えばレーザ干渉計でも同
じ機能を実現することができる。
【００２０】制御部２０にはＤＳＰ（ディジタル信号処
理プロセッサ）などの高速プロセッサを用いる。制御部
２０は、図７、図８で説明したようなＰＩＤ制御器ある
いは、ＰＩＤ制御器およびＦＦ制御器を持ち、演算結果
をモータドライバに与えるためのアナログ出力ポート、
リニアエンコーダ２１からの検出信号を受ける入力ポー
トを備えた汎用のサーボ制御ボードで実現される。
理プロセッサ）などの高速プロセッサを用いる。制御部
２０は、図７、図８で説明したようなＰＩＤ制御器ある
いは、ＰＩＤ制御器およびＦＦ制御器を持ち、演算結果
をモータドライバに与えるためのアナログ出力ポート、
リニアエンコーダ２１からの検出信号を受ける入力ポー
トを備えた汎用のサーボ制御ボードで実現される。
【００２１】本発明では、このような汎用のサーボ制御
ボードに対し、更に外乱オブザーバ制御プログラムを付
加することで実現される。
ボードに対し、更に外乱オブザーバ制御プログラムを付
加することで実現される。
【００２２】図１を参照して、ＰＩＤ制御方式による位
置制御装置に本発明を適用した第１の実施の形態につい
て説明する。図６の制御部２０はＰＩＤ制御器３３と外
乱オブザーバ１０とで構成される。ＰＩＤ制御器３３
は、位置指令値ｘc と位置検出値ｘとを一致させるよう
にその偏差（ｘc −ｘ）に対し、比例（Ｐ）、積分
（Ｉ）、微分（Ｄ）処理を加え、モータドライバ３４へ
の電流目標値ｉc を演算する。
置制御装置に本発明を適用した第１の実施の形態につい
て説明する。図６の制御部２０はＰＩＤ制御器３３と外
乱オブザーバ１０とで構成される。ＰＩＤ制御器３３
は、位置指令値ｘc と位置検出値ｘとを一致させるよう
にその偏差（ｘc −ｘ）に対し、比例（Ｐ）、積分
（Ｉ）、微分（Ｄ）処理を加え、モータドライバ３４へ
の電流目標値ｉc を演算する。
【００２３】外乱オブザーバ１０は、ローパスフィルタ
１１によりフィルタリングされたモータドライバ３４へ
のトルク指令値τc と、入力トルク推定フィルタ１２に
より位置検出値ｘから推定された推定負荷入力トルクと
の差を減算器１３で演算し、得られた差分によりモータ
トルク定数逆モデル１４において推定負荷外乱トルクに
相当する電流値を算出する。そして、減算器１５により
推定負荷外乱トルクに相当する電流値を電流目標値ｉc
から減算することで、外乱トルクを打ち消すように電流
目標値ｉc を補正し、モータドライバ３４への電流指令
値ｉr を算出する。なお、モータドライバ３４に与えら
れるのは電流指令値ｉc であるが、ローパスフィルタ１
１ではこの電流指令値ｉc に定数Ｋt を乗じることでト
ルク指令値τc を得る。
１１によりフィルタリングされたモータドライバ３４へ
のトルク指令値τc と、入力トルク推定フィルタ１２に
より位置検出値ｘから推定された推定負荷入力トルクと
の差を減算器１３で演算し、得られた差分によりモータ
トルク定数逆モデル１４において推定負荷外乱トルクに
相当する電流値を算出する。そして、減算器１５により
推定負荷外乱トルクに相当する電流値を電流目標値ｉc
から減算することで、外乱トルクを打ち消すように電流
目標値ｉc を補正し、モータドライバ３４への電流指令
値ｉr を算出する。なお、モータドライバ３４に与えら
れるのは電流指令値ｉc であるが、ローパスフィルタ１
１ではこの電流指令値ｉc に定数Ｋt を乗じることでト
ルク指令値τc を得る。
【００２４】図１に示す制御装置のブロック線図を図２
に示す。図２を用いて外乱オブザーバ１０の作用を説明
する。図２中の箱の中に記入されている符号のうち、１
１、１２、３３に記入されているのは、図１に示されて
いる対応する構成要素の伝達関数を示し、１６はモータ
Ｍのトルク定数、１７はモータＭと負荷Ｌを含んだ機構
の伝達関数、１８はモータＭのトルク定数の逆数であ
る。
に示す。図２を用いて外乱オブザーバ１０の作用を説明
する。図２中の箱の中に記入されている符号のうち、１
１、１２、３３に記入されているのは、図１に示されて
いる対応する構成要素の伝達関数を示し、１６はモータ
Ｍのトルク定数、１７はモータＭと負荷Ｌを含んだ機構
の伝達関数、１８はモータＭのトルク定数の逆数であ
る。
【００２５】ローパスフィルタ１１は、モータドライバ
３４へのトルク指令値τc を外乱抑制周波数帯域でフィ
ルタリングし、トルク指令推定値ｅτc を算出する。入
力トルク推定フィルタ１２はモータＭと負荷Ｌを含んだ
機構の入力トルクから位置への伝達関数１６の逆モデル
に基づいて位置検出値ｘより入力トルク（τc ＋τd）
の推定値（ｅτc ＋ｅτd ）を求める。この入力トルク
推定フィルタ１２もローパスフィルタ１１と同様のフィ
ルタ特性を持たせ、外乱抑制周波数帯域のみの入力トル
ク推定値（ｅτc ＋ｅτd ）を算出する。
３４へのトルク指令値τc を外乱抑制周波数帯域でフィ
ルタリングし、トルク指令推定値ｅτc を算出する。入
力トルク推定フィルタ１２はモータＭと負荷Ｌを含んだ
機構の入力トルクから位置への伝達関数１６の逆モデル
に基づいて位置検出値ｘより入力トルク（τc ＋τd）
の推定値（ｅτc ＋ｅτd ）を求める。この入力トルク
推定フィルタ１２もローパスフィルタ１１と同様のフィ
ルタ特性を持たせ、外乱抑制周波数帯域のみの入力トル
ク推定値（ｅτc ＋ｅτd ）を算出する。
【００２６】更に、モータトルク定数逆モデル１４にお
いてトルク指令推定値ｅτc と、入力トルク推定値（ｅ
τc ＋ｅτd ）との差分ｅτd により外乱トルク推定値
ｅτd を算出する。演算された外乱トルク推定値ｅτd
にモータＭのトルク定数の逆数１８を乗じ、電流補正値
ｅｉd を算出する。減算器１５において、電流目標値ｉ
c から電流補正値ｅｉd を減じ、モータドライバ３４へ
の電流指令値ｉr とする。
いてトルク指令推定値ｅτc と、入力トルク推定値（ｅ
τc ＋ｅτd ）との差分ｅτd により外乱トルク推定値
ｅτd を算出する。演算された外乱トルク推定値ｅτd
にモータＭのトルク定数の逆数１８を乗じ、電流補正値
ｅｉd を算出する。減算器１５において、電流目標値ｉ
c から電流補正値ｅｉd を減じ、モータドライバ３４へ
の電流指令値ｉr とする。
【００２７】図３は、本発明をＰＩＤ制御及びＦＦ制御
方式による位置制御装置に適用した第２の実施の形態を
示した図であり、図１の構成にＦＦ制御器３５が付加さ
れている。ＦＦ制御器３５は、位置指令値ｘc と位置検
出値ｘとを一致させるように位置指令値ｘc に対し制御
ゲインを乗じ、加算器３６によりＰＩＤ制御器３３から
の出力に加え、モータドライバ３４への電流目標値ｉc
を演算する。その他の構成要素の作用は、図１、図２で
説明した第１の実施の形態と同様である。
方式による位置制御装置に適用した第２の実施の形態を
示した図であり、図１の構成にＦＦ制御器３５が付加さ
れている。ＦＦ制御器３５は、位置指令値ｘc と位置検
出値ｘとを一致させるように位置指令値ｘc に対し制御
ゲインを乗じ、加算器３６によりＰＩＤ制御器３３から
の出力に加え、モータドライバ３４への電流目標値ｉc
を演算する。その他の構成要素の作用は、図１、図２で
説明した第１の実施の形態と同様である。
【００２８】具体的には、本発明を静圧軸受け（エアー
スライダ）方式＋リニアモータの精密ステージ機構に適
用し、定速性に対する効果を計測した例を図４に示す。
図４は、一定速度時の追従誤差変動を示している。外乱
オブザーバ１０を加えることで誤差変動を減少させるこ
とが可能となる。外乱要因は、主にリニアモータ（一般
の回転モータでも同様）の磁気回路の不均一さから生じ
る推力リップルとケーブル系のテンションの変動による
ものと思われる。これらは通常の商品を考えた場合、一
般的に必ず存在するものであり、最近の装置の高精度化
に伴い問題となるケースが増加している。本発明は、こ
のような問題に対し有効である。
スライダ）方式＋リニアモータの精密ステージ機構に適
用し、定速性に対する効果を計測した例を図４に示す。
図４は、一定速度時の追従誤差変動を示している。外乱
オブザーバ１０を加えることで誤差変動を減少させるこ
とが可能となる。外乱要因は、主にリニアモータ（一般
の回転モータでも同様）の磁気回路の不均一さから生じ
る推力リップルとケーブル系のテンションの変動による
ものと思われる。これらは通常の商品を考えた場合、一
般的に必ず存在するものであり、最近の装置の高精度化
に伴い問題となるケースが増加している。本発明は、こ
のような問題に対し有効である。
【００２９】本発明を静圧軸受け（エアースライダ）方
式＋リニアモータの精密ステージ機構に適用し、位置決
め特性に対する効果を計測した例を図５に示す。図５は
１５０ｍｍのステップ移動時の位置偏差を示している。
外乱オブザーバ１０を含まない制御では位置決め時に定
盤（ベース）振動に起因する残留振動が存在するが、外
乱オブザーバ１０を加えることで残留振動を効果的に抑
制させることが可能となる。通常、Ｘ−Ｙステージ機構
は、床振動の除去のため除振された定盤上に固定されて
おり、位置決め時の残留振動は一般的に必ず存在するも
のであり、装置の高スループット化の際に問題となる。
本発明は、この問題に対しても有効である。
式＋リニアモータの精密ステージ機構に適用し、位置決
め特性に対する効果を計測した例を図５に示す。図５は
１５０ｍｍのステップ移動時の位置偏差を示している。
外乱オブザーバ１０を含まない制御では位置決め時に定
盤（ベース）振動に起因する残留振動が存在するが、外
乱オブザーバ１０を加えることで残留振動を効果的に抑
制させることが可能となる。通常、Ｘ−Ｙステージ機構
は、床振動の除去のため除振された定盤上に固定されて
おり、位置決め時の残留振動は一般的に必ず存在するも
のであり、装置の高スループット化の際に問題となる。
本発明は、この問題に対しても有効である。
【００３０】以上、本発明を精密ステージ機構に適用し
て説明したが、本発明は対象物を移動及び位置決めする
装置の速度制御方式及び位置制御方式にも広く応用可能
である。すなわち、本発明を速度制御方式に適用する場
合には、位置指令値は速度指令値となり、位置検出器３
１に代えて、速度検出器が用いられる。そして、入力ト
ルク推定フィルタ１２は、モータＭと負荷Ｌを含んだ機
構の入力トルクから速度への伝達関数の逆モデルに基づ
いて速度検出器で検出される速度より負荷入力トルクを
推定する。
て説明したが、本発明は対象物を移動及び位置決めする
装置の速度制御方式及び位置制御方式にも広く応用可能
である。すなわち、本発明を速度制御方式に適用する場
合には、位置指令値は速度指令値となり、位置検出器３
１に代えて、速度検出器が用いられる。そして、入力ト
ルク推定フィルタ１２は、モータＭと負荷Ｌを含んだ機
構の入力トルクから速度への伝達関数の逆モデルに基づ
いて速度検出器で検出される速度より負荷入力トルクを
推定する。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、装置のハードウェア構
成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償するこ
とで、定速性、位置決め時間の性能向上を図ることので
きる位置制御装置及び速度制御装置を提供することがで
きる。
成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償するこ
とで、定速性、位置決め時間の性能向上を図ることので
きる位置制御装置及び速度制御装置を提供することがで
きる。
【図１】本発明をＰＩＤ制御方式に適用した場合の位置
制御系の構成を示したブロック図である。
制御系の構成を示したブロック図である。
【図２】図１のブロック線図である。
【図３】本発明をＰＩＤ制御及びＦＦ制御方式に適用し
た場合の位置制御系の構成を示したブロック図である。
た場合の位置制御系の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明を静圧軸受け方式＋リニアモータの精密
ステージ機構に適用し、定速性に対する効果を計測した
例を示した図である。
ステージ機構に適用し、定速性に対する効果を計測した
例を示した図である。
【図５】本発明を静圧軸受け方式＋リニアモータの精密
ステージ機構に適用し、位置決め特性に対する効果を計
測した例を示した図である。
ステージ機構に適用し、位置決め特性に対する効果を計
測した例を示した図である。
【図６】本発明が適用されるステージ機構を１軸につい
て示した図である。
て示した図である。
【図７】従来のＰＩＤ制御方式による位置制御系の構成
を示したブロック図である。
を示したブロック図である。
【図８】従来のＰＩＤ制御及びＦＦ制御方式による位置
制御系の構成を示したブロック図である。
制御系の構成を示したブロック図である。
１０ 外乱オブザーバ １１ ローパスフィルタ １２ 入力トルク推定フィルタ １３、１５、３２ 減算器 １４ モータトルク定数逆モデル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−31014（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249564（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−254550（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04
Claims (4)
- 【請求項１】 ガイド系として静圧軸受け方式を用いた
リニアモータにより少なくとも１軸方向に駆動されるス
テージの位置制御装置であって、前記ステージの位置を
検出するための位置検出器から得られる位置検出値と位
置指令値とに基づいて前記リニアモータを制御するフィ
ードバック制御系による位置制御装置において、 前記位置検出値と前記位置指令値との差により前記リニ
アモータの電流目標値を生成するＰＩＤ制御器と外乱オ
ブザーバとを含み、 前記外乱オブザーバは、外乱オブザーバ制御プログラム
により高速演算を実行する信号処理手段を有し、 該信号処理手段は、前記リニアモータへの電流指令値か
らトルク指令値をフィルタリングするフィルタ機能と、
前記位置検出値から推定負荷入力トルクを推定する入力
トルク推定フィルタ機能と、前記フィルタリングされた
前記トルク指令値と前記推定された推定負荷入力トルク
との差分により推定負荷外乱トルクを算出する機能と、
算出された推定負荷外乱トルクに前記リニアモータのト
ルク定数の逆数を乗算して電流補正値を算出する機能と
を有し、 算出された電流補正値により前記電流目標値を補正して
電流指令値として前記リニアモータに与えるようにした
ことを特徴とするステージの位置制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の位置制御装置において、
前記ＰＩＤ制御器に並列に、前記位置指令値にあらかじ
め定められた制御ゲインを乗じるＦＦ制御器が接続され
ていることを特徴とするステージの位置制御装置。 - 【請求項３】 ガイド系として静圧軸受け方式を用いた
リニアモータにより少なくとも１軸方向に駆動されるス
テージの速度制御装置であって、前記ステージの速度を
検出するための速度検出器から得られる速度検出値と速
度指令値とに基づいて前記リニアモータを制御するフィ
ードバック制御系による速度制御装置において、 前記速度検出値と前記速度指令値との差により前記リニ
アモータの電流目標値を生成するＰＩＤ制御器と外乱オ
ブザーバとを含み、 前記外乱オブザーバは、外乱オブザーバ制御プログラム
により高速演算を実行 する信号処理手段を有し、 該信号処理手段は、前記リニアモータへの電流指令値か
らトルク指令値をフィルタリングするフィルタ機能と、
前記速度検出値から推定負荷入力トルクを推定する入力
トルク推定フィルタ機能と、前記フィルタリングされた
前記トルク指令値と前記推定された推定負荷入力トルク
との差分により推定負荷外乱トルクを算出する機能と、
算出された推定負荷外乱トルクに前記リニアモータのト
ルク定数の逆数を乗算して電流補正値を算出する機能と
を有し、 算出された電流補正値により前記電流目標値を補正して
電流指令値として前記リニアモータに与えるようにした
ことを特徴とするステージの速度制御装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の速度制御装置において、
前記ＰＩＤ制御器に並列に、前記速度指令値にあらかじ
め定められた制御ゲインを乗じるＦＦ制御器が接続され
ていることを特徴とするステージの速度制御装置。
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|---|---|---|---|
| JP14000299A JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14000299A JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
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|---|---|
| JP2000330642A JP2000330642A (ja) | 2000-11-30 |
| JP3298069B2 true JP3298069B2 (ja) | 2002-07-02 |
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|---|---|---|---|
| JP14000299A Expired - Fee Related JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
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| JP (1) | JP3298069B2 (ja) |
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-
1999
- 1999-05-20 JP JP14000299A patent/JP3298069B2/ja not_active Expired - Fee Related
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